專利名稱：第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置，適用于碼分多址復(fù)用 2000 (CDMA2000)網(wǎng)絡(luò)。它主要基于抗增強(qiáng)型變速率語音編碼(EVRC)加解密算法與抗 Qualcomm碼受激線性預(yù)示編碼(QCELP)加解密算法，采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片 XC3sl500-4fg676為基礎(chǔ)平臺，是一種無線網(wǎng)絡(luò)終端的端到端安全通信裝置。
背景技術(shù)：
隨著第三代移動通信技術(shù)(3G)在全球商業(yè)化運(yùn)作的不斷推進(jìn)，3G通信正逐 漸地融入人們的生活，成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢煞指畹囊徊糠?。在中國，碼分多址復(fù)用 2000(CDMA2000)通信系統(tǒng)隨著中國電信品牌天翼的推廣，不斷地深入人心，已經(jīng)成為了 3G 新用戶的首選網(wǎng)絡(luò)。因此，CDMA2000系統(tǒng)的安全性能也與其資費(fèi)、通信質(zhì)量等一樣，被手機(jī) 用戶不斷地關(guān)注。雖然在設(shè)計(jì)初，CDMA2000系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者已經(jīng)對系統(tǒng)的安全體系進(jìn)行了周 密地規(guī)劃，但該體系只能保證語音信號在手機(jī)與基站間的無線傳輸過程的安全，對于基站 間的中繼傳輸仍以明文傳輸，缺乏足夠的保護(hù)。一旦有攻擊者侵入運(yùn)營商內(nèi)部，或者運(yùn)營商 本身希望對用戶進(jìn)行監(jiān)控，則所有用戶的通訊安全都將受到極大的威脅。因此，需要對用戶 的通信進(jìn)行端到端的加密。從GSM時代開始，國內(nèi)外就有許多研究機(jī)構(gòu)相繼投入了端到端安全通信的研究。 德國、以色列、美國等國家的研究者都曾先后推出過端到端GSM通信網(wǎng)絡(luò)加密終端。其中， 德國GSMK公司于2003年11月采用其開發(fā)的語音加密技術(shù)，發(fā)布了名為Cryptophone的語 音加密手機(jī)，該手機(jī)可使同類手機(jī)間以及安裝了專門軟件的電腦間通話不被第三者竊聽； 以色列Snapshield公司于2005年提出了一種基于GSM智能手機(jī)的語音加密技術(shù)，并推出 了與索尼愛立信T618相連的語音加密模塊Snapcell，該模塊能夠使手機(jī)提供點(diǎn)對點(diǎn)的GSM 安全通信；美國的TCC公司也于2006年推出了采用語音加密技術(shù)的加密手機(jī)。然而，以上 研究機(jī)構(gòu)或團(tuán)體的加密技術(shù)，由于不具備抗RPE-LTP壓縮編碼能力，都只能通過2G網(wǎng)絡(luò)的 數(shù)據(jù)通道進(jìn)行傳輸。這類技術(shù)存在著明顯的缺陷第一，由于建立IP連接和運(yùn)用自動重傳 機(jī)制造成的延時問題無法克服，其中建立連接延時可達(dá)20-30秒，處理延時0. 5-1秒，因此 嚴(yán)重影響通話效果。第二，該類技術(shù)基于GSM數(shù)據(jù)通道，因此在通過不同運(yùn)營商及國際網(wǎng)絡(luò) 時存在互用性的問題，跨網(wǎng)不能互連互通。第三，不支持現(xiàn)有GSM的增值業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)通道 的兩端不能使用現(xiàn)有的電話卡以及移動網(wǎng)絡(luò)的一些其他增值業(yè)務(wù)。鑒于以上的缺點(diǎn)，一些研發(fā)機(jī)構(gòu)也對GSM手機(jī)語音通道上的端到端安全通信領(lǐng)域進(jìn)行了研究。如專利申請?zhí)枮?00710019924. 6的發(fā)明描述了抗長時預(yù)測規(guī)則脈沖激勵壓 縮編碼全球通手機(jī)語音加密方法，該方法是在全球通手機(jī)語音通信系統(tǒng)的模/數(shù)模塊和長 時預(yù)測規(guī)則脈沖激勵編解碼模塊之間，接入手機(jī)語音加/解密模塊，進(jìn)行語音加解密運(yùn)算， 實(shí)現(xiàn)語音加/解密功能。該發(fā)明通過GSM網(wǎng)絡(luò)的語音通道進(jìn)行傳輸，具有抗RPE-LTP壓縮 編碼的能力，通話延遲小，能夠跨網(wǎng)互連互通。專利申請?zhí)?00710020992. 4的發(fā)明提出了 抗聲碼器壓縮的端到端語音加密裝置與方法，具備抗RPE-LTP壓縮編碼的能力，可通過GSM網(wǎng)絡(luò)的語音通道進(jìn)行傳輸，但其無法克服基站濾波問題，不能實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)互通。然而，針對GSM網(wǎng)絡(luò)手機(jī)的端到端安全通信技術(shù)并不能很好地適用于3G移動網(wǎng) 絡(luò)。當(dāng)前，3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)或正在融入人們的生活，對3G手機(jī)的端到端加密研究也迫在眉睫。 專利申請?zhí)?1125103. 4的發(fā)明描述了一個針對3G網(wǎng)絡(luò)的端到端加密方法，但該方法的應(yīng) 用主要基于3G數(shù)據(jù)通道，同前述的GSM數(shù)據(jù)通道加密方法有著相同的缺陷。此外，由于該 方法沒有說明加密所針對的網(wǎng)絡(luò)且沒有在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，因此，無法適用于 當(dāng)前的3G網(wǎng)絡(luò)。而在專利申請?zhí)?00910183232. 4的發(fā)明中，描述了一個針對3G手機(jī)語音 通道上端到端 安全通信的加密方法。該方法主要針對3G標(biāo)準(zhǔn)中的WCDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加密，保 證其通話的安全性，并在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行了測試，得到了驗(yàn)證。然而，該專利的所提 出的方法僅僅針對WCDMA網(wǎng)絡(luò)，而對于CDMA2000網(wǎng)絡(luò)則無法保證能進(jìn)行正常加密通話。本發(fā)明描述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)端到端語音加密裝置，是一種全新的針對3G 網(wǎng)絡(luò)主流技術(shù)CDMA2000的端到端語音加解密通信技術(shù)，其加密強(qiáng)度高，具有抗增強(qiáng)型變速 率語音編碼(EVRC)與抗Qualcomm碼受激線性預(yù)示編碼(QCELP)的能力，語音可懂度高， 語音質(zhì)量好；其實(shí)現(xiàn)的語音加密過程延遲低；提供了標(biāo)準(zhǔn)語音輸入輸出接口，可接入任何 CDMA2000手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)語音輸入/輸出接口進(jìn)行端到端安全通信，具有普遍適應(yīng)性；采用了 內(nèi)置的電源系統(tǒng)，使得加密器能夠隨身攜帶，隨時使用；同時供電核心采用了一般的3. 7V 手機(jī)電池，具有非常大的通用性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提出一種在CDMA2000語音通道上進(jìn)行信源加密和 傳輸?shù)摹暗谌苿泳W(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置”，該裝置主要針對CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的特 性進(jìn)行設(shè)計(jì)，對于該網(wǎng)絡(luò)所采用的8K編碼速率的EVRC壓縮編碼與13K編碼速率的QCELP 壓縮編碼方法，采用有效的加、解密算法，使加密后的語音信號能很好地恢復(fù)，技術(shù)方案本發(fā)明提出的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置，將CDMA2000 手機(jī)通過信號預(yù)處理模塊與FPGA模塊相連，對手機(jī)輸入輸出信號進(jìn)行加解密處理，從而實(shí) 現(xiàn)語音加解密的功能。所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置由FPGA模塊、力口 解密算法模塊、信號預(yù)處理模塊以及電源管理模塊四部分構(gòu)成。所述的FPGA模塊是一個 基于FPGA的核心處理硬件模塊，主要包括FPGA芯片模塊與Flash PROM模塊兩部分；所述 的FPGA芯片模塊由一塊FPGA芯片及其外圍電路構(gòu)成，主要用于信號的加解密運(yùn)算；所述的 FlashPROM模塊由一組FlashPROM芯片及其外圍電路構(gòu)成，相互串聯(lián)接到FPGA芯片模塊的 數(shù)據(jù)下載口，該模塊中儲存了一個加解密算法模塊，用于上電時導(dǎo)入FPGA芯片模塊。該加 解密算法模塊主要由語音標(biāo)準(zhǔn)接收發(fā)算法模塊、語音變換算法模塊、類語音變換算法模塊、 以及語音加解密算法模塊四部分組成。所述的信號預(yù)處理模塊是FPGA工作模塊的外圍信 號處理模塊，主要包括A/D轉(zhuǎn)化模塊、時鐘信號模塊以及語音信號I/O接口模塊三部分構(gòu) 成；所述的A/D轉(zhuǎn)化模塊連接FPGA芯片模塊的I/O管腳，主要用于信號的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)化； 所述的時鐘信號模塊連接FPGA芯片模塊與A/D轉(zhuǎn)化模塊，主要用于時鐘信號的生成與分 頻；所述的語音信號I/O接口模塊連接A/D轉(zhuǎn)化模塊與外部聲音產(chǎn)生/采集工具，用于將加 /解密后的信號送出系統(tǒng)。所述電源管理模塊用于對系統(tǒng)提供所需的電流，主要包括變壓芯 片模塊與鋰電池模塊；所述的變壓芯片模塊連接FPGA模塊與信號預(yù)處理模塊，為兩者提供特定的工作電壓；所述的鋰電池模塊連接電壓芯片模塊，為其提供基本的電流。所述的加解密算法模塊包含了一個針對CDMA2000網(wǎng)絡(luò)特性設(shè)計(jì)的語音加解密的方法，該模塊在通電時加載到FPGA芯片模塊控制系統(tǒng)的工作。在系統(tǒng)上電后，F(xiàn)lash PROM 模塊將軟件程序?qū)隖PGA芯片中；導(dǎo)入完成后，該加解密算法將自動對相關(guān)芯片初始化， 隨后開始對數(shù)據(jù)的加解密。在加解密的過程中，加解密算法模塊主要調(diào)用語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算 法模塊、語音變換算法模塊、語音加解密算法模塊、以及類語音變換算法模塊來實(shí)現(xiàn)整個模 塊。其具體過程如下1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電后，F(xiàn)lash PROM在FPGA芯片的引導(dǎo)下，將加解密算法模 塊導(dǎo)入FPGA芯片中，確定FPGA芯片內(nèi)部的電路連接，隨后，F(xiàn)PGA芯片向信號預(yù)處理模塊發(fā) 送初始化命令，使其初始化；2)加密數(shù)據(jù)當(dāng)FPGA芯片模塊從A/D轉(zhuǎn)化模塊接收到語音信號后，首先運(yùn)行語音 標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊，把串行輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號變換成相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號；接著運(yùn)行語 音變換算法模塊，將信號分解成一定大小的幀；然后運(yùn)行語音加解密算法模塊，對語音數(shù)據(jù) 信號按特定方式進(jìn)行加密；再運(yùn)行類語音變換算法模塊，對加密后的信號進(jìn)行合成，并加上 同步信號；最后運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊，把數(shù)據(jù)信號變換成相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號 串行送入A/D轉(zhuǎn)化模塊；3)解密數(shù)據(jù)當(dāng)FPGA芯片模塊從A/D轉(zhuǎn)化模塊接收到加密語音信號后，首先運(yùn)行 語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊，把串行輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號變換成相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號；接著運(yùn) 行類語音變換算法模塊，對信號進(jìn)行同步并將其分解成幀；然后運(yùn)行語音加解密算法模塊， 對語音數(shù)據(jù)信號按特定方式進(jìn)行解密；再運(yùn)行語音變換算法模塊，將解密后的信號合成語 音信號；最后運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊，把數(shù)據(jù)信號變換成相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號串 行送入A/D轉(zhuǎn)化模塊。所述的語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)送算法模塊用于實(shí)現(xiàn)語音的接收和發(fā)送的功能，包含主程序 調(diào)用、緩存輸入、串并/并串轉(zhuǎn)換算法以及緩存輸出共四個步驟，具體過程為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行運(yùn) 算；2)發(fā)送數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，首先緩存該數(shù)據(jù)，然后采用并串轉(zhuǎn)換算法，把該 數(shù)據(jù)變換成一定格式的二進(jìn)制數(shù)字信號，最后將該信號緩存后隨時鐘串行輸出；3)接收數(shù)據(jù)當(dāng)接收到串行二進(jìn)制數(shù)字信號時，首先對輸入的串行數(shù)字信號進(jìn)行 緩存，然后采用串并轉(zhuǎn)換算法對緩存的信號進(jìn)行處理，將其按照一定的格式變換成數(shù)據(jù)信 號并行輸出。所述的語音變換算法模塊用于實(shí)現(xiàn)語音的合成和分解運(yùn)算，包含主程序調(diào)用、緩 存輸入、語音映射變換/逆變換、語音增強(qiáng)以及緩存輸出共五個步驟，具體方法為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音變換算法模塊時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行語音的合 成或分解；2)合成數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要合成時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射 變換，隨后進(jìn)行語音增強(qiáng)，最后將合成后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出；3)分解數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要分解時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射 逆變換，最后將分解后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出。
所述的語音加解密算法模塊用于實(shí)現(xiàn)抗8K速率EVRC與13K速率QCELP壓縮的語音加密和解密運(yùn)算，包含主程序調(diào)用、緩存輸入、確定加/解密參數(shù)、頻域加/解密、幀置亂 /解置亂以及緩存輸出共六個步驟組成，具體過程為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音加解密算法模塊時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行加密或 解密運(yùn)算；2)加密數(shù)據(jù)加密語音時，首先緩存輸入數(shù)據(jù)，其次確定相關(guān)的加密參數(shù)，接下來 依次對緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域加密和幀置亂加密，最后將加密后的語音數(shù)據(jù)緩存，并隨時鐘 順序輸出；3)解密數(shù)據(jù)解密語音時，首先緩存輸入數(shù)據(jù)，其次確定相關(guān)的解密參數(shù)，接下來 依次對緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行幀置亂解密和頻域解密，最后將解密后的語音數(shù)據(jù)緩存，并隨時鐘 順序輸出。所述的類語音變換算法模塊用于實(shí)現(xiàn)類語音的合成與分解，包含主程序調(diào)用、緩 存輸入、類語音映射變換/逆變換、語音增強(qiáng)、同步信號添加/搜尋以及緩存輸出共五個步 驟，具體方法為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行類語音變換算法模塊時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行語音的 合成或分解；2)合成數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要合成時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射 變換，隨后進(jìn)行語音增強(qiáng)，然后為變換后的語音添加同步信號，最后將合成后的類語音數(shù)據(jù) 進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出；3)分解數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要分解時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著搜索數(shù)據(jù)中的 同步信號，然后依據(jù)該信號按照一定的格式進(jìn)行類語音映射逆變換，最后將分解后的語音 數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出。有益效果本發(fā)明第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置具有良好的功能特 性實(shí)現(xiàn)了在碼分多址復(fù)用2000(CDMA2000)網(wǎng)絡(luò)中手機(jī)的端到端安全通信，加密強(qiáng)度不低 于3DES ；經(jīng)加解密后，語音信號的可懂度不受損失，音質(zhì)達(dá)到CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的要求，通話可 懂度彡99.6%，滿足通信的實(shí)時性要求，應(yīng)用于00默2000網(wǎng)絡(luò)無延遲，處理時延彡200ms ； 支持跨網(wǎng)的互聯(lián)互通以及CDMA2000網(wǎng)絡(luò)中的所有增值業(yè)務(wù)。本發(fā)明具有很強(qiáng)的抵抗壓縮編碼的能力。采用本發(fā)明的技術(shù)，首先可以提供 CDMA2000手機(jī)端到端的安全通信；其次可以大幅降低通話延遲(使延遲大概為0. 2秒)；而 且由于本發(fā)明不改變CDMA2000通信系統(tǒng)語音通道的特性，跨網(wǎng)間可以互聯(lián)互通；同時支持 CDMA2000通信網(wǎng)絡(luò)所有的增值業(yè)務(wù)；本發(fā)明具有標(biāo)準(zhǔn)的語音輸入、輸出接口，具有廣泛的 適用性；最后，本發(fā)明采用了內(nèi)置3. 7V手機(jī)電池的供電系統(tǒng)，大大擴(kuò)大了發(fā)明的使用范圍。


圖1是本發(fā)明裝置在CDMA2000網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明裝置的系統(tǒng)原理圖；圖3是本發(fā)明裝置的核心硬件工作示意圖；圖4是本發(fā)明的模塊間接口電路邏輯示意圖；圖5是本發(fā)明的電路原理圖6是本發(fā)明裝置的加解密算法模塊流程圖；圖7是語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊流程圖；圖8是語音變換算法模塊流程圖；圖9是語音加解密算法模塊流程圖；圖10是類語音變換算法模塊流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置由FPGA模塊1、加解密算法模 塊2、信號預(yù)處理模塊3以及電源管理模塊4四部分構(gòu)成。其中1 ·本發(fā)明的FPGA模塊1包括DFPGA芯片模塊1-1 以xc3sl500_4fg676型號的FPGA芯片為核心，具有150萬
門電路的編輯能力，用于加解密運(yùn)算。2) Flash PROM模塊1_2 存儲加解密算法模塊2，上電后，將加解密算法模塊2串 行配置下載至FPGA芯片模塊1-1中。2.本發(fā)明的加解密算法模塊2包括1)語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1 接收時，將輸入的串行二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相 對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號并行輸出；發(fā)送時，將輸入的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號串 行輸出。2)語音變換算法模塊2-2 接收時，按一定的格式將語音分解成適合加密的幀并 輸出；發(fā)送時，將解密得到的幀信號按一定格式組合為正常的語音信號并輸出3)類語音變換算法模塊2-3 接收時，按同步信號的指示，以一定的格式將語音分 解成適合解密的幀并輸出；發(fā)送時，將加密得到的幀信號按一定格式組合為類語音信號，同 時添加相應(yīng)的同步信息并輸出4)語音加解密算法模塊2-4 對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行加/解密，確保加密強(qiáng)度達(dá)到3DES 的要求。3.本發(fā)明的信號預(yù)處理模塊3包括1)時鐘信號模塊3-1 利用晶振生成的信號產(chǎn)生系統(tǒng)各模塊所需的時鐘信號2)A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2 對語音信號進(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換3)語音信號I/O接口模塊3-3 用于連接CDMA2000手機(jī)以及語音的輸入、輸出設(shè) 備，負(fù)責(zé)這些設(shè)備與系統(tǒng)間信號的傳遞4.本發(fā)明的電源管理模塊4包括1)鋰電池模塊4-1 存儲并提供系統(tǒng)所需的電能2)變壓芯片模塊4-1 將鋰電池模塊4-1產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)各模塊所需的電 壓以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明裝置各個模塊的結(jié)構(gòu)和流程進(jìn)行詳細(xì)的說明。具體描述為本發(fā)明提出的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置，是一種針對CDMA2000 網(wǎng)絡(luò)提出的，具有抗8K速率EVRC編碼方法與13K速率QCELP編碼方法的語音端到端加解密 裝置。該裝置將CDMA2000手機(jī)通過信號預(yù)處理模塊3與FPGA模塊1相連，對手機(jī)輸入輸出信號進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)語音加解密的功能。所述的手機(jī)語音端到端加密裝置由FPGA模塊1、加解密算法模塊2、信號預(yù)處理模塊3以及電源管理模塊4四部分構(gòu)成。所述的FPGA 模塊1是一個基于FPGA的核心處理模塊，主要包括FPGA芯片模塊1_1與Flash PROM模塊
1-2兩部分；所述的FPGA芯片模塊1-1由一塊FPGA芯片及其外圍電路構(gòu)成，主要用于信號 的加解密運(yùn)算；所述的Flash PROM模塊1-2由一組Flash PROM芯片及其外圍電路構(gòu)成，相 互串聯(lián)接到FPGA芯片模塊的數(shù)據(jù)下載口，該模塊中儲存了加解密算法模塊2，并在上電時 將其導(dǎo)入FPGA芯片模塊1-1。所述的加解密算法模塊2包含了一個基于FPGA運(yùn)行的一種 針對8K速率EVRC編碼器與13K速率QCELP編碼器設(shè)計(jì)的加解密算法。該加解密算法模塊 2主要由語音標(biāo)準(zhǔn)接收發(fā)算法模塊2-1、語音變換算法模塊2-2、類語音變換算法模塊2-3、 以及語音加解密算法模塊2-4四部分組成。所述的信號預(yù)處理模塊3是FPGA模塊1的外 圍信號處理模塊，主要包括時鐘信號模塊3-1、A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2以及語音信號I/O接口模 塊3-3三部分構(gòu)成；所述的時鐘信號模塊3-1連接FPGA芯片模塊1_1與A/D轉(zhuǎn)化模塊3_2， 主要用于時鐘信號的生成與分頻；所述的A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2連接FPGA芯片模塊1_1，主要用 于信號的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)化；所述的語音信號I/O接口模塊3-3連接A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2與外部 聲音產(chǎn)生/采集工具，用于將加/解密前/后的信號送入/送出系統(tǒng)。所述電源管理模塊4 用于對系統(tǒng)提供所需的電流，主要包括鋰電池模塊4-1與變壓芯片模塊4-2 ；所述的鋰電池 模塊連接電壓芯片模塊4-2，為其提供基本的工作電流；所述的變壓芯片模塊連接FPGA模 塊1與信號預(yù)處理模塊3，為兩者提供特定的工作電壓。所述的FPGA芯片模塊1-1以xc3sl500_4fg676型號的FPGA芯片為核心，具有150 萬門電路的編輯能力，用于加解密運(yùn)算；所述的Flash PROM模塊1-2用于存儲加解密算法， 上電后，將加解密算法串行配置下載至FPGA芯片模塊1-1中。所述的時鐘信號模塊2-1能 將8. 192MHz晶振生成的信號分頻，產(chǎn)生系統(tǒng)各模塊所需的時鐘信號；所述的A/D轉(zhuǎn)化模塊
2-2對語音信號進(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述的語音信號I/O接口模塊2-3用于連接CDMA2000 手機(jī)以及語音的輸入、輸出設(shè)備，負(fù)責(zé)這些設(shè)備與系統(tǒng)間信號的傳遞。所述的鋰電池模塊 4-1用于存儲并提供3. 7V的直流電流；所述的變壓芯片模塊4-2用于將鋰電池模塊4-1產(chǎn) 生的3. 7V電流轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)各模塊所需的+5V、-5V、+3. 3V、+2. 5V和+1. 2V電壓。所述的加解密算法模塊2包含了一種針對CDMA2000網(wǎng)絡(luò)8K速率EVRC編碼器與 13K速率QCELP編碼器設(shè)計(jì)的加解密算法。在系統(tǒng)上電后，F(xiàn)lash PROM模塊1_2將該加解 密算法模塊2導(dǎo)入FPGA芯片模塊1-1中；導(dǎo)入完成后，該模塊將自動對相關(guān)芯片初始化， 隨后開始對數(shù)據(jù)的加解密。在加解密的過程中，加解密算法模塊2主要調(diào)用語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā) 算法模塊2-1、語音變換算法模塊2-2、類語音變換算法模塊2-3、以及語音加解密算法模塊 2-4來實(shí)現(xiàn)整個加解密算法。其具體過程如下1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電后，F(xiàn)lash PROM在FPGA芯片的引導(dǎo)下，將加解密算法模 塊2導(dǎo)入FPGA芯片中，確定FPGA芯片內(nèi)部的電路連接，隨后，F(xiàn)PGA芯片向信號預(yù)處理模塊 3發(fā)送初始化命令，使其初始化；2)加密數(shù)據(jù)當(dāng)FPGA芯片模塊1_1從A/D轉(zhuǎn)化模塊3_2接收到語音信號后，首先 運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1，把串行輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號變換成相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號； 接著運(yùn)行語音變換算法模塊2-2，將信號分解成一定大小的幀；然后運(yùn)行語音加解密算法 模塊2-4，對語音數(shù)據(jù)信號按特定方式進(jìn)行加密；再運(yùn)行類語音變換算法模塊2-3，對加密后的信號進(jìn)行合成，并加上同步信號；最后運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1，把數(shù)據(jù)信號變 換成相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號串行送入A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2 ；3)解密數(shù)據(jù)當(dāng)FPGA芯片模塊1_1從A/D轉(zhuǎn)化模塊3_2接收到加密語音信號后， 首先運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1，把串行輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號變換成相對應(yīng)的數(shù)據(jù) 信號；接著運(yùn)行類語音變換算法模塊2-3，對信號進(jìn)行同步并將其分解成幀；然后運(yùn)行語 音加解密算法模塊2-4，對語音數(shù)據(jù)信號按特定方式進(jìn)行解密；再運(yùn)行語音變換算法模塊 2-2，將解密后的信號合成語音信號；最后運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1，把數(shù)據(jù)信號變 換成相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號串行送入A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2。
所述的語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)送算法模塊2-1用于實(shí)現(xiàn)語音的接收和發(fā)送的功能，包含主 程序調(diào)用、緩存輸入、串并/并串轉(zhuǎn)換算法以及緩存輸出共四個步驟，具體過程為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行 運(yùn)算；2)發(fā)送數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，首先緩存該數(shù)據(jù)，然后采用并串轉(zhuǎn)換算法模塊， 把該數(shù)據(jù)變換成一定格式的二進(jìn)制數(shù)字信號，最后將該信號緩存后隨時鐘串行輸出；3)接收數(shù)據(jù)當(dāng)接收到串行二進(jìn)制數(shù)字信號時，首先對輸入的串行數(shù)字信號進(jìn)行 緩存，然后采用串并轉(zhuǎn)換算法模塊對緩存的信號進(jìn)行處理，將其按照一定的格式變換成數(shù) 據(jù)信號并行輸出。所述的語音變換算法模塊2-2用于實(shí)現(xiàn)語音的合成和分解運(yùn)算，包含主程序調(diào) 用、緩存輸入、語音映射變換/逆變換、語音增強(qiáng)以及緩存輸出共四個步驟，具體方法為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音變換算法模塊2-2時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行語音 的合成或分解；2)合成數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要合成時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射 變換，隨后進(jìn)行語音增強(qiáng)，最后將合成后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出；3)分解數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要分解時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射 逆變換，最后將分解后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出。所述的類語音變換算法模塊2-3用于實(shí)現(xiàn)類語音的合成與分解，包含主程序調(diào) 用、緩存輸入、類語音映射變換/逆變換、語音增強(qiáng)、同步信號添加/搜尋以及緩存輸出共五 個步驟，具體方法為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行類語音變換算法模塊2-3時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行語 音的合成或分解；2)合成數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要合成時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射 變換，隨后進(jìn)行語音增強(qiáng)，然后為變換后的語音添加同步信號，最后將合成后的類語音數(shù)據(jù) 進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出；3)分解數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要分解時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著搜索數(shù)據(jù)中的 同步信號，然后依據(jù)該信號按照一定的格式進(jìn)行類語音映射逆變換，最后將分解后的語音 數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出。所述的語音加解密算法模塊2-4用于實(shí)現(xiàn)抗8K速率EVRC編碼與13K速率QCELP 編碼的語音加密和解密運(yùn)算，包含主程序調(diào)用、緩存輸入、確定加/解密參數(shù)、頻域加/解 密、幀置亂/解置亂以及緩存輸出共六個步驟組成，具體過程為
1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音加解密算法模塊2-4時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行加密或解密運(yùn)算；2)加密數(shù)據(jù)加密語音時，首先緩存輸入數(shù)據(jù)，其次確定相關(guān)的加密參數(shù)，接下來 依次對緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域加密和幀置亂加密，最后將加密后的語音數(shù)據(jù)緩存，并隨時鐘 順序輸出；3)解密數(shù)據(jù)解密語音時，首先緩存輸入數(shù)據(jù)，其次確定相關(guān)的解密參數(shù)，接下來 依次對緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行幀置亂解密和頻域解密，最后將解密后的語音數(shù)據(jù)緩存，并隨時鐘 順序輸出。如圖1所示的結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明利用所提供的語音信號I/O接口模塊，將加解密系 統(tǒng)與碼分多址復(fù)用2000(CDMA2000)手機(jī)語音輸入、輸出接口相連接，從而實(shí)現(xiàn)語音加解密 的功能。應(yīng)用本發(fā)明的裝置語音信號從語音輸入設(shè)備進(jìn)入語音信號I/O接口模塊，接下來 通過A/D轉(zhuǎn)化模塊被發(fā)送至FPGA芯片模塊中通過加解密算法模塊進(jìn)行加密，隨后信號被送 回A/D轉(zhuǎn)化模塊，由語音信號I/O接口模塊送出，經(jīng)由CDMA2000手機(jī)射頻輸入CDMA2000網(wǎng) 絡(luò)；類似地，加密語音在經(jīng)過CDMA2000網(wǎng)絡(luò)后，由CDMA2000手機(jī)接收，接下來被送入語音信 號I/O接口模塊，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)化模塊，送入FPGA芯片模塊通過加解密算法模塊進(jìn)行解密，隨 后，解密的信號再次被發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)化模塊，經(jīng)由語音I/O接口模塊，送入語音信號輸出設(shè) 備輸出。如圖2所示的系統(tǒng)原理圖可知，本發(fā)明裝置主要包括四大部分FPGA模塊1、加解 密算法模塊2、信號預(yù)處理模塊3以及電源管理模塊4。所屬的FPGA模塊1包括FPGA芯片 模塊1-1與Flash PROM模塊1_2。所述的加解密算法模塊2包括語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊
2-1，語音變換算法模塊2-2，類語音變換算法模塊2-3以及語音加解密算法模塊2-4。所述 的信號預(yù)處理模塊3包括時鐘信號模塊3-1，A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2以及語音信號I/O接口模塊
3-3。所述的電源管理模塊4包括鋰電池模塊4-1以及變壓芯片模塊4-2。系統(tǒng)的工作過程如下系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行各部分的初始化配置，過程如下 Flash PROM模塊1_2在FPGA芯片模塊1_1的引導(dǎo)下將加解密算法模塊2寫入FPGA芯片 模塊1-1中，完成對其的初始化配置。隨后，F(xiàn)PGA芯片模塊1-1向信號預(yù)處理模塊3發(fā)送 初始化信息，確定相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)。各模塊的初始化完成后，系統(tǒng)開始進(jìn)行語音加解密，語 音加密的過程如下語音信號從語音輸入設(shè)備經(jīng)由語音信號I/O接口模塊3-3送入A/D轉(zhuǎn) 化模塊3-2。該模塊在時鐘信號模塊3-1生成的時鐘信號的控制下，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù) 字信號送入FPGA芯片模塊1-1。FPGA芯片模塊1_1隨后依次調(diào)用語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊 2-1，語音變換算法模塊2-2，語音加解密算法模塊2-4，類語音變換算法模塊2-3，語音標(biāo)準(zhǔn) 收發(fā)算法模塊2-1，在時鐘信號的控制下完成信號的接收、加密以及發(fā)送的過程，重新送入 A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2。隨后，信號被重新轉(zhuǎn)化為模擬信號，經(jīng)由語音信號I/O接口模塊3-3送 入CDMA2000手機(jī)，射頻輸入CDMA2000網(wǎng)絡(luò)，完成加密過程。語音解密過程如下加密語音 從CDMA2000手機(jī)輸入語音信號I/O接口模塊3_3，隨后被送入A/D轉(zhuǎn)化模塊3_2，在時鐘信 號的控制下轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。接下來，信號被送入FPGA芯片模塊1-1，模塊在時鐘信號的 控制下，依次調(diào)用語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1，類語音變換算法模塊2-3，語音加解密算法 模塊2-4，語音變換算法模塊2-2，語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊2-1，完成信號的接收、解密以及 發(fā)送的過程，重新送入A/D轉(zhuǎn)化模塊3-2，恢復(fù)成模擬信號。隨后，信號被送入語音信號I/O接口模塊3-3，最后，在語音輸出設(shè)備中輸出。如圖3所示核心硬件工作示意圖可知，F(xiàn)PGA芯片模塊利用特定的芯片配置管腳從Flash PROM模塊中讀取所保存的加解密算法模塊對FPGA芯片進(jìn)行配置，接下來，F(xiàn)PGA芯片 模塊對信號預(yù)處理模塊中的時鐘信號模塊與A/D轉(zhuǎn)化模塊進(jìn)行初始化配置，令其進(jìn)入正常 的工作狀態(tài)。隨后，系統(tǒng)開始執(zhí)行語音加解密任務(wù)。首先，A/D轉(zhuǎn)化模塊在時鐘信號模塊給出的時鐘信號的控制下，將原始語音數(shù)據(jù)通 過數(shù)據(jù)I/O管腳送入FPGA芯片模塊。FPGA芯片模塊則順序使用語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊， 語音變換算法模塊，語音加解密算法模塊，類語音變換算法模塊，語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊， 實(shí)現(xiàn)對原始語音的加密。隨后，將加密后的信號送入A/D轉(zhuǎn)化模塊，轉(zhuǎn)化為模擬信號輸出。 解密過程則是上述過程的逆過程。首先A/D轉(zhuǎn)化模塊在時鐘信號的控制下，將加密語音數(shù) 據(jù)通過數(shù)據(jù)I/O管腳送入FPGA芯片模塊。FPGA芯片模塊則順序使用語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模 塊，類語音變換算法模塊，語音加解密算法模塊，語音變換算法模塊，語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模 塊，實(shí)現(xiàn)對原始語音的解密。最后，將解密后的信號送入A/D轉(zhuǎn)化模塊，轉(zhuǎn)化為模擬信號輸 出ο所述的語音變換算法模塊采用了語音映射變換、語音增強(qiáng)等技術(shù)對信號進(jìn)行處 理，實(shí)現(xiàn)CDMA2000的語音變換；所述的語音加解密算法模塊采用了頻域加/解密算法、幀置 亂/解置亂算法等技術(shù)實(shí)現(xiàn)加密；所述的類語音變換算法模塊采用了類語音映射變換、語 音增強(qiáng)以及同步信號添加/提取等技術(shù)對信號進(jìn)行處理。如圖4所示本發(fā)明的模塊間接口電路邏輯示意圖可知，系統(tǒng)上電后，F(xiàn)lashPROM模 塊在FPGA芯片輸出的時鐘信號CCLK的引導(dǎo)下，將配置信息通過DO輸入FPGA芯片的配置 管腳，確定芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。隨后，芯片在時鐘信號fs0(幀同步0)，sclkO(時鐘同步0)， fsl (幀同步1)，sclkl (時鐘同步1)的控制下，從DoutO (數(shù)據(jù)輸出0)與Doutl (數(shù)據(jù)輸出 1)輸出信號對A/D轉(zhuǎn)換模塊與時鐘模塊進(jìn)行初始化配置，使其A/D轉(zhuǎn)換模塊采樣頻率固定 為8KHz，fsO (幀同步0)，fsl (幀同步1)的頻率固定為8KHz，sclkO (時鐘同步0)，sclkl (時 鐘同步1)的頻率固定為2. 048MHz。系統(tǒng)的工作流程如下語音信號上行部分語音信號從語音輸入設(shè)備輸入至上行語音信號I/O接口，隨 后被送入A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)上行A/D模塊采樣量化后，語音信號流在sclkO (時鐘同步0)、 fs0(幀同步0)的作用下，從DinO (數(shù)據(jù)輸入0)管腳輸入至FPGA芯片模塊的數(shù)據(jù)I/O管 腳。在FPGA芯片模塊中進(jìn)行如圖3所描述的語音標(biāo)準(zhǔn)接收后，進(jìn)行加密，最后語音標(biāo)準(zhǔn)輸 出。加密的語音信號流在sclkO (時鐘同步0)、fs0(幀同步0)的作用下，從DoutO (數(shù)據(jù)輸 出0)管腳輸至上行A/D模塊進(jìn)行數(shù)模變換，最后由上行語音信號I/O接口輸出至CDMA2000 手機(jī)，并射頻發(fā)送。語音信號下行部分加密語音由CDMA2000手機(jī)接收后，輸入至上行語音信號I/O 接口，隨后被送入下行A/D模塊，經(jīng)下行A/D模塊采樣量化后，語音信號流在sclkl (時鐘同 步l)、fsl(幀同步1)的作用下，從Dinl (數(shù)據(jù)輸入1)管腳輸入至FPGA芯片模塊的數(shù)據(jù)I/ 0管腳。在FPGA芯片模塊中進(jìn)行如圖3所描述的語音標(biāo)準(zhǔn)接收后，進(jìn)行解密，最后語音標(biāo)準(zhǔn) 輸出。解密后的語音信號流在sclkl (時鐘同步l)、fsl(幀同步1)的作用下，從Doutl (數(shù) 據(jù)輸出1)管腳輸出至下行A/D模塊進(jìn)行數(shù)模變換，最后由語音輸出設(shè)備輸出。如圖5所示為本發(fā)明的電路原理圖。系統(tǒng)由鋰電池供電，在打開開關(guān)后，變壓芯片將電池所供3.7V電流轉(zhuǎn)換為各模塊所需電壓并送出。系統(tǒng)上電后，F(xiàn)PGA芯片引導(dǎo)Flash PROM模塊，對FPGA芯片進(jìn)行初始化配置，在配置完成后，由FPGA芯片向A/D芯片發(fā)送初始 化命令進(jìn)行初始化設(shè)置。初始化完成后，晶振產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)A/D芯片中分頻模塊的處 理，變?yōu)橄到y(tǒng)所需的時鐘信號送入各個模塊各模塊。在語音上行過程中，本地語音信號從I/ 0接口的上行輸入端送入，進(jìn)入上行A/D芯片進(jìn)行采樣量化轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并送入FPGA芯 片進(jìn)行加密，最后經(jīng)由上行A/D芯片進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)化后，從I/O接口的上行輸出端輸出。在語 音下行過程中，手機(jī)接收的語音信號由I/O接口模塊的下行輸入端送入，進(jìn)入下行A/D芯片 進(jìn)行采樣量化轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并送入FPGA芯片進(jìn)行解密，最后經(jīng)由下行A/D芯片進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)化后，從I/O接口的下行輸出端輸出。如圖6所示，本發(fā)明的加解密算法模塊運(yùn)行流程圖可知，系統(tǒng)在上電后，首先對 FPGA模塊與信號預(yù)處理模塊進(jìn)行初始化配置，隨后開始信號的加解密過程。首先語音標(biāo)準(zhǔn) 接收算法模塊將接收的外部串行信號轉(zhuǎn)化為所需要的內(nèi)部并行信號，隨后，按照要求，將信 號送往加密端或解密端。在加密端，程序首先調(diào)用語音變換算法模塊，將送來的語音信號分 解為適合語音加密的格式；隨后，調(diào)用信號加密算法模塊，對語音信號按照特定的方式進(jìn)行 加密；接下來，調(diào)用類語音變換算法模塊，將信號合成為適合類語音信號發(fā)送的格式，并添 加相關(guān)的同步信息，送入語音標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送算法模塊。在解密端，程序首先調(diào)用類語音變換算法 模塊，將送來的類語音信號按照搜索得到的同步信息分解為適合語音解密的格式；隨后，調(diào) 用信號解密算法模塊，對類語音信號按照特定的方式進(jìn)行解密；接下來，調(diào)用語音變換算法 模塊，將信號合成為適合語音信號發(fā)送的格式，送入語音標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送算法模塊。最后，語音標(biāo) 準(zhǔn)發(fā)送算法模塊將接收的語音/類語音信號轉(zhuǎn)化成為發(fā)送所需要的信號，將其串行送出。如圖7所示本發(fā)明的語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊流程圖可知，主程序按照信號流程調(diào) 用模塊對送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，算法首先緩存接收到的并行數(shù)據(jù)；隨 后，調(diào)用并串轉(zhuǎn)換算法程序，將收到的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)送入緩存區(qū)；最后，按照時 鐘將數(shù)據(jù)順序輸出。當(dāng)需要接收數(shù)據(jù)時，算法首先緩存接收到的串行數(shù)據(jù)；隨后，調(diào)用串并 轉(zhuǎn)換算法程序，將收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)送入緩存區(qū)；最后，按照時鐘將數(shù)據(jù)送 出ο如圖8，本發(fā)明的語音變換算法模塊運(yùn)行流程如下，主程序按照信號流程調(diào)用模塊 對送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)需要分解數(shù)據(jù)時，算法首先緩存接收到的數(shù)據(jù)；隨后，對接收的 信號數(shù)據(jù)進(jìn)行語音映射變換，將其轉(zhuǎn)化為適于加密的信號格式；接下來，對信號進(jìn)行語音增 強(qiáng)后，送入緩存區(qū)；最后，將緩存的數(shù)據(jù)按照時鐘順序輸出。當(dāng)需要合成數(shù)據(jù)時，算法首先緩 存接收到的數(shù)據(jù)；隨后，對接收的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行語音映射逆變換，將其轉(zhuǎn)化為語音信號；接 下來，對信號進(jìn)行語音增強(qiáng)后，送入緩存區(qū)；最后，將緩存的數(shù)據(jù)按照時鐘順序輸出。如圖9，本發(fā)明的語音加解密算法模塊運(yùn)行流程如下，主程序按照信號流程調(diào)用模塊對送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)需要加密數(shù)據(jù)時，算法首先緩存收到的數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)信息 確定加密時所需的參數(shù)；隨后，根據(jù)所確定的參數(shù)，對信號進(jìn)行頻域加密；接下來，對頻域 加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行幀置亂，并將其送入緩存區(qū)；最后，將緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)按時鐘順序輸出。 當(dāng)需要解密數(shù)據(jù)時，算法首先緩存收到的數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)信息確定解密時所需的參數(shù)；隨 后，根據(jù)所確定的參數(shù)，對信號進(jìn)行幀解置亂；接下來，對幀解置亂后的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域解密， 并將其送入緩存區(qū)；最后，將緩存區(qū)中的順序按時鐘順序輸出。
如圖10，本發(fā)明的類語音變換算法模塊運(yùn)行流程如下，主程序按照信號流程調(diào)用 模塊對送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)需要合成數(shù)據(jù)時，算法首先緩存接收到的數(shù)據(jù)；隨后，對接 收的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行類語音映射變換，將其轉(zhuǎn)化為類語音信號；接下來，為信號添加相應(yīng)的同 步信號；然后，對得到的類語音信號進(jìn)行語音增強(qiáng)，并將其送入緩存區(qū)；最后，將緩存的數(shù) 據(jù)按照時鐘順序輸出。當(dāng)需要分解數(shù)據(jù)時，算法首先緩存接收到的數(shù)據(jù)；隨后，搜索、讀取并 確認(rèn)所接收類語音信號數(shù)據(jù)中的同步信息；接下來，對信號進(jìn)行類語音映射逆變換，將其轉(zhuǎn) 化為適于解密的信號格式；然后，對信號進(jìn)行語音增強(qiáng)后，并送入緩存區(qū)；最后，將緩存的 數(shù)據(jù)按照時鐘順序輸出。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的較佳實(shí)例以 及其技術(shù)構(gòu)思做出的各種可能的改善或是替換，而所有這些改變或是替換都應(yīng)屬于本發(fā)明 所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置，其特征在于將CDMA2000手機(jī)通過信號預(yù)處理模塊(3)與FPGA模塊(1)相連，對手機(jī)輸入輸出信號進(jìn)行加解密處理；所述的手機(jī)語音端到端加密裝置由FPGA模塊(1)、加解密算法模塊(2)、信號預(yù)處理模塊(3)以及電源管理模塊(4)四部分構(gòu)成；所述的FPGA模塊(1)是一個基于FPGA的核心處理模塊，包括FPGA芯片模塊(1-1)與Flash PROM模塊(1-2)兩部分；所述的FPGA芯片模塊(1-1)由一塊FPGA芯片及其外圍電路構(gòu)成，用于信號的加解密運(yùn)算；所述的Flash PROM模塊(1-2)由兩塊或兩塊以上的Flash PROM芯片及其外圍電路構(gòu)成，串聯(lián)接到FPGA芯片模塊的數(shù)據(jù)下載口，該Flash PROM模塊(1-2)中儲存了一個加解密算法模塊(2)，用于上電時導(dǎo)入FPGA芯片模塊(1-1)；所述的信號預(yù)處理模塊(3)是FPGA模塊(1)的外圍信號處理模塊，主要包括時鐘信號模塊(3-1)、A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)以及語音信號I/O接口模塊(3-3)三部分構(gòu)成；所述的時鐘信號模塊(3-1)連接FPGA芯片模塊(1-1)與A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)，用于時鐘信號的生成與分頻；所述的A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)連接FPGA芯片模塊(1-1)，用于信號的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)化；所述的語音信號I/O接口模塊(3-3)連接A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)與外部聲音產(chǎn)生/采集工具，用于將加/解密前/后的信號送入/送出系統(tǒng)；所述電源管理模塊(4)用于對系統(tǒng)提供所需的電流，包括鋰電池模塊(4-1)與變壓芯片模塊(4-2)；所述的鋰電池模塊(4-1)連接電壓芯片模塊(4-2)，為其提供基本的電流；所述的變壓芯片模塊(4-2)連接FPGA模塊(1)與信號預(yù)處理模塊(3)，為兩者提供特定的工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置，其特征在于所述 的FPGA芯片模塊(1-1)以XC3sl500-4fg676型號的FPGA芯片為加解密運(yùn)算核心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置，其特征在于所述 的Flash PROM模塊(1-2)以兩片或兩片以上型號為xcf04s的Flash PROM芯片串聯(lián)接到 FPGA芯片模塊(1-1)的下載口，其中儲存了加解密算法模塊(2)，在上電時加載入FPGA芯 片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置，其特征在于所述 的A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)采用了兩片型號為TLC320AD50I的A/D芯片分別進(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn) 化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密方法，其特征在于所述 的鋰電池模塊(4-1)能儲存并提供3. 7V的直流電流，并通過變壓芯片模塊(4-2)將其轉(zhuǎn)化 為+5V、-5V、+3. 3V、+2. 5V和+1. 2V電壓，其中，變壓芯片模塊(4-2)對信號預(yù)處理模塊提 供+5V、-5V與+3. 3V的電壓，向FPGA模塊(1)提供+3. 3V，+2. 5V和+1. 2V的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置的加密方法，其特 征在于所述的加解密算法模塊(2)由語音標(biāo)準(zhǔn)接收發(fā)算法模塊(2-1)、語音變換算法模塊 (2-2)、類語音變換算法模塊(2-3)以及語音加解密算法模塊(2-4)四部分組成。加解密算 法模塊(2)在系統(tǒng)上電后自動加載到FPGA芯片模塊(1-1)中，系統(tǒng)工作后，該加解密算法 模塊(2)調(diào)用語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊(2-1)、語音變換算法模塊(2-2)、類語音變換算法模 塊(2-3)、以及語音加解密算法模塊(2-4)來實(shí)現(xiàn)整個算法，其具體過程如下1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電后，F(xiàn)lash PROM模塊(1-2)在FPGA芯片模塊(1_1)的引導(dǎo)下， 將加解密算法模塊(2)導(dǎo)入FPGA芯片模塊(1-1)中，確定FPGA芯片模塊(1_1)內(nèi)部的電 路連接，隨后，F(xiàn)PGA芯片模塊(1-1)向信號預(yù)處理模塊(3)發(fā)送初始化命令，使其初始化；2)加密數(shù)據(jù)當(dāng)FPGA芯片模塊(1-1)從A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)接收到語音信號后，首先 運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊(2-1)，把串行輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號變換成相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信 號；接著運(yùn)行語音變換算法模塊(2-2)，將信號分解成一定大小的幀；然后運(yùn)行語音加解密 算法模塊(2-4)，對語音數(shù)據(jù)信號進(jìn)行加密；再運(yùn)行類語音變換算法模塊(2-3)，對加密后 的信號進(jìn)行合成，并加上同步信號；最后運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊(2-1)，把數(shù)據(jù)信號變 換成相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號串行送入A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)；3)解密數(shù)據(jù)當(dāng)FPGA芯片模塊(1-1)從A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)接收到加密語音信號后， 首先運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊(2-1)，把串行輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號變換成相對應(yīng)的數(shù) 據(jù)信號；接著運(yùn)行類語音變換算法模塊(2-3)，對信號進(jìn)行同步并將其分解成幀；然后運(yùn)行 語音加解密算法模塊(2-4)，對語音數(shù)據(jù)信號進(jìn)行解密；再運(yùn)行語音變換算法模塊(2-2)， 將解密后的信號合成語音信號；最后運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊(2-1)，把數(shù)據(jù)信號變換 成相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號串行送入A/D轉(zhuǎn)化模塊(3-2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密方法，其特征在于所述 的語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)送算法模塊(2-1)用于實(shí)現(xiàn)語音的接收和發(fā)送的功能，包含主程序調(diào)用、 緩存輸入、串并/并串轉(zhuǎn)換算法以及緩存輸出共四個步驟，具體過程為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)算法模塊(2-1)時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行運(yùn)算；2)發(fā)送數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，首先緩存該數(shù)據(jù)，然后采用并串轉(zhuǎn)換算法模塊，把該 數(shù)據(jù)變換成二進(jìn)制數(shù)字信號，最后將該信號緩存后隨時鐘串行輸出；3)接收數(shù)據(jù)當(dāng)接收到串行二進(jìn)制數(shù)字信號時，首先對輸入的串行數(shù)字信號進(jìn)行緩 存，然后采用串并轉(zhuǎn)換算法模塊對緩存的信號進(jìn)行處理，將其變換成數(shù)據(jù)信號并行輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密方法，其特征在于所述 的語音變換算法模塊(2-2)用于實(shí)現(xiàn)語音的合成和分解運(yùn)算，包含主程序調(diào)用、緩存輸入、 語音映射變換/逆變換、語音增強(qiáng)以及緩存輸出共五個步驟，具體方法為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音變換算法模塊(2-2)時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行語音的 合成或分解；2)合成數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要合成時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射變換， 隨后進(jìn)行語音增強(qiáng)，最后將合成后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出；3)分解數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要分解時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射逆變 換，最后將分解后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時鐘順序輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密方法，其特征在于所述 的類語音變換算法模塊(2-3)用于實(shí)現(xiàn)類語音的合成與分解，包含主程序調(diào)用、緩存輸入、 類語音映射變換/逆變換、語音增強(qiáng)、同步信號添加/搜尋以及緩存輸出共五個步驟，具體 方法為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行類語音變換模塊(2-3)時，主程序調(diào)用該算法進(jìn)行語音的合 成或分解；2)合成數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要合成時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著進(jìn)行語音映射變換， 隨后進(jìn)行語音增強(qiáng)，然后為變換后的語音添加同步信號，最后將合成后的類語音數(shù)據(jù)進(jìn)行 緩存，并隨時鐘順序輸出；3)分解數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)需要分解時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存輸入，接著搜索數(shù)據(jù)中的同步 信號，然后依據(jù)該信號進(jìn)行類語音映射逆變換，最后將分解后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并隨時 鐘順序輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密方法，其特征在于所 述的語音加解密算法模塊(2-4)用于實(shí)現(xiàn)語音的加密和解密運(yùn)算，包含主程序調(diào)用、緩存 輸入、確定加/解密參數(shù)、頻域加/解密、幀置亂/解置亂以及緩存輸出共六個步驟組成，具 體過程為1)主程序調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行語音加解密算法模塊(2-4)時，主程序調(diào)用該模塊進(jìn)行加密 或解密運(yùn)算；2)加密數(shù)據(jù)加密語音時，首先緩存輸入數(shù)據(jù)，其次確定相關(guān)的加密參數(shù)，接下來依次 對緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域加密和幀置亂加密，最后將加密后的語音數(shù)據(jù)緩存，并隨時鐘順序 輸出；3)解密數(shù)據(jù)解密語音時，首先緩存輸入數(shù)據(jù)，其次確定相關(guān)的解密參數(shù)，接下來依次 對緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行幀置亂解密和頻域解密，最后將解密后的語音數(shù)據(jù)緩存，并隨時鐘順序 輸出。
全文摘要
第三代移動網(wǎng)絡(luò)手機(jī)語音端到端加密裝置是一種針對CDMA2000手機(jī)設(shè)計(jì)的語音端到端加密裝置。該裝置為手機(jī)提供了一個可選擇的獨(dú)立語音加密硬件模塊及相應(yīng)的語音輸入/輸出設(shè)備，能為CDMA2000手機(jī)提供端到端加解密的能力，實(shí)現(xiàn)抗8K速率EVRC編碼與13K速率QCELP編碼壓縮的語音信號加/解密功能。其中，所述的加解密設(shè)備中的FPGA模塊(1)是進(jìn)行加解密過程的硬件平臺，是整個系統(tǒng)的核心；加解密算法模塊(2)是實(shí)現(xiàn)加解密過程的相關(guān)算法程序；信號預(yù)處理模塊(3)將FPGA模塊與外部的CDMA2000手機(jī)相連接，對芯片的輸入輸出信號進(jìn)行預(yù)處理，同時對芯片提供時鐘信號；電源管理模塊(4)連接FPGA模塊與信號預(yù)處理模塊，用于向整個系統(tǒng)提供所需特定電壓的電源。
文檔編號H04W12/02GK101835146SQ20101014504
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者劉舒, 張南, 方頡翔, 胡錫利, 蔣睿 申請人:東南大學(xué)