【正文】 我們相信，隨著信息安全問題的深入人心和科學技術(shù)的飛速發(fā)展，保密通信的未來一定會更加光輝燦爛。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。本系統(tǒng)可以應(yīng)用到軍事上也可以民用。對于一個實用的語音信號處理與保密傳輸系統(tǒng)而言，需要對這些問題進行更全面的、更深入細致的研究。如果要進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)的若干信號點進行異或，或者采用混沌序列進行加密。但系統(tǒng)設(shè)計還存在著一些需要改進和注意的地方: ，而在更為復雜的應(yīng)用環(huán)境中還有必要加入語音增強模塊，來進一步提高處理性能。 最后采用上述硬件和軟件系統(tǒng)，實現(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現(xiàn)了語音的播放與復讀。第六章 結(jié)論與展望語音信號處理與保密通信是當前數(shù)字語音信號處理領(lǐng)域研究的熱點，是語音信號數(shù)字處理的前端處理技術(shù)。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擔的同時使得系統(tǒng)的工作更高效?，F(xiàn)在的緩沖區(qū)比較小，以后可以考慮設(shè)計大一些的緩沖區(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。(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，一個是CODEC AIC23和VC5416 DSP的串口之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，一個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。同時，現(xiàn)在只是進行數(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，到達既隱藏又加密。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。單片機和DSP結(jié)合，可以利用DSP的主機接口(HPI)。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，要達到更完善的控制，單采用VC54l6 DSP是比較困難的。MC145540CODEC是以后系統(tǒng)改進的不錯選擇。如果加密算法不是很復雜的情況下這種方法是可行的，但如果算法比較復雜，還是選擇ADPCM編解碼芯片更為合適。 現(xiàn)在采用的AIC23CODEC是一款PCM編解碼芯片，速率固定為64Kbit/s。 系統(tǒng)改進方向 硬件改進(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。且從實驗測試結(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行解密后完全可以恢復原始音頻信號。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) 原始信號時間域 圖52(b) 原始信號頻域 圖52(c) 加密后信號時間域 圖52(d) 加密后信號頻域 圖52(e) 解密后信號時間域 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)的加密信號的時域和頻域。說明了加密處理是有效的。 采集的男聲語音實驗分析 系統(tǒng)通過麥克風采集男聲語音“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”的時域 圖 51（b）男聲“你好”的頻域 圖 51（c）男聲“你好”加密后的時域 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)的加密信號的時域和頻域。 問題4—基于51單片機的PS2鍵盤模擬失敗 問題描述：基于51單片機的PS2接入系統(tǒng)后不工作。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。216。無法進入調(diào)試界面。216。取出芯片通過測試插座的電壓得知此插座焊反了。 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。 DXR11=j。i=SPSD1amp。0x2。 SPSA1=SPCR2。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。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。i10。 /*reset xtm*/ SPSD1=SPSD1|0x1。 SPSD1=SPSD1|0x1。i++)。 for(i=0。//a0a SPSA1=SPCR2。 SPSA1=PCR。 SPSA1=RCR2。 SPSA1=XCR2。 SPSA1=SRGR1。 SPSA1=SRGR2。 SPSA1=XCR1。 SPSA1=RCR1。 SPSA1=SPCR1。 /*reset rev */ SPSA1=SPCR2。 SPSA1=SPCR1。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寄存器來實現(xiàn)的。本系統(tǒng)中使用了兩個AIC23接口，其中McBSPO用來與AIC23交換數(shù)據(jù)，McBSP1用來對AIC23進行配置。McBSP的操作通過設(shè)置各控制寄存器來進行，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。 DSP軟件調(diào)試 本設(shè)計中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)過程的各個環(huán)節(jié)。} //7 播放 else cKey=0。x3=0。x1=0。 x4==0 ) {Againspeak=0。amp。} //6 重新存儲 else if(cKey==39。x3=1。x1=0。 x3==0 ) {l=0。amp。} // 5解密 else if(cKey==39。x3=0。x1=0。 x2==0 ) {desecret=1。amp。} // 0加密 else if(cKey==39。x3=0。x1=1。 x1==0 ) {secret=1。amp。} // 3復讀 else if(cKey==39。x3=0。x1=0。 x0==0 ){Againspeak=1。amp。Ps2鍵盤處理程序流程圖如下：圖46 Ps2鍵盤處理程序流程圖 Ps2鍵盤的部分程序如下：if(cKey==39。 } desecret=0。i) { if(i==0) singalstr[i]=singalstr[i] ^ 0x1234。 圖45 音頻信號解密處理流程 解密模塊的部分程序如下：else if(desecret) //desecret=1解密程序 { for(i=DataBuffSize1。 } 音頻信號解密功能是從FLASH中讀出加密音頻并運用解密算法進行解密后輸出到音頻CODEC設(shè)備。 } secret=0。i++) { singalstr[i]=singalstr[i]^j。 圖44 音頻信號加密處理流程加密模塊的部分程序如下：else if( secret) //secret=1保密程序 { for( j=0x1234,i=0。循環(huán)異或解密算法的公式如下： （2） 音頻信號加密功能是將FLASH中存儲的原始語音進行加密處理，使形成的加密信號無法被理解，然后將加密信號存儲到FLASH加密區(qū)并輸出到音頻CODEC回放試聽。這個算法雖然安全性比混沌算法低一些，但具有簡單、加密處理快的特點。 圖43 音頻信號保密通信程序流程 用于保密通信的加密算法很多，但由于音頻信號的特殊性，本系統(tǒng)采用循環(huán)異或來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密，其原理是將原始數(shù)據(jù)與前一個加密后的數(shù)據(jù)進行異或而形成當前的加密數(shù)據(jù)，并循環(huán)下去直到所有數(shù)據(jù)都處理完畢。 } 語音加密與解密算法的軟件設(shè)計 基于DSP的音頻信號保密通信系統(tǒng)，能將發(fā)送端的音頻信號進行加密處理，使得在信道中傳輸時竊聽者無法理解，而在接收端經(jīng)過解密后又能恢復原始音頻[1][4]。 n++。流程圖如下：圖42 語音信號采集程序模塊流程圖 該功能模塊的部分程序如下：else if(Againspeak) //復讀程序 { if(nDataBuffSize) { DXR10=singalstr[n]。 語音信號處理系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序和保密通信模塊子程序流程圖如圖41。 匯編語言和高級語言混合編程方案，主程序全部用C語言編寫，這樣使得整體結(jié)構(gòu)清晰；需要提高速度的地方，用匯編語言編寫，然后在主程序中采用C調(diào)用匯編模塊的方式實現(xiàn)整個系統(tǒng)的編程，這是目前結(jié)合硬件的系統(tǒng)設(shè)計方案中最常用的軟件編程方式。這種方案的優(yōu)點是使得系統(tǒng)有很好結(jié)構(gòu)性和可維護性，但缺點是效率很低，主要原因是C語言編譯器的效率太低。216。 匯編語言方案。 編程語言的選擇 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境確定之后，接下來就是編程語言的選擇。不同系列的DSP芯片對應(yīng)不同的CCS環(huán)境。前者可以脫離硬件的支持，用PC機上CPU的資源代替DSP的硬件資源，來模擬DSP的指令集和工作機制，主要用于前期的算法仿真和調(diào)試。 實時分析(real time analysis)和數(shù)據(jù)可視化(data visualization)軟件。 主機與目標之間的實時數(shù)據(jù)交換軟件(RTDX)。 實時基礎(chǔ)軟件(DSPBIOS) 。 軟件模擬器(Simulator)。 可執(zhí)行代碼生成工具(包括C編譯器、匯編優(yōu)化器、匯編器和連接器)。使開發(fā)人員能夠設(shè)計出更可靠的應(yīng)用系統(tǒng)，縮短了產(chǎn)品的上市時間。本套實時語音信號檢測系統(tǒng)的軟件體系的開發(fā)在TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS (Code Composer Studio)中設(shè)計完成。初始化程序主要完成系統(tǒng)的初始化, 的算法, 串行口中斷服務(wù)程序完成語音樣值的輸入和輸出, INT0 中斷服務(wù)程序用于完成每10ms 與雙口RAM交換一次編碼數(shù)據(jù)，語音的加解密程序主要完成語音信號的保密傳輸。硬件電路設(shè)計如下：圖 38 音頻放大電路 MIC電路 MIC電路是語音采集模塊AIC23的前端語音輸入模塊。輸入模塊和輸出模塊的硬件電路設(shè)計如下。經(jīng)過處理的音頻信號可以進行存儲，再輸入到高精度高速的AIC23DAC轉(zhuǎn)換器中，還原成模擬的聲音信號輸出。音頻信號經(jīng)過TLV320AIC23高精度，高速的ADC轉(zhuǎn)換后得到一串數(shù)字信號，輸入到輸入緩沖區(qū)RAM。語音采集模塊和DSP模塊的數(shù)據(jù)保密通信主要是通過T1的McBSP接口實現(xiàn)。在此系統(tǒng)中，與VC5416的串口0連接，使用的是DSP格式。在系統(tǒng)初始化時需先對寄存器進行設(shè)置以便器件能夠正常工作。 圖36 VC5416和AIC23的連接圖 ，本系統(tǒng)中接高電平表示采用SPI模式，SPI時序如圖37所示：圖37 SPI時序圖 這種模式的特點是只有在片選信號有效時鎖存數(shù)據(jù)。其中TLV320AIC23的時鐘由外部晶振供給，頻率為12MHz，控制連接部分與DSP的MeBSPI接口。 CS ：控制端口輸入鎖存/地