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基于嵌入式系統的語(yǔ)音加密處理系統設計
嵌入式系統的發(fā)展促進(jìn)了嵌入式通信安全技術(shù)的發(fā)展，基于嵌入式系統的語(yǔ)音加密處理系統作為可以有效確保嵌入式系統通信安全的一個(gè)系統，其在嵌入式系統中的應用有效的提高了嵌入式系統數據信息傳輸的安全性和可靠性。下面yjbys小編為大家準備了關(guān)于語(yǔ)音加密處理系統應用嵌入式的文章，歡迎閱讀。
1 基于嵌入式系統的語(yǔ)音加密處理系統的總體設計
1.1 系統控制模塊
該模塊作為整個(gè)系統的指揮單元，可以通過(guò)發(fā)送相關(guān)的命令來(lái)實(shí)現整個(gè)系統的協(xié)調運行，確保嵌入式系統通信的安全運行。
1.2 語(yǔ)音采集模塊
該模塊主要不僅可以通過(guò)A/D轉換器來(lái)實(shí)現模擬語(yǔ)音信號向數字語(yǔ)音信號的轉換，同時(shí)還可以利用D/A轉換器來(lái)將數字語(yǔ)音信號還原成模擬語(yǔ)音信號，然后將其經(jīng)揚聲設備進(jìn)行輸出。
1.3 語(yǔ)音編碼和解碼模塊
語(yǔ)音編碼器可以對采集的經(jīng)轉換后的語(yǔ)音數字信號進(jìn)行編碼處理，通過(guò)編碼分析，將相關(guān)的語(yǔ)音參數提取出來(lái)，對數據進(jìn)行壓縮處理，然后將壓縮后的數據傳輸到數據加密模塊。語(yǔ)音解碼器可以將那些經(jīng)過(guò)數據加密模塊加密處理后的數據進(jìn)行解壓操作，從而把相關(guān)的數據還原為原始的數字語(yǔ)音信息。
1.4 語(yǔ)音加解密模塊
語(yǔ)音加解密模塊是系統的核心模塊，通過(guò)語(yǔ)音加解密模塊可以將對那些來(lái)自數字語(yǔ)音解壓縮器的數據進(jìn)行加密處理，然后將其傳輸到通信傳輸模塊，實(shí)現數據的安全加密傳輸。同時(shí)，還可以通過(guò)加解密模塊對那些來(lái)自通信模塊的數據，進(jìn)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(guò)對系統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(shí)現通信雙方的通信。
2 基于嵌入式系統的語(yǔ)音加密處理系統硬件功能模塊的實(shí)現
2.1 語(yǔ)音采集功能模塊的實(shí)現
語(yǔ)音采集功能模塊主要是利用ARM開(kāi)發(fā)板所提供的24位的CD-Quality Audio CODEC芯片來(lái)實(shí)現語(yǔ)音信號的A/D和D/A轉換的。在CODEC芯片中封裝了一個(gè)低電壓并集成有耳機驅動(dòng)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(gè)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(guò)I2C控制模塊來(lái)對其內部的這十一個(gè)寄存器進(jìn)行相應的配置來(lái)實(shí)現的，并通過(guò)向目標寄存器寫(xiě)入相應的控制信息，來(lái)實(shí)現對WM8731工作狀態(tài)進(jìn)行操控的效果。
2.2 語(yǔ)音編碼和解碼功能模塊的實(shí)現
1)語(yǔ)音編碼功能模塊的實(shí)現。語(yǔ)音編碼器的工作原理。首先，將輸入的數字語(yǔ)音信號經(jīng)過(guò)高通濾波器進(jìn)行預處理，然后對預處理后的語(yǔ)音信號進(jìn)行LP分析量化處理，緊接著(zhù)把LP系數轉換成為線(xiàn)頻譜對系數LSP，最后利用預測式兩級矢量量化方法將LSP系數進(jìn)行量化處理。處理后的數據信息經(jīng)參數編碼后即生成比特數據流。
2)語(yǔ)音解碼功能模塊的實(shí)現。首先，將相關(guān)的參數標號從接收到的比特流中提取出來(lái)，然后對提取的參數標號進(jìn)行解碼來(lái)獲得對應語(yǔ)音信息的編碼參數。然后，不斷重復以上操作內容的解碼處理，直到所有的語(yǔ)音信息解碼完成為止。
2.3 加解密功能模塊的實(shí)現
本文所介紹的基于嵌入式系統的語(yǔ)音加密處理系統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算法在系統加解密功能模塊中的應用，就加解密功能模塊的實(shí)現進(jìn)行說(shuō)明。
1)AES算法及硬件實(shí)現。AES加密模塊的實(shí)現機制如下：在運算控制模塊的控制下，將初始圈密鑰與待加密明文進(jìn)行異或運算后，進(jìn)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、字節代替變換、列混合變換以及圈密鑰加法這四步的變換。由于A(yíng)ES算法為對稱(chēng)算法，解密過(guò)程和加密過(guò)程類(lèi)似，這里不再說(shuō)明。
2)自定義指令邏輯的硬件實(shí)現。系統所采用的AES加解密模塊所得到的自定義邏輯是在多個(gè)時(shí)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(jìn)行硬件實(shí)現時(shí)，所用到的信號線(xiàn)有數據、結果、時(shí)鐘、復位和啟動(dòng)等。
2.4 通信傳輸功能模塊的實(shí)現
通信傳輸功能模塊利用調制解調器在PSTN(公共電話(huà)網(wǎng))上實(shí)現通信雙方的通信。由于PSTN網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍比較廣，用戶(hù)通過(guò)調制解調器就可以與系統完成對接，進(jìn)而實(shí)現通信。其中，調制解調器一般通過(guò)RS232接口與用戶(hù)終端設備相連，通過(guò)RJ45與公共電話(huà)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )相連，然后在控制系統的控制下，來(lái)實(shí)現通信雙方的通信。其中，控制系統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(kāi)啟語(yǔ)音處理功能，進(jìn)而實(shí)現雙方的通信。
3 基于嵌入式系統的語(yǔ)音加密處理系統控制功能模塊的實(shí)現
3.1 通信連接的建立
控制通信連接建立的關(guān)鍵在DE開(kāi)發(fā)板的PS口上，而且可以與處理器以中斷方式進(jìn)行交互。當系統控制模塊接收到相關(guān)的中斷信息后，讀取相應的撥號信息。然后控制模塊根據撥號信息，通過(guò)RS232向調制解調器發(fā)出相應含有撥號信息的命令，調制解調器根據命令撥號;接收方的調制解調器發(fā)出振鈴指示后，會(huì )根據命令建立通信雙方的通信連接。
3.2 語(yǔ)音處理控制
系統控制模塊通過(guò)讀取一個(gè)語(yǔ)音處理模塊的結果來(lái)實(shí)現對語(yǔ)音處理的控制，同時(shí)結合其將要進(jìn)行的處理操作，將其寫(xiě)入下一個(gè)功能模塊。系統控制模塊通過(guò)I2C來(lái)控制語(yǔ)音采集模塊，在采集語(yǔ)音信息的同時(shí)實(shí)現語(yǔ)音信息的數字化處理，然后將數字語(yǔ)音信號傳輸給編碼和解碼模塊來(lái)進(jìn)行相應的編碼和解碼處理，在完成以上操作的基礎上，調用系統自定義的AES指令，對要傳輸的數字語(yǔ)音數據信息進(jìn)行加密處理，最后通過(guò)通信發(fā)起方的調制解調器來(lái)發(fā)送加密處理的數據。在接收方，調制解調器讀取對方發(fā)送過(guò)來(lái)的語(yǔ)音數據后，由系統控制模塊調用系統自定義的AES指令對加密的數據進(jìn)行解密處理，然后將解密后的數據傳輸到語(yǔ)音編碼和解碼模塊進(jìn)行解碼處理，將處理后的數據傳輸給語(yǔ)音采集模塊進(jìn)行最終的語(yǔ)音還原處理。
3.3 通信結束控制
在通信雙方進(jìn)行通信的過(guò)程中，如果系統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(shí)會(huì )向各功能模塊發(fā)出復位信號，同時(shí)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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