一种基于降低目标麦克风接收信号信噪比的麦克风干扰方法

技术领域

本发明涉及麦克风干扰技术领域，具体地涉及一种基于降低目标麦克风接收信号信噪比的麦克风干扰方法。

背景技术

麦克风是将音波转化为可以被放大、传输、记录等的电能讯号的一种电子设备。其可以捕捉并记录声音，被广泛应用于通讯、音乐等领域。现在普遍使用的麦克风大小不一，其中小体型，很容易被隐藏并用于非法地窃听信息。为防止麦克风被非法使用，需要麦克风干扰器让用于窃听等非法行为的麦克风失效。

基于噪声注入的麦克风干扰器主要通过产生人类不可听见的独立噪声，并通过超声波的方式注入到麦克风当中，从而掩盖相关信息，达到干扰的效果。但该方法只是将相关信息用噪声掩盖，并没有消除相关信息，窃听者可以通过盲源分离等方法将相关信息从中提取出来。同时该方法具有方向性，必须知道目标麦克风的位置，定向发送噪音，才能完成干扰。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于降低目标麦克风接收信号信噪比的麦克风干扰方法，利用普通的商用麦克风，扬声器以及特制的处理器，即可在不知道麦克风位置的前提下，完成干扰。同时在现有的信号分离技术下，很难将干扰噪音和音源信号进行分离。在实现高干扰性能的同时，同时满足方便性和安全性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于降低目标麦克风接收信号信噪比的麦克风干扰方法，干扰方法通过音源、接受音源的干扰系统和目标麦克风实现，包括以下步骤：

1)降低目标麦克风的接收信号强度：在音源信号传播到目标麦克风的过程中，干扰系统接收到音源信号后产生反音源信号，反音源信号与音源信号振幅和频率相同、相位相反，目标麦克风同时接收到音源信号与反音源信号，由于这两个信号相互抵消，因此目标麦克风接收到的音源信号强度大幅降低；

2)提升目标麦克风接收噪声强度：设计一个与音源信号相关的噪声用于防止分别从时域、频域、空间域将音源信号和噪声分开，使得目标麦克风无法将其从有效音源信号中剥离开；在目标麦克风工作期间，干扰系统持续性向其发送噪声。

3)降低目标麦克风接收信号的信噪比：通过发射步骤1中所设计的反音源信号和步骤2中所设计的音源信号相关噪声，从而显著降低目标麦克风接收信号的信噪比，使得其无法从接收信号中提取有效信息，达到干扰麦克风工作的功能。通过降低目标麦克风接收信号中音源信号的强度，以及增强接收信号中相关噪声的强度，从而大幅降低目标麦克风的信噪比，因此目标麦克风无法正常工作。

作为进一步地改进，本发明所述的干扰系统包括依次排列的参考麦克风、处理器、反音源信号播放器和反馈麦克风。

作为进一步地改进，本发明所述的步骤1中的反音源信号包括设计、调制和发送过程：

反音源信号的设计过程如下：

将干扰系统放置于音源信号与目标麦克风之间，当干扰系统未工作时，目标麦克风能正常接收音源信号，当干扰系统工作时，在音源信号传播至目标麦克风的过程中，干扰系统为降低目标麦克风接收音源信号的强度，先接收音源信号并根据音源信号生成反音源信号；

反音源信号的调制过程如下：

由于麦克风的声学非线性特性，当干扰系统将反音源信号注入到目标麦克风中，得同时发出两种信号，即调制的反音源信号和高频载波，当反音源信号被干扰系统的反音源信号播发器调制成超声波并通过载波到达目标麦克风中后，高频载波信号被目标麦克风滤除，反音源信号被目标麦克风解调，在信号解调的过程中可能会发生失真并诱导谐波，由于谐波会泄漏反音源信号信息，进而泄漏音源信号信息，因此需要对超声信号进行重新调制，以确保反音源信号在解调过程中不会发生失真并产生谐波；

反音源信号的发送过程如下：

在反音源信号发送过程中，需要考虑到周围环境的影响，因此为提升干扰效果，需要估计干扰系统内部与干扰系统到目标麦克风信道状态，同时，干扰系统的反馈麦克风在接收到干扰系统发送的反音源信号，并将其传递给干扰系统的处理器进行处理，以获取反音源信号的干扰效果，并以此改善干扰系统反音源信号的干扰性能。

作为进一步地改进，本发明所述的步骤2中设计一个与音源信号相关的噪声的具体步骤如下：

为避免精心设计的噪声从音源信号中被分离，将音源信号与一个随机噪声通过进行融合得到与音源信号相关的噪声；同时在时域上，为避免该噪声与音源信号存在相位差而被分离，将该噪声与另一个随机噪声进行混淆以保持弱同步，得到相关噪声；在频域上，通过傅立叶变换函数，将音源信号和相关噪声从时域转换为频域，使得噪声与音源信号相耦合，无法从频域上将二者分开，得到最终噪声；在空间域上，为了对抗空间域上的分离方法，将干扰系统尽可能放在离音源近的地方，确保音源信号和干扰信号在空间域上的重叠。

本发明公开的一种基于降低目标麦克风接收信号信噪比的麦克风干扰方法。该方法主要分为两个部分：1.降低目标麦克风接收信号强度：在音源信号传播到目标麦克风的过程中，干扰系统接收到音源信号后产生反音源信号(该信号与音源信号振幅和频率相同、相位相反)。目标麦克风同时接收到音源信号与反音源信号。由于这两个信号相互抵消，因此目标麦克风接收到的音源信号强度大幅降低；2.提升目标麦克风接收噪声强度：在目标麦克风工作期间，干扰装置持续性向其发送噪声。同时为防止攻击者分别从时域、频域、空间域将音源信号和噪声分开，综合考虑上述三个部分以设计一个与音源信号相关的噪声，使得目标麦克风无法将其从有效音源信号中剥离开。综合上述两个部分，干扰系统显著降低目标麦克风接收信号的信噪比，使得其无法从接收信号中提取有效信息，达到干扰麦克风工作的功能，同时满足方便性、易用性和安全性，具有方便易部署，安全性高的特点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种基于降低目标麦克风接收信号信噪比的干扰方法。在音源信号传播到目标麦克风的过程中，干扰系统接收到音源信号后产生反音源信号(该信号与音源信号振幅和频率相同、相位相反)。目标麦克风同时接收到音源信号与反音源信号。由于这两个信号相互抵消，因此目标麦克风接收到的音源信号强度大幅降低，达到降低目标麦克风的接收信号强度的作用。在目标麦克风工作期间，干扰系统持续性向其发送噪声。同时为防止分别从时域、频域、空间域将音源信号和噪声分开，综合考虑上述三个部分以设计一个与音源信号相关的噪声，使得目标麦克风无法将其从有效音源信号中剥离开，达到提升目标麦克风接收噪声强度的作用。通过上述两种方法，显著降低目标麦克风接收信号的信噪比，使得其无法从接收信号中提取有效信息，达到干扰麦克风正常工作的功能。同时在干扰范围上，相比于现有的基于注入噪音的麦克风干扰方法，不需要提前知道目标麦克风的位置，因此干扰范围更大，鲁棒性更强，干扰效果更好。本发明能够在实现良好的干扰效果的同时，满足方便性、易用性与安全性，设备布置简单，可在多场景下进行使用，充分满足用户的相关需求。

附图说明

图1是本发明的总体框架图；

图2是反音源信号设计过程示意图；

图3是干扰设备架构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1，本发明公开了一种基于降低目标麦克风接收信号信噪比的干扰方法，具体步骤如下：

步骤1中降低目标麦克风的接收信号强度，反音源信号设计、调制、发送，具体步骤如下：

反音源信号的设计过程如下：

1)当音源、干扰系统和目标麦克风1处于同一条线上时，如图2：

当干扰系统未工作时，目标麦克风接收到的信号r(t)为，

r(t)＝s(t)+n

其中，s(t)是音源信号，n

由于干扰系统放置于距音源d的位置，目标麦克风放置于距音源x(x＞d)的位置，信号传播具有一定时延。音源信号到达干扰系统的时间为

此时目标麦克风接收的信号为，

其中α

2)当音源、干扰系统和目标麦克风2不处于同一条线上时，如图2：

则此时目标麦克风接收的信号为，

此时，由于音源信号和反音源信号之间的相位差不再是180度。由于路径长度不同而额外产生的相位差

其中f

反音源信号调制过程如下：

由于麦克风的声学非线性特性，因此当干扰系统将噪声注入到目标麦克风中，会同时发出两种信号，即调制的噪声n(t)cos(2πf

当反音源信号被调制成超声波，当其到达目标麦克风中被解调时，信号可能会发生失真并诱导谐波。重新调制了超声信号来确保反音源信号

信号进行变换后，由于

反音源信号的发送过程如下：

在图3中，干扰系统主要由一个参考麦克风M

e(t)＝h

为避免泄漏音源信号，e(t)应该尽可能趋近于0，因此取h

h

为了估计这些时变的信道，使用了ANC算法。将反音源信号扬声器和

通过增加音源与干扰器之间的距离，可以创建一个比较好的自适应噪声滤波器来生成反音源信号。

步骤2中所述提升目标麦克风接收噪声强度，综合考虑时域、频域和空间域的噪声的设计，具体步骤如下：

在该设计过程中，通过可微双射映射将语音信号与随机噪声融合在一起。具体来说，采用一个通用非线性混合函数，

其中A

加入噪声n

由于等式8具有无数个解，即便在独立性假设的前提(即每个向量都是相互独立的)下找到合适的解法，其仍然有无数个逆函数G(·)，有无数个解满足统计学特征。因此这些解方法常常陷于局部最优解，最终得到的信号也往往是严重扭曲的，无法真正有效的还原原始信号s(t)。

尽管通过非线性混合产生了音源信号相关噪声，但对相关噪声在时域上进行严格同步会产生高额的计算成本。但可以通过将n

在频域上，引入了频率噪声，表示为，

其中，

其中A

在空间域上，为了对抗空间域上的分离方法，可以将干扰器尽可能放在离音源近的地方，这样可以确保音源信号和干扰信号在空间域上的重叠。

步骤3中的降低目标麦克风信噪比方法，其特征在于降低目标麦克风信噪比，具体步骤如下：

根据等式1，正常情况下目标麦克风的信噪比(SNR)为

其信噪比为

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。