抗RPE-LTP压缩编码的语音加密
语音的压缩编码
长途电话 (8 KHz x 8 bit x 1), 时分多路复用TDM (time-division multiplexing)
应用于全频带数字声音的表示/存储:
CD-DA（CD唱片），DAT (44.1 KHz x 16 bit x 2)
原理： 声音信号具有很强的相关性，可从已知信号来预测未知信号, 即使用前面的样本预测当前的样本，实际样本值与预测值之间的误差往往很小。 利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值， 效果：量化位数可以显著减少，从而降低了总的码率。
+
预测值
差值
重建信号
DPCM
编码输出
CCITT G.721 ADPCM编码器
A
量化阶适配器
自适应
( 4 位 )
6阶自适应线性预测， 4位的自适应量化器， 输出码率： 8k x 4 = 32 kbps
ADPCM 小结
PCM话音质量 4.5级 ADPCM话音质量 4.34级,码率降低一倍(32 kbps)。 ADPCM应用： 数字语音通信 多媒体应用中的语音（解说词）
ADPCM自适应差分脉冲编码调制 (Adaptive Differential PCM)
增量调制(DM)
差分脉冲编码调制 DPCM
实际样本值
利用样本与样本之间存在的相关性进行编码，即根据前面的样本估算当前样本的大小，然后对预测误差进行量化编码。
差值
线性预测公式： Xn = A1*Xn-1 + A2*Xn-2 + ... + Am*Xn-m
举例
根据输入样本幅度的大小来改变量化阶大小。 可以是瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变，也可以是音节自适应，即量化阶的大小在较长时间周期里发生变化。
语音压缩编码技术
语音压缩编码技术上传时间:2004-12-22随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。
语音压缩编码技术的类别语音编码就是将模拟语音信号数字化，数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理，可以充分利用数字信号处理的各种技术。
为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽，还需要对数字化之后的语音信号进行压缩编码，这就是语音压缩编码技术。
语音的压缩编码方法归纳起来可以分为三大类：波形编码、参数编码和混合编码。
波形编码比较简单，失真最小，方法简单，但数码率比较高。
参数编码的编码速率可以很低，但音质较差，只能达到合成语音质量，其次是复杂度高。
混合编码吸收了波形编码和参数编码的优点，从而在较低的比特率上获得较高的语音质量，当前受到人们较大的关注。
语音压缩编码技术的发展自从1937年A.H.Reeves提出脉冲编码调制(PCM)以来，语音编码技术已有60余年的发展历史。
尤其近20年随着计算机和微电子技术的发展语音编码技术得到飞速发展。
CCITT于1972年确定64kb/sPCM语音编码G.711建议，它已广泛的应用于数字通信、数字交换机等领域，至今，64kb/s的标准PCM系统仍占统治地位。
这种编码方法可以获得较好的语音质量但占用带宽较多，在带宽资源有限的情况下不宜采用。
CCITT于80年代初着手研究低于64kb/s的非PCM编码算法，并于1984年通过了32kb/sADPCM语音编码G.721建议，它不仅可以达到PCM相同的语音质量而且具有更优良的抗误码性能，广泛应用于卫星，海缆及数字语音插空设备以及可变速率编码器中。
随后，于1992年公布16kb/s低延迟码激励线性预测（LD-CELP）的G.728建议。
它以其较小的延迟、较低的速率、较高的性能在实际中得到广泛的应用，例如：可视电话伴音、无绳电话机、单路单载波卫星和海事卫星通信、数字插空设备、存储和转发系统、语音信息录音、数字移动无线系统、分组化语音等。
《语音压缩编码》课件
语音识别系统
通过识别语音信号转换成文 本等形式，需要高保真的语 音编码技术进行前置处理。
人机交互系统
通过通过语音查询、控制等 实现与计算机的快速交互， 需要对语音信号进行实时压 缩和解码。
结论
1 语音信号压缩编码是必要的，并需要根据应用场景选择合适的编码标准。 2 码率、信噪比和时延是综合评价语音编码效果的重要指标，需要综合考虑。
语音信号的时间相关性
相邻样本之间存在时间相关 性，连续的语音信号形成音 节和语调等。
语音信号的压缩编码方法
线性编码(LPC)
基于线性预测理论， 通过线性分析和合成 方法压缩语音信号。
算术码
将原始语音信号映射 到符号集合中，并给 每个符号分配一个码 字。
预测编码
通过矢量量化等方法 对语音信号进行预测 和压缩。
8kHz 16位[CS-ACELP]，在保证高质量的同时大幅 节省带宽。
语音编码的评价指标
码率
描述每秒传输的比特数，也是 压缩质量和时延的重要指标。
信噪比
衡量语音信号经过压缩编码后 与原始信号的一致性。
时延
描述信号经过编码后的延迟程 度，对于双向通信系统尤为重 要。
应用案例
通讯系统
通过语音通话实现远程交流， 需要合适的压缩编码技术保 证通话质量。
语音压缩编码
本次课程将为大家介绍语音压缩编码的基本原理、方法和应用，并着重介绍 不同编码标准的应用场景和评价指标。
概述
1 什么是语音压缩编码? 2 为什么需要语音压缩 3 语音压缩编码的基本
语音压缩编码是将模拟语
编码?
原理
音信号数字化后，根据人
压缩后的语音信号便于传
基于声学原理和信息理论，
移动通信原理 课后答案
无线传播与移动信道
2.1 移动通信信道具有哪些主要特点？ 答：移动通信信道的主要特点： （1）传播的开放性； （2）接收环境的复杂性； （3）通信用户的随机移动性。 2.2 在移动通信中，电波传播的主要传播方式有哪几种？ 答：电波传播的主要方式：直射、反射、绕射。 2.3 移动通信的信道中存在着大、中、小尺度（范围）的衰耗与衰落，它们各自具有什么性 质的特征？ 答：移动通信信道中，大、中、小尺度衰耗与衰落的特征： （1）大尺度：电波在空间传播所产生的损耗，反映的是传播在宏观大范围（千米量级）的 空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势； （2）中尺度：主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生阴影效应而产生的 损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势；为无 线传播所特有，一般从统计规律上看遵从对数正态分布，其变化率比传送信息率慢； （3）小尺度：反映微观小范围（数十波长以下量级）接收电平平均值的起伏变化趋势，其 电平幅度分布一般遵从瑞利（Rayleigh）分布、莱斯（Rice）分布和纳卡伽米（Nakagami） 分布。 2.4 移动通信中存在 3 种类型的快衰落，它们各自表示什么类型的快衰落？在什么情况下会 出现？各自克服需要采取的主要措施是什么？ 答：移动通信中，快衰落分为以下三种类型：空间选择性快衰落、频率选择性快衰落和时间 选择性快衰落。 其产生的原因和克服需要采取的措施如下： （1）空间选择性快衰落：由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起的，克 服措施为空间分集； （2）频率选择性快衰落：由于信道在时域的时延扩散而引起的，可采用自适应均衡喝 Rake 接收加以克服； （3）时间选择性快衰落：由于用户的高速移动在频域引起多普勒频移，在相应的时域其波 形产生时间选择性衰落，可采用信道交织技术加以克服。 2.5 移动通信中主要噪声干扰有哪几种？对于 CDMA，哪一类干扰是最主要的干扰？ 答：移动通信中主要噪声干扰有：加性正态白噪声、多径干扰、多址干扰。 对于 CDMA，最主要的干扰是多径干扰。 2.6 Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件是什么？ 答：Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件为：适用于小城镇与郊区的准平坦地区； 应用频率为 150 MHz ≤ f c ≤ 1500 MHz ；有效距离为 1km ≤ d ≤ 20km ；发射（基站）天线 有效高度为 30~200m；接收（移动台）天线有效高度为 1~10m。
语音信号压缩编码原理及应用
语音信号压缩编码原理及应用随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。
语音是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式，是人们思想疏通和情感交流的最主要途径。
在实际的语音通信中，有些信道难以扩宽且质量很差；有些信道正被广泛使用，短期内难以更新；有些昂贵的信道，每压缩一个比特都意味着节省开支。
因此，语音压缩编码无疑在语音通信及人类信息交流中占有举足轻重的地位。
语音编码就是将模拟语音信号数字化，数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理，可以充分利用数字信号处理的各种技术。
为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽，还需要对数字化之后的语音信号进行压缩编码，这就是语音压缩编码技术。
一，语音压缩编码技术的发展自从1937年A.H.Reeves提出脉冲编码调制(PCM)以来，语音编码技术已有60余年的发展历史。
尤其近20年随着计算机和微电子技术的发展语音编码技术得到飞速发展。
CCITT于1972年确定64kb/sPCM语音编码G.711建议，它已广泛的应用于数字通信、数字交换机等领域，至今，64kb/s的标准PCM系统仍占统治地位。
这种编码方法可以获得较好的语音质量但占用带宽较多，在带宽资源有限的情况下不宜采用。
CCITT于80年代初着手研究低于64kb/s的非PCM编码算法，并于1984年通过了32kb/sADPCM语音编码G.721建议，它不仅可以达到PCM相同的语音质量而且具有更优良的抗误码性能，广泛应用于卫星，海缆及数字语音插空设备以及可变速率编码器中。
随后，于1992年公布16kb/s低延迟码激励线性预测（LD-CELP）的G.728建议。
它以其较小的延迟、较低的速率、较高的性能在实际中得到广泛的应用，例如：可视电话伴音、无绳电话机、单路单载波卫星和海事卫星通信、数字插空设备、存储和转发系统、语音信息录音、数字移动无线系统、分组化语音等。
音频编解码技术中的加密算法与安全策略
音频编解码技术中的加密算法与安全策略一、背景随着信息技术的飞速发展，数字化音频的应用越来越广泛，包括在线音乐、网络电台、数字广播等等。
音频广泛应用意味着音频的安全问题也越来越引人关注。
音频的加密技术和安全策略成为了重要的研究方向。
而在音频编解码技术中，加密算法也是一个不可或缺的部分。
二、音频编解码技术音频编解码技术是指将音频信号从原始模拟信号转换为数字信号，然后通过各种算法压缩数据，以达到减少存储空间、提高传输效率等目的。
在音频编解码技术中，常用的编解码格式包括MP3、AAC、WMA、FLAC等。
三、音频加密技术音频加密技术是一种将音频信号进行加密，以保障音频的安全。
音频加密技术是由一个加密算法和一个密钥共同构成的。
加密算法是指将音频信号进行转换和加密的算法，密钥是加密算法的关键参数。
加密算法的安全性和加密密钥的保密性是音频加密技术中最重要的两个方面。
四、加密算法常用的音频加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
（一）对称加密算法对称加密算法是指加密和解密均使用同一个密钥的加密算法。
其中，最常用的对称加密算法是AES（Advanced Encryption Standard），其安全性和效率都具有很高的水平。
AES算法是基于替换和置换的加密算法，其特点是加密和解密速度快，加密密钥长度可选，安全性较高。
（二）非对称加密算法非对称加密算法是指加密和解密使用不同的密钥的加密算法，其中最常见的是RSA算法。
RSA算法是一种基于公私钥的加密算法，发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方使用自己的私钥进行解密。
RSA算法的安全性好，但是加密密钥长，加密速度相对较慢。
五、安全策略在音频加密安全策略中，控制密钥的安全性是非常重要的。
通常来说，密钥的安全性由加密密钥的长度、密钥管理和密钥交换等因素决定。
（一）加密密钥长度加密密钥长度越长，被破解的难度就越大。
通常，对于AES算法来说，密钥长度至少应该为128位以上；而对于RSA算法来说，长度应该为1024位以上。
GSM语音编码
GSM语音编码2008年09月03日星期三 15:51一、语音编码由于GSM系统是一种全数字系统，话音和其它信号都要进行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号转换成模拟电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成13Kbit/s的数字信号，用于无线传输。
下面我们主要讲一下TCH全速率信道的编码过程。
目前GSM采用的编码方案是13 Kbit/s的RPELTP（规则脉冲激励长期预测），其目的是在不增加误码的情况下，以较小的速率优化频谱占用，同时到达与固定电话尽量相接近的语音质量。
它首先将语音分成20ms为单位的语音块，再将每个块用8 KHZ抽样，因而每个块就得到了160个样本。
每个样本在经过A率13比特（μ率14比特）的量化，因为为了处理A率和μ率的压缩率不同，因而将该量化值又分别加上了3个或2个的“0”比特，最后每个样本就得到了16比特的量化值。
因而在数字化之后，进入编码器之前，就得到了128Kbit/s的数据流。
这一数据流的速率太高了以至于无法在无线路径下传播，因而我们需要让它通过编码器的来进行编码压缩。
如果用全速率的译码器的话，每个语音块将被编码为260比特，最后形成了13Kbit/s的源编码速率。
此后将完成信道的编码。
在BTS侧将能够恢复13Kbit/s的源速率，但为了形成16Kbit/s的TRAU帧以便于在ABIS和ATER接口上传送，因而需再增加3Kbit/s的信令，它可用于BTS来控制远端TCU的工作，因而被称为带内信息。
这3Kbit/s将包括同步和控制比特（包括坏帧指示、编码器类型、DTX指示等）。
总之，带内信息将能使TCH，知道信息的种类（全速率语音、半速率语音、数据），以及采用何种适用的方法用于上行和下行的传输。
在TCU侧，通过为了适应PSTN网络64Kbit/s的传输，因而在它其中的码型速率转换板将完成将速率由13Kbit/s转换为64Kbit/s的工作，二、信道编码信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。
一种抗RPE—LTP声码器压缩的端到端数据传输方法
Ｒ Ｅ— Ｐ ｍ 声码器 ， 但仅进行 了计算机仿真， 并没有
完成实 际 Ｇ Ｍ声码器传 输 的实验验证 。 Ｓ
，
基于上述 的分析 ， 要实现 Ｇ Ｍ移动通 信传统语音 Ｓ
通道上端到端的安全语音通信 ， 首先需要解决端到端 传输通道 的问题 。笔者提 出了一种 新的基于 Ｏ Ｄ 的 ＦＭ 抗声码器压缩端到端调制传输方法， 在保证低误码率 基 础上实现低延迟 的数据抗 Ｒ Ｅ— １ Ｐ Ｌ＇ Ｐ端到端 传输 。
果 ， 了 Ｄ Ｐ Ｋ能支 持 ２４ｋ／ 验证 ＱＳ ． ｂ ｓ的调制信 号 通过
输 的效果 会急 剧恶 化 。 究竟 多少 频 率 的 正 弦 波经 Ｐ Ｋ调 制 再通 过 声 Ｓ 码器 编码 解码后 能 得 到较 低 的误 码 率 ， 验测 试 方 实 法如 下 ： 首先选择 一个 频率 的正 弦载波 ， 在该 载波上 调制 固定误 码率 的数 据 。如选 择 Ｂ Ｓ 采 用 １ ０ Ｐ Ｋ， ０００
传输使用 。 ［ 关键词］ 声码器 ； 规则脉 冲激励 一 时预测 ； 长 正交频分复用 ； 快速．３ Ｔ ３ ３ １ 文献标识码 ］ Ａ ［ 文章编号 ］ １０ ０ ９—１４ （０ ７ １ ０ ８ ０ ７ ２ ２０ ）２— ０ １— ５
到端传输技术是实现实时移动端到端语音保密通信
的关键 技术 之一 。
【 收稿 日期 ］ ２０ ０ １ ； 回日期 ２０ — ９一 ４ ０７— ６— １ 修 ０ ７ ０ ｌ
【 基金项 目］ 中国博士后科学基金资助项 目（ ０６ ４ ０ ７ ） 网络安全与密码技术重点实验 室开放课题资助项 目（７ Ｏ ４ ２ ００ ０ ２ ３ ； ｏ Ｂｏ ）
１ 引言
—
Ｇ Ｍ 系统 传统语音通 道 上存在 一编 一解 的 Ｒ Ｅ Ｓ Ｐ Ｌ Ｐ声码器模块 。Ｒ Ｅ—Ｌ Ｐ声码 器是一种混合参 Ｔ Ｐ Ｔ 数压缩 编码算法 ， 过提取输入语 音 的声音 模 型参数 通
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RPE-LTP仿真
图1 RPE-LTP仿真图
编码器原理
图1 RPE-LTP 声码器编码原理框图
LOGO
背景
GSM标准提供了三种语音压缩编码算法:全速率FR(Full Rate)规则脉冲激励长时预 测RPE一LTP(Regular Pulse Excitation-Long-Term Prediction)编码，增强型全速 率EFR(Enhanced Full Rate)代数码激励线性预测ACELP(Adaptive Code Exeited Linear Predietion)编码和半速率HR(HalfRate)矢量和激励线性预测VSELP (VeetorSumExcitedLinearpredietion)编码,可由运营商根据无线资源利用率，信道 容量，话音质量等标准选用。
RPE-LTP压缩编码
LOGO
背景
基于电路交换的话音业务通道
移动通信系统的话音业务使用语音参数压缩编码，采用二次编 解码方案，并使用了DTX、VAD等技术。这些技术的运用给加密 语音的传输实现带来了一些问题。
1）GSM声码器输入要求为13bit线性PCM编码数据,而加密后的语音数据能量均匀分布, 不再满足声码器输入要求。 2）GSM系统采用了语音代码转换机制,无线链路和地面网络采用不同的语音编码，加密 数据在网络中至少要经过两次声码器的压缩解压,这是一种非线性有损压缩，对于加密信 号,却可能使接收端无法正确脱密。 3）当系统的VAD模块被触发时,系统会暂停对信号的传输,导致数据丢失。
编码器原理
图1 RPE-LTP 声码器编码原理框图
编码器性能指标
语音编码器包括多种性能指标：⑴编码器所处理的语音信号宽带；⑵压缩信号的比特 率；⑶重建语音质量；⑷编码器的复杂度和延时；⑸编码器对背景噪声的敏感度；⑹对信 道误码率的鲁棒性；⑺编码器受级联合转换译码的影响。
编码器的各种性能指标相互制约，尤其是编码率和语音质量，用户应根据不同的应用 要求在不同的指标间相互均衡。比如在非实时信息传送应用中，对延时的要求不高；在信 息存储应用中，对计算复杂度限制较少；相反在实时处理中，则希望有较低的延时和复杂 度；另外在许多商业应用中希望重建语音与原始语音有很高的相似性，而在另一些应用如 军事通信中则只要求可懂和自然的语音质量，并且安全性成为首要指标。
编码器原理
RPE—LTP语音编码器原理:它包括预处理、LPC分析、短时分析滤波、长时预测和规 则脉冲激励序列编码5个部分。其中，预处理采用8 kHz采样率对输入模拟语 音采样得到原始语音信号s(n)，去除s(n)中的直流分量后，采用一阶FIR滤波器进行高频 预加重，得到信号s(n)。LPC分析将信号的每160个样点(20ms)分为一帧，每帧计算出8 个对数面积比参数LAR(i)，i=1,2,...,8。短时分析滤波产生短时LPC残差信号d(n)。利用 长时预测对d(n)进行处理，进一步去除冗余，得出长时预测参数和长时残差信号。对经过 短时、长时预测后得到的LPC信号进行加权滤波、规则脉冲序列提取和量化编码，得到每 帧260 bit的编码。