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基于嵌入式系統(tǒng)的語音加密處理系統(tǒng)設(shè)計
嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展促進了嵌入式通信安全技術(shù)的發(fā)展，基于嵌入式系統(tǒng)的語音加密處理系統(tǒng)作為可以有效確保嵌入式系統(tǒng)通信安全的一個系統(tǒng)，其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用有效的提高了嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴Ｏ旅鎦jbys小編為大家準備了關(guān)于語音加密處理系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式的文章，歡迎閱讀。
1 基于嵌入式系統(tǒng)的語音加密處理系統(tǒng)的總體設(shè)計
1.1 系統(tǒng)控制模塊
該模塊作為整個系統(tǒng)的指揮單元，可以通過發(fā)送相關(guān)的命令來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行，確保嵌入式系統(tǒng)通信的安全運行。
1.2 語音采集模塊
該模塊主要不僅可以通過A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)模擬語音信號向數(shù)字語音信號的轉(zhuǎn)換，同時還可以利用D/A轉(zhuǎn)換器來將數(shù)字語音信號還原成模擬語音信號，然后將其經(jīng)揚聲設(shè)備進行輸出。
1.3 語音編碼和解碼模塊
語音編碼器可以對采集的經(jīng)轉(zhuǎn)換后的語音數(shù)字信號進行編碼處理，通過編碼分析，將相關(guān)的語音參數(shù)提取出來，對數(shù)據(jù)進行壓縮處理，然后將壓縮后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)加密模塊。語音解碼器可以將那些經(jīng)過數(shù)據(jù)加密模塊加密處理后的數(shù)據(jù)進行解壓操作，從而把相關(guān)的數(shù)據(jù)還原為原始的數(shù)字語音信息。
1.4 語音加解密模塊
語音加解密模塊是系統(tǒng)的核心模塊，通過語音加解密模塊可以將對那些來自數(shù)字語音解壓縮器的數(shù)據(jù)進行加密處理，然后將其傳輸?shù)酵ㄐ艂鬏斈K，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全加密傳輸。同時，還可以通過加解密模塊對那些來自通信模塊的數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)的解密處理。
1.5 通信傳輸模塊
通信模塊在控制模塊的作用下，通過對系統(tǒng)所連接的通信雙方所發(fā)出的信息發(fā)送或接受請求后，建立二者之間的通信連接，然后實現(xiàn)通信雙方的通信。
2 基于嵌入式系統(tǒng)的語音加密處理系統(tǒng)硬件功能模塊的實現(xiàn)
2.1 語音采集功能模塊的實現(xiàn)
語音采集功能模塊主要是利用ARM開發(fā)板所提供的24位的CD-Quality Audio CODEC芯片來實現(xiàn)語音信號的A/D和D/A轉(zhuǎn)換的。在CODEC芯片中封裝了一個低電壓并集成有耳機驅(qū)動的WM8731編解碼器，而且還提供有不同格式的音頻輸入以及適合于電氣型麥克風(fēng)的音頻輸出等。WM8731中集成有十一個寄存器，該芯片的內(nèi)部功能設(shè)置和狀態(tài)的初始化均是通過I2C控制模塊來對其內(nèi)部的這十一個寄存器進行相應(yīng)的配置來實現(xiàn)的，并通過向目標寄存器寫入相應(yīng)的控制信息，來實現(xiàn)對WM8731工作狀態(tài)進行操控的效果。
2.2 語音編碼和解碼功能模塊的實現(xiàn)
1)語音編碼功能模塊的實現(xiàn)。語音編碼器的工作原理。首先，將輸入的數(shù)字語音信號經(jīng)過高通濾波器進行預(yù)處理，然后對預(yù)處理后的語音信號進行LP分析量化處理，緊接著把LP系數(shù)轉(zhuǎn)換成為線頻譜對系數(shù)LSP，最后利用預(yù)測式兩級矢量量化方法將LSP系數(shù)進行量化處理。處理后的數(shù)據(jù)信息經(jīng)參數(shù)編碼后即生成比特數(shù)據(jù)流。
2)語音解碼功能模塊的實現(xiàn)。首先，將相關(guān)的參數(shù)標號從接收到的比特流中提取出來，然后對提取的參數(shù)標號進行解碼來獲得對應(yīng)語音信息的編碼參數(shù)。然后，不斷重復(fù)以上操作內(nèi)容的解碼處理，直到所有的語音信息解碼完成為止。
2.3 加解密功能模塊的實現(xiàn)
本文所介紹的基于嵌入式系統(tǒng)的語音加密處理系統(tǒng)加解密功能模塊中所采用的加密和解密算法為AES算法，以下就結(jié)合AES算法在系統(tǒng)加解密功能模塊中的應(yīng)用，就加解密功能模塊的實現(xiàn)進行說明。
1)AES算法及硬件實現(xiàn)。AES加密模塊的實現(xiàn)機制如下：在運算控制模塊的控制下，將初始圈密鑰與待加密明文進行異或運算后，進行若干次的迭代變換，其中，每次的迭代變換中都包含行移位變換、字節(jié)代替變換、列混合變換以及圈密鑰加法這四步的變換。由于AES算法為對稱算法，解密過程和加密過程類似，這里不再說明。
2)自定義指令邏輯的硬件實現(xiàn)。系統(tǒng)所采用的AES加解密模塊所得到的自定義邏輯是在多個時鐘周期內(nèi)完成的，一般采用的是多周期自定義指令結(jié)構(gòu)。其中在進行硬件實現(xiàn)時，所用到的信號線有數(shù)據(jù)、結(jié)果、時鐘、復(fù)位和啟動等。
2.4 通信傳輸功能模塊的實現(xiàn)
通信傳輸功能模塊利用調(diào)制解調(diào)器在PSTN(公共電話網(wǎng))上實現(xiàn)通信雙方的通信。由于PSTN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍比較廣，用戶通過調(diào)制解調(diào)器就可以與系統(tǒng)完成對接，進而實現(xiàn)通信。其中，調(diào)制解調(diào)器一般通過RS232接口與用戶終端設(shè)備相連，通過RJ45與公共電話網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相連，然后在控制系統(tǒng)的控制下，來實現(xiàn)通信雙方的通信。其中，控制系統(tǒng)對通信傳輸功能模塊的控制機制如下：首先，通信發(fā)起方撥打另一方的號碼，控制系統(tǒng)檢測到撥號信息后，向調(diào)制解調(diào)器發(fā)送命令，調(diào)制解調(diào)器根據(jù)命令撥號。然后，通信接收方的調(diào)制解調(diào)器接收到撥號信息后開啟語音處理功能，進而實現(xiàn)雙方的通信。
3 基于嵌入式系統(tǒng)的語音加密處理系統(tǒng)控制功能模塊的實現(xiàn)
3.1 通信連接的建立
控制通信連接建立的關(guān)鍵在DE開發(fā)板的PS口上，而且可以與處理器以中斷方式進行交互。當(dāng)系統(tǒng)控制模塊接收到相關(guān)的中斷信息后，讀取相應(yīng)的撥號信息。然后控制模塊根據(jù)撥號信息，通過RS232向調(diào)制解調(diào)器發(fā)出相應(yīng)含有撥號信息的命令，調(diào)制解調(diào)器根據(jù)命令撥號;接收方的調(diào)制解調(diào)器發(fā)出振鈴指示后，會根據(jù)命令建立通信雙方的通信連接。
3.2 語音處理控制
系統(tǒng)控制模塊通過讀取一個語音處理模塊的結(jié)果來實現(xiàn)對語音處理的控制，同時結(jié)合其將要進行的處理操作，將其寫入下一個功能模塊。系統(tǒng)控制模塊通過I2C來控制語音采集模塊，在采集語音信息的同時實現(xiàn)語音信息的數(shù)字化處理，然后將數(shù)字語音信號傳輸給編碼和解碼模塊來進行相應(yīng)的編碼和解碼處理，在完成以上操作的基礎(chǔ)上，調(diào)用系統(tǒng)自定義的AES指令，對要傳輸?shù)臄?shù)字語音數(shù)據(jù)信息進行加密處理，最后通過通信發(fā)起方的調(diào)制解調(diào)器來發(fā)送加密處理的數(shù)據(jù)。在接收方，調(diào)制解調(diào)器讀取對方發(fā)送過來的語音數(shù)據(jù)后，由系統(tǒng)控制模塊調(diào)用系統(tǒng)自定義的AES指令對加密的數(shù)據(jù)進行解密處理，然后將解密后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸Z音編碼和解碼模塊進行解碼處理，將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給語音采集模塊進行最終的語音還原處理。
3.3 通信結(jié)束控制
在通信雙方進行通信的過程中，如果系統(tǒng)控制模塊檢測到通信一方要求結(jié)束通信的請求信息或通信中斷信息時會向各功能模塊發(fā)出復(fù)位信號，同時控制通信雙方的調(diào)制解調(diào)器復(fù)位于待機狀態(tài)，通信結(jié)束。
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