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基于嵌入式系統(tǒng)的語音加密處理系統(tǒng)設計
嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展促進了嵌入式通信安全技術的發(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于語音加密處理系統(tǒng)應用嵌入式的文章，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)送相關的命令來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的協(xié)調運行，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轉換器來實現(xiàn)模擬語音信號向數(shù)字語音信號的轉換，同時還可以利用D/A轉換器來將數(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轉換的。在CODEC芯片中封裝了一個低電壓并集成有耳機驅動的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的音頻輸出等。WM8731中集成有十一個寄存器，該芯片的內部功能設置和狀態(tài)的初始化均是通過I2C控制模塊來對其內部的這十一個寄存器進行相應的配置來實現(xiàn)的，并通過向目標寄存器寫入相應的控制信息，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處理，然后對預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)轉換成為線頻譜對系數(shù)LSP，最后利用預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語音信息的編碼參數(shù)。然后，不斷重復以上操作內容的解碼處理，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，以下就結合AES算法在系統(tǒng)加解密功能模塊中的應用，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完成的，一般采用的是多周期自定義指令結構。其中在進行硬件實現(xiàn)時，所用到的信號線有數(shù)據(jù)、結果、時鐘、復位和啟動等。
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制解調器在PSTN(公共電話網(wǎng))上實現(xiàn)通信雙方的通信。由于PSTN網(wǎng)絡覆蓋范圍比較廣，用戶通過調制解調器就可以與系統(tǒng)完成對接，進而實現(xiàn)通信。其中，調制解調器一般通過RS232接口與用戶終端設備相連，通過RJ45與公共電話網(wǎng)網(wǎng)絡相連，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，向調制解調器發(fā)送命令，調制解調器根據(jù)命令撥號。然后，通信接收方的調制解調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。當系統(tǒng)控制模塊接收到相關的中斷信息后，讀取相應的撥號信息。然后控制模塊根據(jù)撥號信息，通過RS232向調制解調器發(fā)出相應含有撥號信息的命令，調制解調器根據(jù)命令撥號;接收方的調制解調器發(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果來實現(xiàn)對語音處理的控制，同時結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的編碼和解碼處理，在完成以上操作的基礎上，調用系統(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)起方的調制解調器來發(fā)送加密處理的數(shù)據(jù)。在接收方，調制解調器讀取對方發(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)出復位信號，同時控制通信雙方的調制解調器復位于待機狀態(tài)，通信結束。
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