語(yǔ)音加密解密算法研究及仿真和實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目木設(shè)計(jì)方案-文庫(kù)吧
2025-04-18 13:16 本頁(yè)面
【正文】 并最終生成明文流，同時(shí)由混沌系統(tǒng)的logistic映射經(jīng)過迭代產(chǎn)生密鑰流。然后將明文流與密鑰流進(jìn)行異或得出密文流，并各自畫出三種序列流的頻譜圖與倒譜圖作為對(duì)照。在接收端根據(jù)對(duì)稱密碼體制將密文流與密鑰流異或恢復(fù)出明文流，將明文流轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后畫出波形圖、頻譜圖和倒譜圖。最后將原語(yǔ)音信號(hào)，加密后的語(yǔ)音信號(hào)與恢復(fù)后的語(yǔ)音信號(hào)的三個(gè)圖進(jìn)行對(duì)比，觀察加密解密效果。研究工作：（1） 掌握用matlab程序讀取語(yǔ)音信號(hào)，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行離散化取整預(yù)處理，繪出語(yǔ)音信號(hào)的波形圖，頻譜圖以及倒譜圖。（2） 實(shí)現(xiàn)將語(yǔ)音連續(xù)信號(hào)進(jìn)行離散取整，并將十進(jìn)制的信號(hào)(有正有負(fù))轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制的序列流，注意序列變換的行列順序。也要實(shí)現(xiàn)將一維二進(jìn)制的序列流變換成為指定二維序列流并最終轉(zhuǎn)換成為十進(jìn)制的信號(hào)。（3） 學(xué)會(huì)應(yīng)用對(duì)稱密碼體制的加密解密原理對(duì)語(yǔ)音信號(hào)變換成的明文流進(jìn)行加密解密。（4） 研究混沌系統(tǒng)基于logistic映射的加密原理，設(shè)計(jì)出一種能夠自由賦值給系統(tǒng)參數(shù)和初始值的產(chǎn)生密鑰流的方法。2 語(yǔ)音信號(hào)讀取與預(yù)處理 語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)與選取頻率特點(diǎn)：語(yǔ)音信號(hào)是隨時(shí)變化的一維信號(hào)，它的頻率范圍可達(dá)10KHz 以上，但是對(duì)于語(yǔ)音的清晰度和可懂性有明顯影響的頻率成分，最高約為 。語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分量集中在 300～3400Hz 的范圍內(nèi)，電話語(yǔ)音的頻率范圍大概是 60～3400Hz 左右。時(shí)域特點(diǎn)：語(yǔ)音信號(hào)是一種典型的非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)。從時(shí)域波形的展開圖中可以發(fā)現(xiàn)，有些時(shí)間內(nèi)具有很強(qiáng)的周期性，有些段落中又具有噪聲特性，而且周期性語(yǔ)音和噪聲的特征也在不斷變化之中。在 5～50ms 的范圍內(nèi)，語(yǔ)音的頻譜特性和一些物理特征參數(shù)（短時(shí)能量、平均幅度、短時(shí)平均過零率）基本保持不變或者變化很緩慢，這就是語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)平穩(wěn)性。這樣，我們用平穩(wěn)過程的處理方法和理論引入到語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)處理中，每個(gè)短時(shí)的語(yǔ)音段稱為一個(gè)分析幀，分析幀的既可以是連續(xù)的，也可以是交疊的，一般幀的長(zhǎng)度為 10ms～30ms，這一特點(diǎn)是語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字處理的基礎(chǔ)。[17]用matlab可以對(duì)語(yǔ)音文檔進(jìn)行讀取,寫入和播放。聲音文件大都以(.wav)的格式儲(chǔ)存，matlab處理此類文件的格式為:WAV文件的讀取:[y,fs,nbits]=wavread(‘*.wav’)WAV文件的寫入: wavwrite(y,fs,nbits,’*.wav’)WAV文件的播放:wavpla(y,fs)y代表(.wav)格式的語(yǔ)音文件，有效取值為[,],若y是N2的矩陣，則為立體聲；fs為取樣頻率；nbits是每個(gè)樣本位數(shù)，通常取8或16。例：讀取并播放聲音文件“”，截取其左聲道中第二秒鐘的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，將它重復(fù)三遍后再播放，然后顯示比較這兩組語(yǔ)音數(shù)據(jù)的波形圖，最后將處理后的數(shù)據(jù)以單聲道寫入文檔“”并保存。[8]［y,fs］= wavread (‘c:\windows\media\’)；％讀取語(yǔ)音文檔數(shù)據(jù)wavplay (y,fs)；％播放語(yǔ)音文檔x = y (22051:44100,1)；％截取左聲道中第二秒鐘的語(yǔ)音數(shù)據(jù)x = [x。x。x]；％將語(yǔ)音數(shù)據(jù)段重復(fù)三遍wavplay (x)；％播放語(yǔ)音subplot（2,1,1）；%確定顯示位置１plot（y）； ％畫原文件完整數(shù)據(jù)語(yǔ)音波形圖subplot（2,1,2）；%確定顯示位置２plot（x）； ％畫處理后數(shù)據(jù)語(yǔ)音波形圖wavwrite（x,fs,‘e:\desktop\’）；%將處理后的數(shù)據(jù)寫入文檔 語(yǔ)音數(shù)據(jù)處理分析：為了使圖形簡(jiǎn)單且突出語(yǔ)音信號(hào)特點(diǎn)截取了單聲道的聲音波形，并將其重復(fù)三遍，以便于觀察在進(jìn)行混沌加密時(shí)對(duì)于相同的聲音信號(hào)加密后的波形的變化。事實(shí)上由于密鑰的不同即使相同的明文信息得到的密文也不相同，這樣的保密通信不會(huì)因?yàn)槊魑亩孤缎畔ⅲＷC了語(yǔ)音信號(hào)的通信安全。 語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理 語(yǔ)音信號(hào)的頻譜與倒頻譜分析 (1)語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析過程：傅里葉頻譜分析是語(yǔ)音信號(hào)頻域分析中廣泛采用的一種方法。語(yǔ)音波是一個(gè)非平穩(wěn)過程，因此適用于周期、瞬變或平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)傅里葉變換不能直接表示語(yǔ)音信號(hào)，而應(yīng)該用短時(shí)傅里葉變換對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析，相應(yīng)的頻譜稱為“短時(shí)譜”。進(jìn)行頻譜分析時(shí)，在時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行短時(shí)FFT處理之前都要進(jìn)行加窗處理。(2) 短時(shí)傅里葉變換（頻譜分析）：傅里葉頻譜分析的基礎(chǔ)是傅里葉變換，用傅里葉變換及其反變換可以求得傅里葉譜、自相關(guān)函數(shù)、功率譜、倒譜。由于語(yǔ)音信號(hào)的特性是隨著時(shí)間緩慢變化的，由此引出語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)分析。如同在時(shí)域特征分析中用到的一樣，這里的傅里葉頻譜分析也采用相同的短時(shí)分析技術(shù)。信號(hào)x(n)的短時(shí)傅里葉變換定義為 (21)式中，ω(n)為窗口函數(shù)。可以從兩個(gè)角度理解函數(shù)的物理意義：第一種解釋是，當(dāng)n固定時(shí)，如n=n0,則 是將窗函數(shù)的起點(diǎn)移至n0處截取信號(hào)x(n)，再做傅里葉變換而得到的一個(gè)頻譜函數(shù)。這是直接將頻率軸方向來理解的。另一種解釋是從時(shí)間軸方向來理解，當(dāng)頻率固定時(shí)，例如ω=ωk，則可以看作是信號(hào)經(jīng)過一個(gè)中心頻率為ωk的帶通濾波器產(chǎn)生的輸出。這是因?yàn)榇翱诤瘮?shù)ω(n)通常具有低通頻率響應(yīng)，而指數(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)x(n)有調(diào)制的作用，使頻譜產(chǎn)生移位，即將x(n)頻譜中對(duì)應(yīng)于頻率ωk的分量平移到零頻。[13](3)短時(shí)傅里葉反變換（倒譜分析）:傅里葉變換建立了信號(hào)從時(shí)域到頻域的變換橋梁
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