由于語(yǔ)音通道中存在采用規(guī)則脈沖激勵(lì)一長(zhǎng)期預(yù)測(cè)（RPE-LTP）壓縮編解碼的聲碼器，因此不能使用常規(guī)的加密技術(shù)將其加密。下面我們就根據(jù)RPE-LTP聲碼器的編解碼原理，提出了一種抗RPE-LTP壓縮編碼的語(yǔ)音加密算法。

一、RPE-LTP語(yǔ)音編解碼算法　

RPE-LTP語(yǔ)音編解碼是語(yǔ)音編解碼領(lǐng)域中一個(gè)重要的編解碼標(biāo)準(zhǔn)，不僅是在GSM音通信，在因特網(wǎng)語(yǔ)音傳輸、多媒體通信中也得到了廣泛的應(yīng)用。

1、編碼器原理

RPE-LTP語(yǔ)音編碼器原理如圖所示。

它包括預(yù)處理、LPC分析、短時(shí)分析濾波、長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)和規(guī)則脈沖激勵(lì)序列編碼5個(gè)部分。其中，預(yù)處理采用8KHZ采樣率對(duì)輸入模擬語(yǔ)　音采樣得到原始語(yǔ)音信號(hào)S0（n），去除S0（n）中的直流分量后，采用一階FIR濾波器進(jìn)行高頻預(yù)加重，得到信號(hào)S（n）。LPC分析將信號(hào)的每160個(gè)樣點(diǎn)（20ms）分為一幀，每幀計(jì)算出8個(gè)對(duì)數(shù)面積比參數(shù)LAR（i），i＝1，2，…，8。短時(shí)分析濾波產(chǎn)生短時(shí)LPC殘差信號(hào)d（n）。利用長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)對(duì)d（n）進(jìn)行處理，進(jìn)一　步去除冗余，得出長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)參數(shù)和長(zhǎng)時(shí)殘差信號(hào)。對(duì)經(jīng)過(guò)短時(shí)、長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)后得到的LPC信號(hào)進(jìn)行加權(quán)濾波、規(guī)則脈沖序列提取和量化編碼，得到每幀260bit的編碼。

2、解碼器原理

解碼器的結(jié)構(gòu)與編碼部分的反饋環(huán)基本相同，如圖所示。

用語(yǔ)音碼重構(gòu)短時(shí)殘差信號(hào)，然后依次將其送到短時(shí)合　成濾波器和去加重濾波器中，得到重構(gòu)語(yǔ)音信號(hào)輸出。

二、抗RPE-LTP壓縮編碼的語(yǔ)音加密算法的設(shè)計(jì)

1、抗RPE-LTP壓縮編碼的語(yǔ)音加密算法的原理

1.1加密原理

令M為明文信息，K為加密算法密鑰，由k產(chǎn)生的加密矩陣為Pk，Lk為解密矩陣，c為密文，則有：

知道C和K后，密文接收端就能恢復(fù)出原來(lái)的明文，但必須滿(mǎn)足Pk是單值的，即一個(gè)密鑰K對(duì)應(yīng)唯一的一對(duì)加解密矩陣Pk和Qk。

1.2加密矩陣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)　

加密矩陣性能的優(yōu)劣可由信息剩余可懂度RI來(lái)評(píng)價(jià)，其值越大，表示矩陣加密性能越差，反之，則矩陣加密性能越好。

設(shè)測(cè)試所用的明文信息集合有N個(gè)元素，置換后不可懂的密文信息集合有G個(gè)元素，則剩余可懂度表示為：

但實(shí)際中只能以人耳判斷是否可懂，顯然這種判定方法主觀性很強(qiáng)，難以準(zhǔn)確客觀地對(duì)剩余可懂度作判定。一般可　通過(guò)加密矩陣的平均位移、平均間距和最小間距來(lái)判定。

（1）平均位移定義為

其中，m為矩陣內(nèi)參加置換元素的個(gè)數(shù)；i和α(i)意義為：

對(duì)于任意正整數(shù)n，集合｛0，1，2，…，n-1｝的一個(gè)置換α是一個(gè)為每一個(gè)整數(shù)i（0≤i≤n-1）分配一個(gè)唯一的整數(shù)的變換，記為α(i)。

加密矩陣的平均位移是一個(gè)重要的因素，但是，僅一個(gè)大的平均位移還不能確保一個(gè)低的信息剩余可懂度，因此，需要引入最小間距和平均間距。

（2）平均間距定義為

若某一個(gè)置換恰為兩相鄰元素的置換，則平均間距為最小間距，即_h＝0。因此，在平均間距較大的前提下，取相　對(duì)較大的平均位移會(huì)獲得一個(gè)較大的RI值。

2、抗RPE-LTP壓縮編碼的語(yǔ)音加密算法的描述

本文提出的加解密算法結(jié)合了語(yǔ)音信號(hào)處理和分組密碼加密運(yùn)算的特點(diǎn)，對(duì)RPE-LTP壓縮編碼具有很好的恢復(fù)性，其加密強(qiáng)度也可滿(mǎn)足特殊需求。

這個(gè)加密算法針對(duì)RPE-LTP壓縮編解碼的特性，對(duì)人類(lèi)的自然語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行變換處理后對(duì)其加密，使之成為不可懂的聲音信號(hào)，同時(shí)保證不可懂信號(hào)在通過(guò)RPE-LTP編碼器后能被對(duì)端的解碼器恢復(fù)，經(jīng)解密就能成為原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)。

這個(gè)加密算法的主要思路為：在時(shí)域把原始語(yǔ)音分解為符合RPE-LTP編解碼要求的單位幀，根據(jù)分組密碼的原理，通過(guò)選擇合適的加密矩陣對(duì)分解后的單位幀進(jìn)行加密，使之成為不可懂語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)RPE-LTP編碼后送入GSM傳輸信道，在接收端進(jìn)行逆向解密。

在選擇加密矩陣時(shí)，根據(jù)上文所討論的加密矩陣原理，若要獲得較好的加密效果需要選擇較大的_h值和AD值。其中，從根本上決定了加密矩陣的優(yōu)劣。根據(jù)以上分析，可以獲得好的加密矩陣。例如，當(dāng)n＝15時(shí)，最大為5；當(dāng)n＝30時(shí)，最大為7。此外，參數(shù)△f（即原始語(yǔ)音分解的單位幀長(zhǎng)）的選擇必須滿(mǎn)足不破壞原始語(yǔ)音的語(yǔ)音特性，以確保加密后語(yǔ)音能穿透RPE-LTP編解碼聲碼器。

抗RPE-LTP壓縮編碼的語(yǔ)音加密算法已經(jīng)利用DSP技術(shù)在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)中得到實(shí)現(xiàn)，被證明具有很好的實(shí)用價(jià)值。

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