【正文】 x0=0。x1=0。x2=0。x3=0。x4=1。} //7 播放 else cKey=0。第五章 測試與改進(jìn) 本章主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)從硬件到軟件的調(diào)試以及系統(tǒng)功能的驗(yàn)證，包括軟件的編寫與調(diào)試，外圍電路的調(diào)試，設(shè)計(jì)中遇到的問題與解決辦法。 DSP軟件調(diào)試 本設(shè)計(jì)中DSP程序的編寫以C語言為主，開發(fā)環(huán)境使用CCS，該環(huán)境集代碼生成工具和代碼調(diào)試工具為一體，能夠完成DSP系統(tǒng)開發(fā)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。 McBSP的初始化 DSP軟件部分需要用到串行口中斷以及定時(shí)器中斷多種中斷方式，并在中斷向量表中說明中斷發(fā)生時(shí)如何進(jìn)入中斷服務(wù)程序。McBSP的操作通過設(shè)置各控制寄存器來進(jìn)行，包括串行口控制寄存器SPCR1/2，接收控制寄存器RCR1/2，發(fā)送控制寄存器XCR1/2，多通道寄存器MCR1/2等。 VC5416有三個(gè)多通道緩沖串行口McBSP。本系統(tǒng)中使用了兩個(gè)AIC23接口，其中McBSPO用來與AIC23交換數(shù)據(jù)，McBSP1用來對AIC23進(jìn)行配置。 McBSP內(nèi)部有很多專用控制寄存器，必須初始化這些控制寄存器才能使McBSP工作在正確的狀態(tài)下。McBSP內(nèi)部有專用的數(shù)據(jù)緩沖寄存器，如RBR[1,2], RSR[1,2]和XSR[1,2]，但CPU不能對其直接訪問，CPU對McBSP的訪問是通過DRR和DXR寄存器來實(shí)現(xiàn)的。以初始化McBSP 1的串口為例介紹串口初始化的方法:void initMcBSP1( void )/*configuation the McBSP1 as SPI mode*/{ int i。 SPSA1=SPCR1。 SPSD1=0。 /*reset rev */ SPSA1=SPCR2。 /*reset xtm*/ SPSD1=0。 SPSA1=SPCR1。 SPSD1=0x1800。 SPSA1=RCR1。 SPSD1=0x40。 SPSA1=XCR1。 SPSD1=0x40。 SPSA1=SRGR2。 SPSD1=0x2000。 SPSA1=SRGR1。 SPSD1=0xff。 SPSA1=XCR2。 SPSD1=0x0。 SPSA1=RCR2。 SPSD1=0x0。 SPSA1=PCR。 SPSD1=0xA08。//a0a SPSA1=SPCR2。 SPSD1=SPSD1|0x40。 for(i=0。i10。i++)。 SPSA1=SPCR1。 SPSD1=SPSD1|0x1。 /*reset rev */ SPSA1=SPCR2。 /*reset xtm*/ SPSD1=SPSD1|0x1。 for(i=0。i10。i++)。} AIC23的初始化 DSP通過I2C總線將配置命令發(fā)送到AIC23，配置完成后AIC23開始工作。AIC23通過其中的AD轉(zhuǎn)換采集輸入的語音信號，每采集完一個(gè)信號后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP的McBSP接口上，DSP可以讀取到語音數(shù)據(jù)并進(jìn)行加密處理，每個(gè)數(shù)據(jù)為16位無符號整數(shù)，左右通道各有一個(gè)數(shù)值。DSP可以將語音數(shù)據(jù)解密后通過McBSP接口發(fā)送到AIC23，AIC23的DA器件將他們變成模擬信號輸出。AIC23內(nèi)部有11個(gè)寄存器，DSP必須對其正確初始化才能工作。通過SPI對AIC23寄存器配置的過程是先根據(jù)寄存器的地址選定要配置的寄存器，再按要求對本寄存器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，關(guān)鍵代碼如下：void AIC23_Write(unsigned short regaddr, unsigned short data){ int i,j。 j= regaddr*0x200+data。 SPSA1=SPCR2。 for(i=SPSD1amp。0x2。i==0。i=SPSD1amp。2)。 DXR11=j。} 常見問題及解決方案216。 問題1—AIC23芯片很燙 問題描述：系統(tǒng)上電以后，AIC芯片立即出現(xiàn)發(fā)熱厲害現(xiàn)象。分析及解決辦法：立即關(guān)掉電源，檢查電路板是否出現(xiàn)短路現(xiàn)象，經(jīng)過仔細(xì)檢查并未發(fā)現(xiàn)短路。取出芯片通過測試插座的電壓得知此插座焊反了。所以在應(yīng)用中將AIC23芯片反接即可，問題解決。216。 問題2—調(diào)試系統(tǒng)時(shí)系統(tǒng)程序自啟動(dòng) 問題描述：系統(tǒng)上電后，原自帶程序自啟動(dòng)。無法進(jìn)入調(diào)試界面。 分析及解決辦法：因?yàn)槠瑑?nèi)ROM中的一段Boot程序負(fù)責(zé)將外部程序加載到DSP內(nèi)部運(yùn)行，而外部管腳MP/MC只有為低時(shí)才使用片內(nèi)ROM，所以將MP/MC選擇接高電平(MP / MC由一個(gè)多路選擇開關(guān)控制)，問題解決。216。 問題3—MIC電路引入噪聲過大問題描述：MIC電路接入時(shí)采集的語言信號伴有大量的噪聲一致使有用語音信號淹沒在噪聲中。分析及解決辦法：顯然電路缺少濾波環(huán)節(jié)，駐極式音頻傳送器的接入線過于簡陋缺少屏蔽保護(hù)。由于本人對濾波電路了解不夠和實(shí)驗(yàn)室缺少必要設(shè)備，該問題任沒解決216。 問題4—基于51單片機(jī)的PS2鍵盤模擬失敗 問題描述：基于51單片機(jī)的PS2接入系統(tǒng)后不工作。 分析及解決辦法：該問題還在解決中 系統(tǒng)功能驗(yàn)證及測試結(jié)果在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中，語音信號的獲取途徑如下：實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的男聲語音信號和電腦音樂軟件輸出的CD品質(zhì)的歌曲語音信號。 采集的男聲語音實(shí)驗(yàn)分析 系統(tǒng)通過麥克風(fēng)采集男聲語音“你好”作為測試信號，CCS系統(tǒng)中設(shè)置數(shù)據(jù)獲取緩沖區(qū)的采樣頻率為1Hz，測試結(jié)果如圖所示： 圖 51（a）男聲“你好”的時(shí)域 圖 51（b）男聲“你好”的頻域 圖 51（c）男聲“你好”加密后的時(shí)域 51（d）男聲“你好”加密后的頻域 從圖51（a）（b）（c）（d），可以看出原始語音信號和對應(yīng)的加密信號的時(shí)域和頻域。從視覺上可以看到二者的明顯差異，通過本系統(tǒng)的音頻放大電路可以證明經(jīng)過加密后的語音信號已經(jīng)不能理解其含義了。說明了加密處理是有效的。 CD品質(zhì)的語音信號實(shí)驗(yàn)分析 系統(tǒng)截取了著名歌手張學(xué)友的歌曲《你好毒》開始的一段作為測試信號。CCS系統(tǒng)中設(shè)置數(shù)據(jù)獲取緩沖區(qū)的采樣頻率為1Hz，測試結(jié)果如圖52所示： 圖52(a) 原始信號時(shí)間域 圖52(b) 原始信號頻域 圖52(c) 加密后信號時(shí)間域 圖52(d) 加密后信號頻域 圖52(e) 解密后信號時(shí)間域 圖52(f) 解密后信號頻域 圖35（a）（b）（c）（d）反映的是原始語音信號和對應(yīng)的加密信號的時(shí)域和頻域。從視覺上可以看到二者的明顯差異，實(shí)際聽覺試聽也同樣說明了加密處理是有效的，經(jīng)過加密的語音信號已經(jīng)無法正確理解其含義。且從實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果35（e）（f）證明，采用本系統(tǒng)的解密模塊對加密音頻信號進(jìn)行解密后完全可以恢復(fù)原始音頻信號。如果要進(jìn)一步提高加密與解密算法的安全性，則可以提高循環(huán)異或的長度，即選擇連續(xù)的若干信號點(diǎn)進(jìn)行異或。 系統(tǒng)改進(jìn)方向 硬件改進(jìn)(l)更換語音編解碼芯片 本系統(tǒng)中所采用的語音數(shù)據(jù)為PCM編碼，速率為64Kbit/s，采用Rs232傳輸距離有限，可以改用RS485使得傳輸距離加長。如果語音數(shù)據(jù)采用ADPCM編碼，采用32Kbit/s速率或更低的速率，那么可以利用調(diào)制解調(diào)器通過電話線進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。 現(xiàn)在采用的AIC23CODEC是一款PCM編解碼芯片，速率固定為64Kbit/s。如果采用ADPCM編碼，可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對64Kbit/s的PCM編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件上的處理，將其轉(zhuǎn)換為32Kbit/s速率的ADPCM編碼格式，但這樣會(huì)加重DSP的負(fù)擔(dān)。如果加密算法不是很復(fù)雜的情況下這種方法是可行的，但如果算法比較復(fù)雜，還是選擇ADPCM編解碼芯片更為合適。 MOTOROLA公司的MC145540CODEC就是能將原始模擬語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ADPCM編碼的芯片。MC145540CODEC是以后系統(tǒng)改進(jìn)的不錯(cuò)選擇。(2）更換控制器 本系統(tǒng)中的控制主要由DSP結(jié)合CPLD完成，但主要還是由DSP來實(shí)現(xiàn)控制功能。前面已經(jīng)提到，VC54l6 DSP的控制功能畢竟有限，如果外部設(shè)備更多，要達(dá)到更完善的控制，單采用VC54l6 DSP是比較困難的。采用單片機(jī)結(jié)合DSP的辦法是個(gè)很好的選擇，單片機(jī)的控制功能強(qiáng)，可以將其作為主控制器，而DSP的運(yùn)算能力強(qiáng)，就可以將其作為主處理器，這樣可以更加充分發(fā)揮各部件的功能。單片機(jī)和DSP結(jié)合，可以利用DSP的主機(jī)接口(HPI)。(4)更換DSP由于本系統(tǒng)主要是用于語音處理，所以選用TI公司54X系列的DSP，速度不是很高。如果考慮對圖像或是視頻的處理，可以選用TI公司6000系列的DSP，其速度更快，并且內(nèi)部存儲器也很大。 軟件改進(jìn)(l)算法處理 本系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理的硬件平臺，現(xiàn)在采用的加密算法是簡單的異或加密算法，還可以采用其它的加密算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比如現(xiàn)在技術(shù)比較成熟的混沌算法。同時(shí)，現(xiàn)在只是進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密，還可以在秘密信息(比如文字、圖像、語音等信息)隱藏到載體數(shù)據(jù)中，再將其傳輸，實(shí)現(xiàn)信息隱藏的功能；或是將秘密信息隱藏到載體數(shù)據(jù)中后再加密，到達(dá)既隱藏又加密。通常，這些功能在本系統(tǒng)平臺上實(shí)現(xiàn)基本上不需要對硬件進(jìn)行修改，只要選擇合適的算法并針對DSP的特點(diǎn)編寫相應(yīng)的程序即可。(2)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收程序 本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收程序有兩個(gè)，一個(gè)是CODEC AIC23和VC5416 DSP的串口之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，一個(gè)是通信雙方各自的異步串行通信芯片TL16C554之間數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。這兩組接口通信程序中都要使用到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來存放臨時(shí)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在的緩沖區(qū)比較小，以后可以考慮設(shè)計(jì)大一些的緩沖區(qū)，配合相應(yīng)的處理程序使得語音數(shù)據(jù)的傳輸更為流暢。(3)程序編寫 現(xiàn)在系統(tǒng)中的任務(wù)比較單一，數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送等幾個(gè)事件用中斷方式即可完成。如果多任務(wù)操作，可以考慮使用小型的嵌入式操作系統(tǒng)，所有的程序都在操作系統(tǒng)下編寫，多任務(wù)的管理和調(diào)度由操作系統(tǒng)來完成，這樣就在減輕了編程負(fù)擔(dān)的同時(shí)使得系統(tǒng)的工作更高效。 TI公司的DSP帶有的DSP/BIOS組件可以看作是一個(gè)準(zhǔn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以利用DSP/BIOS編程多任務(wù)程序。第六章 結(jié)論與展望語音信號處理與保密通信是當(dāng)前數(shù)字語音信號處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，是語音信號數(shù)字處理的前端處理技術(shù)。本論文設(shè)計(jì)完成了一套基于DSP的語言信號處理與保密通信系統(tǒng)，主要研究工作和成果包括: 通過對目前常用的語音保密算法的性能分析和軟件仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，本文結(jié)合目前民用市場要求保密級別較低而且硬件平臺良莠不齊的現(xiàn)狀，選擇了結(jié)合初始密鑰的循環(huán)異或算法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密的語音信號保密傳輸方案； 采用TMS320VC5416和TLV320AIC23B為系統(tǒng)的核心芯片，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)語音信號處理與保密傳輸?shù)挠布到y(tǒng)； 采用DSPC語言編程，設(shè)計(jì)了運(yùn)行于DSP硬件系統(tǒng)的語音信號處理與保密傳輸系統(tǒng)的軟件部分； 經(jīng)過反復(fù)的系統(tǒng)調(diào)試與測試，確定了各外圍電路的設(shè)計(jì)方案，其中包括:音頻放大電路，AIC23模塊，MIC電路等。 最后采用上述硬件和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對語音信號的采集和存儲以及加密與解密處理并且有效的實(shí)現(xiàn)了語音的播放與復(fù)讀。 本文的設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的采集處理語音信號、軟件設(shè)計(jì)模塊化、可以在較低信噪比的環(huán)境中進(jìn)行，可進(jìn)行二次開發(fā)等，具有一定的優(yōu)越性。但系統(tǒng)設(shè)計(jì)還存在著一些需要改進(jìn)和注意的地方: ，而在更為復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中還有必要加入語音增強(qiáng)模塊，來進(jìn)一步提高處理性能。 ，本文所提出的循環(huán)異或加密算法有其局限性。如果要進(jìn)一步提高加密與解密算法的安全性，則可以提高循環(huán)異或的長度，即選擇連續(xù)的若干信號點(diǎn)進(jìn)行異或，或者采用混沌序列進(jìn)行加密。但是這種方法對于系統(tǒng)的效率尚未多做討論，仍需要進(jìn)一步研究。對于一個(gè)實(shí)用的語音信號處理與保密傳輸系統(tǒng)而言，需要對這些問題進(jìn)行更全面的、更深入細(xì)致的研究。 語音保密通信的研究很多，隨著電話的普及和人們對自我的保護(hù)越來越重視，其應(yīng)用前景是十分可觀的，不乏有些廠家研制出的語音加密設(shè)備已經(jīng)或正在投入市場了。本系統(tǒng)可以應(yīng)用到軍事上也可以民用。比如戰(zhàn)場上指揮官和下屬之間的命令發(fā)布和戰(zhàn)況匯報(bào)，經(jīng)過加密后不會(huì)被敵方截獲。異地兩人的通話內(nèi)容經(jīng)過加密后在現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中傳輸而不被第三方竊聽等。這里，只是實(shí)現(xiàn)了語音保密通信的原理性演示，其實(shí)用性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要改進(jìn)的方面除了前面指出的還有很多。我們相信，隨著信息安全問題的深入人心和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，保密通信的未來一定會(huì)更加光輝燦爛。