南京航空航天大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 高原

    引言

    現(xiàn)今使用的普通電話機(jī)無(wú)論是傳統(tǒng)的脈沖、音頻兼容電話機(jī)，還是isdn數(shù)字電話機(jī)或基于voip技術(shù)的ip電話，在其通信線路上傳播的都是明碼的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。非法竊聽者只需把與電氣性能相匹配的通信終端設(shè)備接入到合法的通信線路上，就能完整地截獲通信信息。而數(shù)字加密電話與普通電話相比，在信號(hào)的傳輸環(huán)節(jié)又增加了一些功能單元(如a／d轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)壓縮單元、加密算法單元、調(diào)制解調(diào)器、解密算法單元、數(shù)據(jù)減壓?jiǎn)卧�、d／a轉(zhuǎn)換器等)，通過(guò)這些功能單元可將模擬形式的語(yǔ)音信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式的語(yǔ)音信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)加密后，再通過(guò)調(diào)制解調(diào)器加載到電話線上。由于加密算法具有擾亂和擴(kuò)散功能，它能使被傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信息轉(zhuǎn)變成表面上看起來(lái)無(wú)規(guī)則、無(wú)意義的亂碼信息，因此，讓竊聽者無(wú)法監(jiān)聽，從而實(shí)現(xiàn)信息安全和保密功能。

    1 mbe算法和ambe-2000tm簡(jiǎn)介

    1.1 mbe算法介紹

    一般語(yǔ)音編碼算法可分為三類：波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。其中波形編碼包括脈沖編碼調(diào)制(pcm)、自適應(yīng)差分編碼(adpcm)、增量調(diào)制編碼等；參數(shù)編碼包括線性預(yù)測(cè)編碼(lpc)；而混合編碼則包括碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼(celp)、時(shí)頻插值編碼(tfi)和多帶激勵(lì)編碼(mbe)等。

    mbe(multiband excitation coding)算法是80年代由美國(guó)麻省理工學(xué)院(mit—massachusetts institute of technology)的d．w．griffin博士提出的。mbe編碼方案首先將一幀語(yǔ)音的頻譜按基音各諧波頻率分成若干個(gè)諧波段。再以若干個(gè)諧波段為一組進(jìn)行分段，并分別對(duì)各段進(jìn)行清／濁音(u／v)判決。因此，總的激勵(lì)信號(hào)是由各帶激勵(lì)信號(hào)相加而構(gòu)成的。對(duì)于濁音段而言�？捎靡曰魀為周期的脈沖序列來(lái)作為激勵(lì)信號(hào)：而對(duì)于清音段，則以白噪聲作為激勵(lì)信號(hào)。之后再用該激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)聲道濾波器，最終合成出具有較高自然度的語(yǔ)音。

    be模型能夠使合成語(yǔ)音譜與原語(yǔ)音譜在細(xì)致結(jié)構(gòu)上很好地?cái)M合，因此，在低比特率的情況下，其合成語(yǔ)音的音質(zhì)依然能夠保持較高的自然度。

    1．2 ambe-2000tm簡(jiǎn)介

    在mit開發(fā)了mbe編碼器以后，美國(guó)數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)公司dvsi(digital voice system inc)繼續(xù)對(duì)這個(gè)技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)，并在改進(jìn)的多帶激勵(lì)(imbe--improved mbe)和先進(jìn)的多帶激勵(lì)(ambe--advanced mbe)編碼器商業(yè)化的過(guò)程中取得了很大的成功。1997年，由dvsi公司開發(fā)的3．6 kbps ambe編碼器的性能已與全速率(8kbps)vselp北美數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)(is-54)的性能相當(dāng)。1998年。由dvsi公司開發(fā)的4 kbps ambe編碼器，其性能與itu—t8 kbps cs—celp標(biāo)準(zhǔn)的性能相當(dāng)。

    dvsi開發(fā)的ambe-2000tm是一種高性能的多速率語(yǔ)音壓縮編解碼芯片，它采用mbe (ambe)算法，其語(yǔ)音編解碼速率可在2000～9600 bps之間以50 bits的間隔設(shè)置。在芯片內(nèi)部有相互獨(dú)立的語(yǔ)音編碼和解碼通道。由于其編解碼可同步進(jìn)行，所以可完全支持全雙工通信方式，并且所有的編解碼操作都可在芯片內(nèi)部完成．而不需要外擴(kuò)的存儲(chǔ)器。此外，它還具有fec(前向糾錯(cuò))、vad(語(yǔ)音活動(dòng)監(jiān)視)和dtmf信號(hào)檢測(cè)功能。ambe-2000tm的這些特性使得它非常適合于數(shù)字語(yǔ)音通信、加密語(yǔ)音通信以及其它需要對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行數(shù)字處理的場(chǎng)合。

    2 接口設(shè)計(jì)

    2．1 聲碼器和語(yǔ)音編***的接口設(shè)計(jì)

    語(yǔ)音接口一般是采用外置的a／d—d／a芯片，流入和流出的語(yǔ)音數(shù)據(jù)流格式應(yīng)該匹配。也就是說(shuō)，它們必須具有統(tǒng)一的格式(16位線性，8位a律，8位u律)。在筆者做設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先考慮的是a/d—d／a芯片的選擇、通道接口的選擇以及語(yǔ)音和fec速率等。其中。a／d—d／a芯片的選擇對(duì)于設(shè)計(jì)出具有優(yōu)良語(yǔ)音質(zhì)量的系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的。

    從ambe-2000tm的用戶手冊(cè)上可以看出，可以作為其外部a／d—d／a部分器件的。除了通用的16位線性器件、8位a律或u律編碼器件外。還有一種特別的器件，那就是ad (美國(guó)模擬器件)公司的ad73311ar。ad73311ar芯片內(nèi)部集成有16