语音加密处理系统应用嵌入式.doc

语音加密处理系统应用嵌入式摘 要： 近些年来，嵌入式系统发展的如火如荼，然而如何确保嵌入式系统的通信安全，成为当前嵌入式系统开发领域中的一项重要研究课题。其中语音加密处理系统在嵌入式系统中的应用有效的保证嵌入式系统数据传输的安全性和稳定性，对更好的促进嵌入式系统的发展发挥非常重要的作用。从语音加密处理系统的总体设计谈起，然后分别就各功能模块在嵌入式系统中的应用实现进行说明。 关键词： 嵌入式系统；语音加密处理系统；应用 0 前言 基于嵌入式系统的语音加密处理系统主要包括系统控制模块、语音处理模块、语音传输模块以及相关的语音输入输出设备。其中的语音处理模块又可以划分为语音采集模块、语音编码和解码模块以及语音信息加解密模块这三个功能子模块。各功能模块在系统控制模块的控制下，各司其职，很好的实现了语音加密处理系统在嵌入式系统应用中的各种功能，有效的确保了嵌入式系统语音信息传输的安全。 1 基于嵌入式系统的语音加密处理系统的总体设计 1.1 系统控制模块 该模块作为整个系统的指挥单元，可以通过发送相关的命令来实现整个系统的协调运行，确保嵌入式系统通信的安全运行。 1.2 语音采集模块 该模块主要不仅可以通过A/D转换器来实现模拟语音信号向数字语音信号的转换，同时还可以利用D/A转换器来将数字语音信号还原成模拟语音信号，然后将其经扬声设备进行输出。 1.3 语音编码和解码模块 语音编码器可以对采集的经转换后的语音数字信号进行编码处理，通过编码分析，将相关的语音参数提取出来，对数据进行压缩处理，然后将压缩后的数据传输到数据加密模块。语音解码器可以将那些经过数据加密模块加密处理后的数据进行解压操作，从而把相关的数据还原为原始的数字语音信息。 1.4 语音加解密模块 语音加解密模块是系统的核心模块，通过语音加解密模块可以将对那些来自数字语音解压缩器的数据进行加密处理，然后将其传输到通信传输模块，实现数据的安全加密传输。同时，还可以通过加解密模块对那些来自通信模块的数据，进行相应的解密处理。 1.5 通信传输模块 通信模块在控制模块的作用下，通过对系统所连接的通信双方所发出的信息发送或接受请求后，建立二者之间的通信连接，然后实现通信双方的通信。 2 基于嵌入式系统的语音加密处理系统硬件功能模块的实现 2.1 语音采集功能模块的实现 语音采集功能模块主要是利用ARM开发板所提供的24位的CD-Quality Audio CODEC芯片来实现语音信号的A/D和D/A转换的。在CODEC芯片中封装了一个低电压并集成有耳机驱动的WM8731编解码器，而且还提供有不同格式的音频输入以及适合于电气型麦克风的音频输出等。WM8731中集成有十一个寄存器，该芯片的内部功能设置和状态的初始化均是通过I2C控制模块来对其内部的这十一个寄存器进行相应的配置来实现的，并通过向目标寄存器写入相应的控制信息，来实现对WM8731工作状态进行操控的效果。 2.2 语音编码和解码功能模块的实现 1）语音编码功能模块的实现。语音编码器的工作原理。首先，将输入的数字语音信号经过高通滤波器进行预处理，然后对预处理后的语音信号进行LP分析量化处理，紧接着把LP系数转换成为线频谱对系数LSP，最后利用预测式两级矢量量化方法将LSP系数进行量化处理。处理后的数据信息经参数编码后即生成比特数据流。 2）语音解码功能模块的实现。首先，将相关的参数标号从接收到的比特流中提取出来，然后对提取的参数标号进行解码来获得对应语音信息的编码参数。然后，不断重复以上操作内容的解码处理，直到所有的语音信息解码完成为止。 2.3 加解密功能模块的实现 本文所介绍的基于嵌入式系统的语音加密处理系统加解密功能模块中所采用的加密和解密算法为AES算法，以下就结合AES算法在系统加解密功能模块中的应用，就加解密功能模块的实现进行说明。 1）AES算法及硬件实现。AES加密模块的实现机制如下：在运算控制模块的控制下，将初始圈密钥与待加密明文进行异或运算后，进行若干次的迭代变换，其中，每次的迭代变换中都包含行移位变换、字节代替变换、列混合变换以及圈密钥加法这四步的变换。由于AES算法为对称算法，解密过程和加密过程类似，这里不再说明。 2）自定义指令逻辑的硬件实现。系统所采用的AES加解密模块所得到的自定义逻辑是在多个时钟周期内完成的，一般采用的是多周期自定义指令结构。其中在进行硬件实现时，所用到的信号线有数据、结果、时钟、复位和启动等。 2.4 通信传输功能模块的实现 通信传输功能模块利用调制解调器在PSTN（公共电话网）上实现通信双方的通信。由于PSTN网络覆盖范围比较广，用户通过调制解调器就可以与系统完成对接，进而