語音加密解密算法研究及仿真和實現(xiàn)項目木設(shè)計方案-文庫吧
2025-04-18 13:16 本頁面
【正文】 并最終生成明文流，同時由混沌系統(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照。在接收端根據(jù)對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)換成十進制后畫出波形圖、頻譜圖和倒譜圖。最后將原語音信號，加密后的語音信號與恢復(fù)后的語音信號的三個圖進行對比，觀察加密解密效果。研究工作：（1） 掌握用matlab程序讀取語音信號，對語音信號進行離散化取整預(yù)處理，繪出語音信號的波形圖，頻譜圖以及倒譜圖。（2） 實現(xiàn)將語音連續(xù)信號進行離散取整，并將十進制的信號(有正有負)轉(zhuǎn)換成為二進制的序列流，注意序列變換的行列順序。也要實現(xiàn)將一維二進制的序列流變換成為指定二維序列流并最終轉(zhuǎn)換成為十進制的信號。（3） 學(xué)會應(yīng)用對稱密碼體制的加密解密原理對語音信號變換成的明文流進行加密解密。（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 語音信號讀取與預(yù)處理 語音信號的特點與選取頻率特點：語音信號是隨時變化的一維信號，它的頻率范圍可達10KHz 以上，但是對于語音的清晰度和可懂性有明顯影響的頻率成分，最高約為 。語音信號的頻譜分量集中在 300～3400Hz 的范圍內(nèi)，電話語音的頻率范圍大概是 60～3400Hz 左右。時域特點：語音信號是一種典型的非平穩(wěn)隨機信號。從時域波形的展開圖中可以發(fā)現(xiàn)，有些時間內(nèi)具有很強的周期性，有些段落中又具有噪聲特性，而且周期性語音和噪聲的特征也在不斷變化之中。在 5～50ms 的范圍內(nèi)，語音的頻譜特性和一些物理特征參數(shù)（短時能量、平均幅度、短時平均過零率）基本保持不變或者變化很緩慢，這就是語音信號的短時平穩(wěn)性。這樣，我們用平穩(wěn)過程的處理方法和理論引入到語音信號的短時處理中，每個短時的語音段稱為一個分析幀，分析幀的既可以是連續(xù)的，也可以是交疊的，一般幀的長度為 10ms～30ms，這一特點是語音信號數(shù)字處理的基礎(chǔ)。[17]用matlab可以對語音文檔進行讀取,寫入和播放。聲音文件大都以(.wav)的格式儲存，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\’)；％讀取語音文檔數(shù)據(jù)wavplay (y,fs)；％播放語音文檔x = y (22051:44100,1)；％截取左聲道中第二秒鐘的語音數(shù)據(jù)x = [x。x。x]；％將語音數(shù)據(jù)段重復(fù)三遍wavplay (x)；％播放語音subplot（2,1,1）；%確定顯示位置１plot（y）； ％畫原文件完整數(shù)據(jù)語音波形圖subplot（2,1,2）；%確定顯示位置２plot（x）； ％畫處理后數(shù)據(jù)語音波形圖wavwrite（x,fs,‘e:\desktop\’）；%將處理后的數(shù)據(jù)寫入文檔 語音數(shù)據(jù)處理分析：為了使圖形簡單且突出語音信號特點截取了單聲道的聲音波形，并將其重復(fù)三遍，以便于觀察在進行混沌加密時對于相同的聲音信號加密后的波形的變化。事實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因為明文而泄露信息，保證了語音信號的通信安全。 語音信號的預(yù)處理 語音信號的頻譜與倒頻譜分析 (1)語音信號的頻譜分析過程：傅里葉頻譜分析是語音信號頻域分析中廣泛采用的一種方法。語音波是一個非平穩(wěn)過程，因此適用于周期、瞬變或平穩(wěn)隨機信號的標準傅里葉變換不能直接表示語音信號，而應(yīng)該用短時傅里葉變換對語音信號的頻譜進行分析，相應(yīng)的頻譜稱為“短時譜”。進行頻譜分析時，在時域數(shù)據(jù)進行短時FFT處理之前都要進行加窗處理。(2) 短時傅里葉變換（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。由于語音信號的特性是隨著時間緩慢變化的，由此引出語音信號的短時分析。如同在時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分析技術(shù)。信號x(n)的短時傅里葉變換定義為 (21)式中，ω(n)為窗口函數(shù)?？梢詮膬蓚€角度理解函數(shù)的物理意義：第一種解釋是，當(dāng)n固定時，如n=n0,則 是將窗函數(shù)的起點移至n0處截取信號x(n)，再做傅里葉變換而得到的一個頻譜函數(shù)。這是直接將頻率軸方向來理解的。另一種解釋是從時間軸方向來理解，當(dāng)頻率固定時，例如ω=ωk，則可以看作是信號經(jīng)過一個中心頻率為ωk的帶通濾波器產(chǎn)生的輸出。這是因為窗口函數(shù)ω(n)通常具有低通頻率響應(yīng)，而指數(shù)對語音信號x(n)有調(diào)制的作用，使頻譜產(chǎn)生移位，即將x(n)頻譜中對應(yīng)于頻率ωk的分量平移到零頻。[13](3)短時傅里葉反變換（倒譜分析）:傅里葉變換建立了信號從時域到頻域的變換橋梁
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