建立等效并联滤波器的方法、话音传输方法、装置及系统.pdf

本发明涉及一种建立级联滤波器等效并联滤波器的方法、话音数据的传输方法、等效并联滤波器以及话音数据的传输系统，所述建立等效并联滤波器的方法包括：建立级联声码器的信道模型；对所述级联声码器的信道进行时域分析和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应；根据所述幅频响应特性和相频响应特性将所述级联声码器信道等效为弱噪干扰低通滤波器和强干扰带通滤波器的并联；将对所述级联声码器信道的话音编译码过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型。本发明以解决加密话音在移动话音业务信道内传输的问题，为话带准平稳调制解调器的设计提供依据，提高系统对加密语音数据传输的可靠性和有效性。

1、  一种建立等效并联滤波器的方法，其特征在于，包括：
建立级联声码器的信道模型；
对所述级联声码器的信道进行时域分析和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应；
根据所述幅频响应特性和相频响应特性将所述级联声码器信道等效为弱噪干扰低通滤波器和强干扰带通滤波器的并联；
将对所述级联声码器信道的话音编译码处理过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型。

2、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对级联声码器的信道进行时域分析和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应具体包括：
对所述级联声码器的信道进行时域分析，获得波形畸变的描述；
根据所述波形畸变的描述将所述级联声码器信道的处理误差等效为低频段的弱噪干扰和高频段的强干扰的并联噪声源；
对所述级联声码器的信道进行频域分析，获得级联声码器信道的幅频响应特性和相频响应特性。

3、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述级联声码器的信道模型包括：全球移动通信系统GSM-GSM连接时，4个级联全速率声码器GFR-4信道模型；以及GSM-公共交换电话网PSTN连接时，2个级联全速率声码器GFR-2的信道模型。

4、  根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述GFR-4的信道模型包括：发送端的移动终端和基站的声码器对，接收端基站和移动终端的声码器对，以及发送端和接收端之间的所有链路。

5、  根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述GFR-2的信道模型包括：移动终端和基站的声码器对、无线链路、核心网传输链路、PSTN传输链路的所有链路。

6、  根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述波形畸变的描述的方式为：非相似测度描述和相似测度描述。

7、  根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：构造所述级联声码器的信道模型所能识别的输入信号，利用该输入信号在发送端激励所述级联声码器的信道模型，并记录接收端的输出信号。

8、  一种话音数据的传输方法，其特征在于，包括：
等效并联滤波器接收到发送端发送的加密和调制的话音数据；
等效并联滤波器在分别对话音数据进行低通和带通滤波，将滤波后的数据发送给接收端，以便于接收端对接收到所述数据依次进行解调和解密，得到原话音数据。

9、  根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
建立等效并联滤波器，所述建立等效并联滤波器的方法如权利要求1至7任一项所述方法。

10、  一种建立等效并联滤波器的装置，其特征在于，包括：
建立单元，用于建立级联声码器的信道模型；
分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行时域和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应；
第一等效单元，用于根据所述分析单元获得的幅频响应特性和相频响应特性将所述级联声码器信道等效为弱噪干扰低通滤波器和强干扰带通滤波器的并联；
第二等效单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器信道的话音编码和译码处理过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型。

11、  根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述分析单元包括：
第一分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行时域分析，获得波形畸变的描述；
第三等效单元，用于根据所述第一分析单元获得的波形畸变的描述将所述级联声码器信道的处理误差等效为低频段的弱噪干扰和高频段的强干扰的并联噪声源；
第二分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行频域分析，获得级联声码器信道的幅频响应特性和相频响应特性。

12、  根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述建立单元建立的级联声码器的信道模型具体包括：4个级联全速率声码器GFR-4和2个级联全速率声码器GFR-2的信道模型。

13、  根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，还包括：
构造单元，用于构造所述级联声码器的信道模型所能识别的输入信号。

14、  一种等效并联滤波器，其特征在于，包括：接收单元、等效低通滤波器、等效带通滤波器和发送单元，其中
所述接收单元，用于接收发送端发送的经过加密和调制后的话音数据；
等效低通滤波器，用于对接收到的话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给发送单元；
等效带通滤波器，用于对接收到的话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给发送单元；
所述发送单元，用于将接收等效低通滤波器和等效带通滤波器滤波后的话音数据相加，再发送给接收端。

15、  一种话音数据的传输系统，其特征在于，包括：接收端、等效并联滤波器和接收端，其中，
所述发送端，用于对接收到的话音数据依次进行压缩、加密、编码和调制，并将调制后的数据输入到等效并联滤波器；
所述等效并联滤波器，用于对接收到话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给接收端；
所述接收端，用于对接收到所述数据依次进行调制、解码、解密和解压，得到原话音数据。

16、  根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述等效并联滤波器如权利要求14所述的等效并联滤波器。

建立等效并联滤波器的方法、话音传输方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术，特别是涉及一种建立等效并联滤波器的方法、话音传输方法、装置及系统。
背景技术
随着通信技术的发展，移动通信已成为人们日常生活的一部分，用户在关注通信质量的同时，在特殊场合更关注通信的安全问题。由于现有移动通信系统的安全机制在加密对象、加密范围、加密强度、加密决定权等方面存在缺陷，导致无线截听或搭线窃听事件屡有发生，给用户造成一定的损失，为了解决话音的安全问题，而提出了在话音信号进入移动通信系统之前进行加密，但是，加密后的数据呈现随机特性，不再具备话音信号的特征，无法直接在原有的移动话音业务信道上传输，从而提出了加密话音在移动网内的传输方案，目前主要包括两种：基于数据业务信道传输和基于话音业务信道传输。
其中，对于基于数据业务信道传输方案，由于移动数据业务信道采用反馈重传机制，端到端延迟较大，难以满足话音业务的实时传输要求。
对于基于话音业务信道的传输方案，受限于移动声码器的性能以及级联的工作模式。在该过程中，移动声码器采用话音参数编码，仅提取和传送表征话音信号关键特征的参数，接收端通过这些参数来合成话音。尽管接收端的合成话音与输入话音信号听起来非常相似，但在波形样点上可能与原始话音波形完全不同。另外，移动话音业务采用级联声码器(Tandem)工作模式，即发送方在移动终端MS内编码、基站BTS处解码(一编一解)，接收方在基站BTS处编码、移动终端MS内解码(一编一解)的级联声码器工作模式，使得话音信号在网络中要经过四次(GSM-GSM连接)或两次(GSM-PSTN连接)代码转换，不可避免地引入了失真。因此，移动话音业务信道内的级联声码器成为该传输方案的瓶颈，需要寻找一类能在移动话音业务信道内高效可靠传输、且能实现与随机数据可靠转换的模拟信号(称为准平稳话带信号)。
目前，主要有类话音合成方法和常规调制方法。类话音合成法将加密数据看成是话音编码参数，通过现有的话音合成分析方法来实现数据与模拟信号的转换，尽管该方法合成的模拟信号为类似话音信号，但调制速率较低，仅能达到1200bps左右，误码率偏高，难以满足接收端脱密模块的零误码要求。常规调制法采用FSK、QPSK等调制方法实现加密数据与模拟信号的转换，但是该方法合成的模拟信号难以满足在移动话音业务信道内高效可靠传输的要求，级联声码器对该类模拟信号的畸变较大，解调误码率通常大于10e-2，无法达到性能要求。
在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有的实现方式中，加密话音在移动话音业务信道的传输，还不能满足移动话音业务信道内高效可靠传输的要求。
发明内容
本发明实施例提供一种建立等效并联滤波器的方法、话音数据的传输方法、等效并联滤波器以及话音数据的传输系统，以解决加密话音在移动话音业务信道内传输的问题，提高系统对加密话音的传输效率。
为解决上述技术问题，本发明是实施例提供一种建立等效并联滤波器的方法，所述方法包括：
建立级联声码器的信道模型；
对所述级联声码器的信道进行时域分析和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应；
根据所述幅频响应特性和相频响应特性将所述级联声码器信道等效为弱噪干扰低通滤波器和强干扰带通滤波器的并联；
将对所述级联声码器信道的话音编译码处理过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型。
优选的，所述对级联声码器的信道进行时域分析和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应具体包括：
对所述级联声码器的信道进行时域分析，获得波形畸变的描述；
根据所述波形畸变的描述将所述级联声码器信道的处理误差等效为低频段的弱噪干扰和高频段的强干扰的并联噪声源；
对所述级联声码器的信道进行频域分析，获得级联声码器信道的幅频响应特性和相频响应特性。
优选的，所述级联声码器的信道模型包括：全球移动通信系统GSM-GSM连接时，4个级联全速率声码器GFR-4信道模型；以及GSM-公共交换电话网PSTN连接时，2个级联全速率声码器GFR-2的信道模型。
优选的，所述GFR-4的信道模型包括：发送端的移动终端和基站的声码器对，接收端基站和移动终端的声码器对，以及发送端和接收端之间的所有链路。
优选的，所述GFR-2的信道模型包括：移动终端和基站的声码器对、无线链路、核心网传输链路、PSTN传输链路的所有链路。
优选的，所述波形畸变的描述的方式为：非相似测度描述和相似测度描述。
优选的，所述方法还包括：构造所述级联声码器的信道模型所能识别的输入信号，利用该输入信号在发送端激励所述级联声码器的信道模型，并记录接收端的输出信号。
本发明实施例还提供一种话音数据的传输方法，所述方法包括：
等效并联滤波器接收到发送端发送的加密和调制的话音数据；
等效并联滤波器在分别对话音数据进行低通和带通滤波，将滤波后的数据发送给接收端，以便于接收端对接收到所述数据依次进行解调和解密，得到原话音数据。
优选的，所述方法还包括：建立等效并联滤波器，所述建立等效并联滤波器的方法如权利要求1至7任一项所述方法。
相应的，本发明实施例还提供一种建立等效并联滤波器的装置，包括：
建立单元，用于建立级联声码器的信道模型；
分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行时域和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应；
第一等效单元，用于根据所述分析单元获得的幅频响应特性和相频响应特性将所述级联声码器信道等效为弱噪干扰低通滤波器和强干扰带通滤波器的并联；
第二等效单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器信道的话音编码和译码处理过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型。
优选的，所述分析单元包括：
第一分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行时域分析，获得波形畸变的描述；
第三等效单元，用于根据所述第一分析单元获得的波形畸变的描述将所述级联声码器信道的处理误差等效为低频段的弱噪干扰和高频段的强干扰的并联噪声源；
第二分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行频域分析，获得级联声码器信道的幅频响应特性和相频响应特性。
优选的，所述建立单元建立的级联声码器的信道模型具体包括：4个级联全速率声码器GFR-4和2个级联全速率声码器GFR-2的信道模型。
优选的，还包括：
构造单元，用于构造所述级联声码器的信道模型所能识别的输入信号。
相应的，本发明实施例还提供一种等效并联滤波器，包括：接收单元、等效低通滤波器、等效带通滤波器和发送单元，其中
所述接收单元，用于接收发送端发送的经过加密和调制后的话音数据；
等效低通滤波器，用于对接收到的话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给发送单元；
等效带通滤波器，用于对接收到的话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给发送单元；
所述发送单元，用于将接收等效低通滤波器和等效带通滤波器滤波后的话音数据相加，再发送给接收端。
相应的，本发明实施例还提供一种话音数据的传输系统，包括：接收端、等效并联滤波器和接收端，其中，
所述发送端，用于对接收到的话音数据依次进行压缩、加密、编码和调制，并将调制后的数据输入到等效并联滤波器；
所述等效并联滤波器，用于对接收到话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给接收端；
所述接收端，用于对接收到所述数据依次进行调制、解码、解密和解压，得到原话音数据。
优选的，所述等效并联滤波器如权利要求14所述的等效并联滤波器。
由上述技术方案可知，本发明实施例不但可以针对GSM端到GS M端的连接方式，还可以针对GSM端到PSTN端的连接方式，分别构建GFR-4和GFR-2信道模型，并从时域和频域两个角度对信道模型进行辨识分析，获得准确的幅频响应和相频响应，将0-1550Hz低频段部分等效为一个受“弱噪声干扰”的易于利用的低通滤波器，将1550-4000Hz高频段部分等效成一个受“强随机干扰”的难以利用的带通滤波器。由此将级联声码器与低通、带通滤波器之间建立了关联，可为话带准平稳调制解调器的设计提供依据，从而解决加密话音在移动话音业务信道内传输的问题，从而提高系统的传输效率。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种建立等效并联滤波器的方法的流程图；
图2为本发明实施例中提供的GFR-4黑箱信道模型的结构示意；
图3为本发明实施例中提供的GFR-2黑箱信道模型的结构示意；
图4为本发明实施例中提供的GFR-4信道对不同频率单频正弦信号的输出时域波形图；
图5为本发明实施例中提供的GFR-2信道对不同频率单频正弦信号的输出时域波形图；
图6为本发明实施例中采用欧几里德距离测度和余弦夹角测度的时域分析结果图；
图7为本发明实施例中提供的600Hz单频余弦输入及输出信号的全相位对数幅度谱和相位谱图；
图8为本发明实施例中提供的0-4000Hz频段范围内GFR-4和GFR-2信道的输出相移和归一化振幅；
图9为本发明实施例中提供的GFR-4和GFR-2黑箱系统的等效并联滤波器模型的结构示意图；
图10为本发明实施例中提供的各个数据子载波的误码率曲线图；
图11为本发明实施例中提供的一种话音数据的传输方法的流程图；
图12为本发明实施例中提供的一种建立等效并联滤波器的装置的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的一种等效并联滤波器的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的一种话音数据的传输系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种基于全球移动通信系统(GSM，Global System forMobile communications)话音业务信道中级联声码器建立等效并联滤波器的方法、话音数据的传输方法、等效并联滤波器以及话音数据的传输系统，该方案针对GSM端到GS M端的连接方式，比如，可以构建由4个全速率声码器级联而成的GFR-4黑箱信道模型(下述简称GFR-4信道)，针对GSM端到公共交换电话网(PSTN，Public Switched Telephone Network)端的连接方式，可以构建由2个全速率声码器级联而成的GFR-2黑箱信道模型(下述简称GFR-2信道)，然后，从时域和频域两个角度对信道模型进行辨识分析，获得准确的幅频响应和相频响应，将0-1550Hz低频段部分等效为一个受“弱噪声干扰”的易于利用的低通滤波器，将1550-4000Hz高频段部分等效成一个受“强随机干扰”的难以利用的带通滤波器。因此，将级联声码器与低通、带通滤波器之间建立了关联，可为话带准平稳调制解调器的设计提供依据，从而解决加密话音在移动话音业务信道内传输的问题，提高系统的可靠性和有效性。
在本实施例中，为了便于理解和描述，将GFR-4黑箱信道模型或GFR-2黑箱信道模型称为等效并联滤波器。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
请参阅图1，为本发明实施例中提供的一种建立等效并联滤波器的方法的流程图，适用于GSM话音业务的传输，所述方法包括：
步骤101：建立级联声码器的信道模型；
在本实施例中，可以针对GSM端到GSM端的连接方式，将话音信号输入至输出之间的设备及链路等效为一个看成传输函数未知的黑箱系统，建立GFR-4黑箱信道模型；该黑箱系统包括：发送端的移动终端和基站的声码器对、接收端的基站和移动终端的声码器对，以及发送端和接收端之间的所有链路。其GFR-4黑箱信道模型的结构示意图详见图2。
也可以针对GSM端到PSTN端的连接方式，将话音信号输入至输出之间设备及链路等效为另一个传输函数未知的黑箱系统，建立GFR-2黑箱信道模型。该黑箱系统包括：移动终端和基站的声码器对、无线链路、核心网传输链路、PSTN网传输链路的所有链路。其GFR-2黑箱信道模型的结构示意图详见图3。
步骤102：对所述级联声码器的信道进行时域分析和频域分析，获得准确的幅频响应和相频响应；在该步骤中，可以针对GFR-4黑箱信道模型，也可以针对GFR-2黑箱信道模型，具体包括：
1)对所述级联声码器的信道进行时域分析，获得波形畸变的描述；
其中，所述波形畸变的描述的方式为：非相似测度描述和相似测度描述，具体包括：欧几里德距离、内积、余弦夹角、Tanimoto测度，以及其他可用的非相似和相似测度描述方法，本实施例不作限制。
2)根据所述波形畸变的描述将所述级联声码器信道的处理误差等效为低频段的弱噪干扰和高频段的强干扰的并联噪声源；即在级联声码器编译码所引入的误差和噪声干扰强度之间建立起关联性；
3)对所述级联声码器的信道进行频域分析，获得级联声码器信道的幅频响应特性和相频响应特性。
步骤103：根据所述幅频响应特性和相频响应特性将所述级联声码器信道等效为弱噪干扰低通滤波器和强干扰带通滤波器的并联；
在该步骤中，可以针对GFR-4黑箱信道模型，也可以针对GFR-2黑箱信道模型，
步骤104：将对所述级联声码器信道的话音编码和译码处理过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型。
在该步骤中，可以针对GFR-4黑箱信道模型，也可以针对GFR-2黑箱信道模型。
优选的，所述方法还可以包括：构造所述级联声码器的信道模型所能识别的输入信号，利用该输入信号在发送端激励所述级联声码器的信道模型，并记录接收端的输出信号。比如，可以利用该输入信号在发送端激励GFR-4黑箱信道模型或者GFR-2黑箱信道模型，并分别记录接收端的输出信号。
通过上述对时域和频域的分析结果，可以验证对话音信道具有一致性的描述，也就是说，由于上述对时域分析和频域分析的结果可知，低频段输出信号与输入信号之间的相关性较大，高频段的相关性较小。换言之，GFR-4黑箱信道，或者GFR-2黑箱信道对低频段的正弦信号影响较小，信号波形畸变小，而对高频段信号影响很大，波形畸变大。
下面通过对GSM全速率声码器GFR-4信道模型的具体辨识实例来说明本发明的实现过程。
1、构造用于模型辨识的输入信号；
一般而言，话带频率范围为300-3400Hz。不失一般性，在0～4000Hz频率范围内构造余弦函数x(t)＝A_xcos(2πft+θ₀)，其中，信号频率f按50Hz频率步进，遍历0～4000Hz频率范围；取初始相位θ₀＝300，取声码器有效数据最大值的一半作为信号的幅度，即A_x＝16376。以采样频率f_s＝8000Hz进行采样和量化，得到数字信号x(n)＝A_xcos(2πnf/f_s+θ₀)。
该步骤为可选步骤。
2、时域传输特性分析；
用输入信号x(n)＝A_xcos(2πnf/f_s+θ₀)激励GFR-4信道，记录接收端输出信号y(n)，其中GFR-4信道对不同频率单频正弦信号的输出时域波形图，如图4所示，本实施例以频率50Hz、300Hz、600Hz、1000Hz、1200Hz和1600Hz为例。其中横坐标表示样点，纵坐标表示归一化幅度。由该图可知，GFR-4信道对不同频率输入信号的响应是不同的，而且系统由暂态向稳态过渡的时间也不同。对于低频信号，第1-2帧信号存在较大畸变，系统处于暂态，第3帧以后信号畸变很小，系统趋于稳态。对于较高频信号，系统暂态时间延长至3-4帧，然后趋于稳态。
同理，图5为GFR-2信道对不同频率单频正弦信号的输出波形图。由该图可知，其与GFR-4信道的过程类似，即GFR-2信道对不同频率输入信号的响应是不同的，而且系统由暂态向稳态过渡的时间也不同。对于低频信号，第1-2帧信号存在较大畸变，系统处于暂态，第3帧以后信号畸变很小，系统趋于稳态。对于较高频信号，系统暂态时间延长至3-4帧，然后趋于稳态。
为了进一步描述GFR-4信道对不同频率余弦信号的时域传输特性，本实施例以采用相似性测度为例来评估输出信号与输入信号之间的相关性。本实施例以欧几里德距离、余弦夹角为例来说明：
首先，设向量x＝(x₁，x₂，...，x_l)，向量y＝(y₁，y₂，...，y_l)。
(1)欧几里德距离：
d2(x,y)=(x-y)T(x-y)=Σi=1l(xi-yi)2---(1)]]>
d₂(x，y)≥0，且向量与其本身之间的距离等于0，相关性最大。随着取值的增大，向量之间的相关性减小。
(2)余弦相似测度：
Scosine(x,y)=xTy||x||·||y||---(2)]]>
其中||x||=Σi=1lxi2,]]>||y||=Σi=1lyi2.]]>
S_cosine(x，y)反映了向量之间的夹角，取值越大，向量之间的夹角越小，当夹角为0时取最大值1。
其次，计算归一化稳态输出y(n)及相应输入序列x(n)的欧几里德距离和余弦夹角，其结果分别如图6(1)和6(2)中的黑色所示，是本发明实施例中采用欧几里德距离测度和余弦夹角测度的时域分析结果图。由图6(1)和6(2)可知，低频段输出信号与输入信号之间的相关性较大，高频段的相关性较小。换言之，GFR-4信道对低频段的正弦信号影响较小，信号波形畸变小，而对高频段信号影响很大，波形畸变大。
同理，对于GFR-2信道的归一化稳态输出y(n)及相应输入序列x(n)的欧几里德距离和余弦夹角，其结果也如图6(1)和6(2)的浅黑色所示。
最后，取波形畸变较小的频率范围0-1550Hz。将0-1550Hz定义为低频段，1550-4000Hz为高频段。由于波形的畸变是经GFR-4信道传输引起的，而且低频段波形畸变小、高频段波形畸变大，因此，本发明实施例将GFR-4信道传输引入的畸变等效为低频段弱噪干扰、高频段强干扰的并联噪声源。该噪声源实际上就是GSM FR级联声码器的编码和译码所引入的编译码误差及编码转换误差，从而将级联声码器编译码的误差转换成了干扰噪声源，并获得了定性的干扰强度描述。
3、频域响应特性分析；
首先，对某一频率正弦波通过系统后的频率响应进行分析，不失一般性，选取频率f＝600Hz。对输入输出信号进行频谱分析，如图7所示，为600Hz单频余弦输入及输出信号的全相位对数幅度谱和相位谱图。在该图7中，横坐标为样点数，纵坐标为dB或度数。
从幅度谱图上可以看出，输入信号x(n)的幅度谱中具有许多幅度为-50db的谐波分量，这是余弦信号x(t)经取样和量化后引入的误差。输入信号x(n)和输出信号y(n)的峰值谱线均在k＝19处，没有产生新的频率分量，说明GFR-4信道是一个线性系统。其中，x(n)的信噪比为-100db，y(n)的信噪比约为-40db，系统受到噪声干扰，x(n)的全部谐波被噪声淹没。
从相位谱图上可以看出，信号x(t)和x(n)的相位谱呈水平直线特性，在峰值谱线(k＝19)位置及其周围谱线位置的相位值等于初相位。而y(n)的相位谱则受到噪声干扰，仅峰值谱线(k＝19)附近的相位谱可以近似地认为是信号的初相位。
由此可知，GFR-4信道对600Hz余弦信号具有频率不变性，但信号的幅度和相位均受到传输噪声的影响。该传输噪声实际上就是GSM FR声码器的编码和译码所引入的编译码误差及编码转换误差。
下面计算传输噪声带来的相位偏移和归一化振幅。选择N＝512，经全相位APFFT谱分析方法求得初相θ_z＝30.00060，相位偏移Δθ＝0.00060，归一化振幅A^z=0.99935.]]>
对于其他频率f，分别计算初相、相位偏移和归一化振幅，其结果分别如图8(1)和8(2)所示，为本发明实施例中提供的0-4000Hz频段范围内GFR-4和GFR-2信道的输出相移和归一化振幅。由图8(1)和8(2)可知，50-1550Hz的归一化幅度变化小于0.1，其中500-1550Hz频段相位偏移小于0.5度，50-450频段相位偏移小于2度。
由此可知，GFR-4信道对于0-1550Hz单频正弦信号具有一定的“透明”传输特性，可以近似等效为一个受弱噪声干扰的易于利用的低通滤波器；对于1550-4000Hz单频正弦信号产生很大“阻碍”，可以近似等效为一个受强噪声干扰的难以利用的带通滤波器。从而将声码器对输入信号的话音参数提取及合成的处理过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型，如图9所示，为本发明实施例中提供的GFR-4和GFR-2黑箱系统的等效并联滤波器模型的结构示意图。
对于传输实际模拟信号来说，频谱特性比单频正弦信号复杂，经过声码器编译码后，实际的低通频带范围有所缩小，透明传输特性会有所降低，可以近似认为受到的噪声干扰加大，只要接收端解调器能有效抵抗这些噪声影响，将接收到的有一定失真的模拟信号可靠解调，那么，仍然可以将低频段等效为一个受到弱噪声干扰的低通滤波器。高频段部分受到的“阻碍”会更大，或者说噪声干扰更大，更难以利用。
4、仿真验证
由于OFDM子载波频率等间隔递增，易于评估连续频段中某一小频段内的频率响应特性，因此本发明采用OFDM来实现随机数据与模拟信号的转换并进行结论验证。
接收端接收到的各个数据子载波的误码率曲线图，如10所示。由验证的结果可知，数据子载波1-20(频率范围0-1050Hz)的星座图收敛较好，解调误码率小于0.1％，说明此频段噪声干扰很小；随着频率增大，星座图逐渐发散，误码率增大，当子载波25(频率1250Hz)时，星座图已经完全模糊，无法解调。说明对于实际模拟信号，低通频带范围缩小，通透性降低。也就是说，仿真结果证实了级联声码器等效滤波器模型的正确性。
由此可见，本发明实施例将级联声码器与等效的低通、带通滤波器之间建立了关联，可为话带准平稳调制解调器的设计提供依据，从而解决加密话音在移动话音业务信道内传输的问题，提高系统的可靠性和有效性。
相应的，本发明实施例还提供一种话音数据的传输方法，其流程图如图11所示，所述方法包括：
步骤201：等效并联滤波器接收到发送端发送的加密和调制的话音数据；
步骤203：等效并联滤波器在对话音数据进行滤波后，将滤波后的数据发送给接收端，以便于接收端对接收到所述数据依次进行解调和解密，得到原话音数据。
优选的，所述方法还可以包括：建立等效并联滤波器，所述建立等效并联滤波器的方法的实现过程详见图1及其优选的实施例，在此不再赘述。
还请参阅图12，为本发明实施例中提供的一种建立等效并联滤波器的装置的结构示意图，该装置包括：建立单元121、分析单元122、第一等效单元123和第二等效单元124，其中，所述建立单元121，用于建立级联声码器的信道模型；所述分析单元122，用于对所述建立单元121建立的级联声码器的信道进行时域和频域分析分析，获得准确的幅频响应和相频响应；所述第一等效单元123，用于根据所述分析单元122获得的幅频响应特性和相频响应特性将所述级联声码器信道等效为弱噪干扰低通滤波器和强干扰带通滤波器的并联；第二等效单元124，用于对所述建立单元121建立的级联声码器信道的话音编码和译码过程等效为对信号进行低通滤波和带通滤波的并联模型。
优选的，所述分析单元可以包括：第一分析单元、第三等效单元和第二分析单元，其中，所述第一分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行时域分析，获得波形畸变的描述；所述第三等效单元，用于根据所述第一分析单元获得的波形畸变的描述将所述级联声码器信道的处理误差等效为低频段的弱噪干扰和高频段的强干扰的并联噪声源；所述第二分析单元，用于对所述建立单元建立的级联声码器的信道进行频域分析，获得级联声码器信道的幅频响应特性和相频响应特性。
优选的，所述建立单元建立的级联声码器的信道模型具体可以包括：4个级联全速率声码器GFR-4和2个级联全速率声码器GFR-2的信道模型，但并不限于此，也可以适应性建立其他模型。
优选的，所述装置还可以包括：构造单元，用于构造所述级联声码器的信道模型所能识别的输入信号。
所述装置中各个单元的功能和作用详见上述方法的对应的实现过程，在此不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种等效并联滤波器，其结构示意图详见图13，所述等效并联滤波器可以包括：接收单元131、等效低通滤波器132、等效带通滤波器133和发送单元134，其中
所述接收单元131，用于接收发送端发送的经过加密和调制后的话音数据；所述等效低通滤波器132，用于对接收到的话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给发送单元134；所述等效带通滤波器133，用于对接收到的话音数据进行滤波，并将滤波后的话音数据发送给发送单元134；所述发送单元134，用于将接收等效低通滤波器132和等效带通滤波器133滤波后的话音数据相加后发送给接收端。
所述等效并联滤波器中各个单元的功能和作用详见上述方法的对应的实现过程，在此不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种话音数据的传输系统，其结构示意图详见图14，所述系统可以包括：发送端141、等效并联滤波器142和接收端143，其中，
所述发送端141，用于对接收到的话音数据依次进行压缩、加密、编码和调制，并将调制后的数据输入到等效并联滤波器；所述等效并联滤波器142，用于对接收到的所述数据在低频段和高频段分别进行滤波，并将滤波后的数据发送给接收端；所述接收端143，用于对接收到所述数据依次进行调制、解码、解密和解压，得到原话音数据。
其中，所述等效并联滤波器如图14所述的等效并联滤波器。
所述系统中各个单元的功能和作用详见上述方法的对应的实现过程，在此不再赘述。
由上述实施例可知，本发明实施例提供的一种建立等效并联滤波器的方法、话音数据的传输方法、等效并联滤波器以及话音数据的传输系统，无论针对GSM端到GSM端的连接方式，还是针对GSM端到PSTN端的连接方式，都可以构建由GFR-4和GFR-2信道模型，并从时域和频域两个角度对信道模型进行辨识分析，获得准确的幅频响应和相频响应，将0-1550Hz低频段部分等效为一个受“弱噪声干扰”的易于利用的低通滤波器，将1550-4000Hz高频段部分等效成一个受“强随机干扰”的难以利用的带通滤波器。由此将级联声码器与低通、带通滤波器之间建立了关联，可为话带准平稳调制解调器的设计提供依据，从而解决加密话音在移动话音业务信道内传输的问题，从而提高系统的传输效率。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。