PSTN语音隐蔽通信系统的设计与实现

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基于公共交换电话网络(PSTN)的语音通信已经在全球普及,但PSTN信道上的语音通信也存在着大量安全威胁,窃听、冒充等手段都是电话信道上常见的攻击方式。对于一些特殊部门而言,利用现有的公共电话交换网络进行通信存在着很大安全隐患,可受实际应用环境限制,有时必须使用现有的公共电话网络。   针对以上问题,本文在当前的PSTN模拟语音信道上构建了一套实时隐蔽语音通信系统,在正常的载体语音中隐藏另一路秘密语音。信道上的窃听者听到的是伪装语音,它近似为载体语音,但无法从中听出隐藏的秘密语音。   本文的主要工作是语音隐蔽终端平台的设计与实现和基于该终端平台的回声抵消算法的研究与实现,并对该通信系统的整体性能做了测试。   论文的主要研究工作如下:   1、研究了如何在PSTN模拟信道上构建实时语音隐蔽通信系统,针对课题语音隐蔽通信系统对隐蔽性、隐藏容量和算法鲁棒性要求,设计了一套包括语音压缩编解码技术、AES加密技术、纠错及交织信道编码技术、相位调制信息隐藏技术的整体解决方案,并重点描述了其中的基于相位调制的信息隐藏算法。   2、分析了语音隐蔽通信系统对终端的功能需求,提出了包括语音处理器、信号耦合器、PSTN通信电路的终端整体结构方案。在此基础上分析了终端各模块的性能需求,提出了基于工控机处理器的终端硬件设计实现方案。该方案的工控机语音处理器体积小、接口丰富、运算能力强、可靠性高,可以实现课题中语音隐藏处理算法的实时运行,同时软件开发调试方便,大大降低了开发的周期和难度。方案设计的集成语音电话通信电路结构简单,性能参数可以根据应用场景调节,实现了信道上语音的高质量传输。   3、研究了PSTN信道回声以及终端电路侧音对隐蔽通信性能的影响。研究表明课题的语音恢复算法对信号畸变很敏感,回声消除算法抵消后的残留信号能量大小将对系统通信性能产生决定性影响,而传统自适应算法的抵消性能并不能满足课题需求。本文提出了基于回声信道估计的抵消算法,基于扫频信号精确估.计出回声信道特性,进而实现了高性能回声抵消。仿真和测试表明该抵消算法在双工通信情况下能够保证恢复信号的误码率在1%以内,满足课题性能需求。   本文最后给出了课题实现的语音隐蔽通信系统的整体性能测试情况,测试结果表明该系统的语音可懂度达到正常通话要求,MOS值在3.0以上,并且能够有效抵抗信道窃听,该系统可以可靠的用于PSTN信道上的实时隐蔽语音通信。
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