移动通信端到端语音加解密方案研究

发布时间：2017-06-23 20:02

  本文关键词：移动通信端到端语音加解密方案研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着信息技术快速发展,即时通信技术愈加频繁的出现在日常生活中,包括移动电话、网上语音聊天等。公众在享受移动通信网络带来的快捷、便利的同时也承受着语音通信中不可忽视的安全问题。对语音进行加密是实现端到端语音安全通信的有效措施。倘若对语音直接进行加密,无法通过移动通信终端的语音信道进行传输。本文基于移动保密通信的应用需求,设计一个端到端语音加解密方案,使加密后的信号能够通过移动通信声码器信道。该方案独立于移动通信网络,具有良好的推广应用价值。本文的主要研究工作如下：1.首先对移动端语音传输机理进行研究。从语音本质出发,研究了经典的语音线性预测算法(LPC)和衍生出的码本激励编码算法(CELP),并通过MATLAB仿真平台对LPC算法和CELP算法的有效性进行验证,分析了算法参数修改对语音质量的影响。2.研究并设计了多种语音加解密方案,比较分析了这些方案的性能。这些方案包括：基于语音识别的方言转换方案、基于小波变换的码本替换方案以及基于混响效应的语音加密方案。从多个方面尝试和探索语音加解密方法的可能性,为提出本文有效的解决方案提供了重要参考。3.设计出一种基于类语音信号合成的加密方法。该方法将明文语音信号预处理,用低码率语音编码器生成数据流,之后使用密钥流对数据流进行加密处理,用分段数据流对本地存放的激励码矢进行调制,再将其通过声道滤波器合成类语音,最后将类语音通过一个平滑滤波器以获得平滑的类语音信号。其中,针对正弦激励编码算法中的基音分析,采用前瞻两帧的动态规划算法对基音参数进行平滑,改进基音周期提取的准确度。仿真结果表明,本文提出的语音加密方案可以使不可懂的密文语音通过声码器信道,达到加密效果。4.设计了一种用于语音加密的密钥流扩展和同步的方法。以祖冲之流密码算法为例,利用特定的清音作为密钥同步信号,采用SM3算法作为密钥扩展算法,构建了一套密钥同步系统,最后在DSP平台上测试密钥同步的精准度,验证了该方案的可行性。
【关键词】：语音加密 线性预测 类语音合成 祖冲之算法 密钥同步
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.4;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 缩略语表9-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景10-14
• 1.1.1 现有的语音加密技术发展11-13
• 1.1.2 现有技术方案比较13-14
• 1.2 论文的研究内容和组织结构14-15
• 1.3 创新点15-16
• 1.4 本章小结16-18
• 第二章 移动端语音传输机理研究18-32
• 2.1 语音信号的数字模型18-21
• 2.1.1 激励模型18-19
• 2.1.2 声道模型19-20
• 2.1.3 辐射模型20-21
• 2.2 语音信号的线性预测原理21-26
• 2.2.1 线性预测的数学模型22-24
• 2.2.2 提升线性预测效果的预处理24-26
• 2.3 用于移动端传输语音的码激励编码算法26-29
• 2.3.1 CELP编码算法27
• 2.3.2 CELP码本搜索算法27-29
• 2.4 发送端的语音端点检测技术(VAD)29-31
• 2.4.1 VAD算法原理29-30
• 2.4.2 输入密文语音信号的要求30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 多种加密方案的设计与比较32-44
• 3.1 基于语音识别的方言转换方法32-36
• 3.1.1 方案介绍32-34
• 3.1.2 实验方法34-35
• 3.1.3 实现效果及分析35-36
• 3.2 基于小波变换的码本替换36-41
• 3.2.1 小波变换的定义36-37
• 3.2.2 方案介绍37-38
• 3.2.3 小波码本的构造方法38
• 3.2.4 仿真效果及分析38-41
• 3.3 基于混响效应的语音加密方法41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 基于类语音合成的语音加解密方案44-68
• 4.1 整体方案介绍44-45
• 4.2 压缩编码方式的选择及优化45-51
• 4.2.1 发送端的SELP压缩编码流程46-48
• 4.2.2 SELP解码原理48-49
• 4.2.3 针对基音周期提取的改进措施49-50
• 4.2.4 改进后的算法性能测试与比较50-51
• 4.3 混合激励码本的制作51-57
• 4.3.1 码本库的关键点52
• 4.3.2 建立码本库的两种方法52-57
• 4.4 语音加解密方案的仿真过程与结果分析57-66
• 4.4.1 移动端声码器信道构建58-62
• 4.4.2 语音加解密仿真及结果分析62-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第五章 语音加密系统中密钥流扩展和同步问题68-82
• 5.1 加密算法的选择68-70
• 5.2 密钥扩展方式70-71
• 5.3 密钥同步方案71-76
• 5.3.1 同步的基本方式71
• 5.3.2 同步信号发送方式71-72
• 5.3.3 起始同步信号的选择72-75
• 5.3.4 符号同步格式75-76
• 5.4 密钥同步的模块开发与测试76-80
• 5.4.1 祖冲之算法模块测试76-78
• 5.4.2 SM3密钥扩展方法对比测试78-79
• 5.4.3 同步检测模块测试79-80
• 5.5 本章小结80-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 本文的工作内容82
• 6.2 今后的研究方向82-84
• 附录一：最常用汉字的普通话发音与温州方言对比以及识别结果84-86
• 附录二：清音“ch”中作为同步信息的具体数值86-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 科研经历94

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