数字语音加密通信系统硬件设计

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1、数字语音加密通信系统硬件设计1.系统总体设计该系统主要由语音编解码模块、加密模块这两大模块组成，系统框图如图1所示。在发送端，系统首先将接收到模拟语音信号经A/D转换芯片转换成数字信号，而后编解码芯片对转换后的数字语音信号进行压缩编码输出给加密模块，最后加密模块完成对信号的加密操作。在接收端，系统对信号的处理流程与发送端相反。2.各模块设计2.1编解码模块在此模块中，本文采用AD73311模数/数模转换器芯片和AMBE-2000语音压缩/解压芯片对输入的语音信号进行编解码。AD73311是美国AD公司推出的

2、低成本、低功耗的数模转换器件。它具有可变增益的输入、输出放大器，采样频率可通过编程改变，小的转换群延时，允许8个芯片级联，自身带参考电压和低功耗等许多优良特性，可广泛应用于信号处理、无线通信、数据通信等领域。AD73311包括四个部分：A/D转换通道，D/A转换通道，串行输入/输出端口和片内参考电压电路。有5种工作模式:程序模式、数据模式、混合模式、模拟环路模式、数字环路模式。其中前三种是正常的工作模式；后两种是调试模式，仅在调试时使用。AD73311启动或者重置后即工作于程序模式，此时可以通过串口往芯片内

3、的控制寄存器写控制字，来设定工作状态。设定完成后，写“进入数据模式”的命令进入数据模式,此时AD73311串行口输出的是A/D转换的16位数据，输入的是D/A转换的16位数据。AMBE-2000是一种高性能、低功耗的单片实时语音压缩解压芯片，其压缩率可在2kbps〜9.6kbps范围内由软件调节，且具有FEC（前向纠错）、VAD（语音激活检测）功能和DTMF信号检测功能。AMBE2000可以分为两个独立的元件-编码器和解码器。编码器从语音串行接口接收8KHZ的语音采样数据流（16位线性，8位A律,8位卩率）

4、并且在给定速率下输出通道数据流。解码器接收通道数据流，然后合成语音数据流。AMBE-2000编码器和解码器接口时序是完全异步的。语音串行接口接A/D、D/A转换器，我们选用的AD73311转换器配合AMBE2000使用，在实际应用中取得了良好的效果。如图2所示是AMBE2000与AD73311的连接图。语音信号经过AD73311转换后的数据和控制信息，以串行的方式送到声码器。声码器中的编码器接收到8KHZ的采样数据流，然后输出压缩数据流给解码器；解码器对其进行解压缩，同样输出8KHZ的语音数据流，该数据流随

5、后进入AD73311进行D/A转换，并以差分的形式输出原始的语音信号。2.2加密模块该模块以AT89C51单片机为核心来完成对数据的加解密操作。它接收到来自AMBE-2000的数据后用设计好的加解密算法对其进行加解密操作。为确保数据通信的保密性，加解密算法的设计是关键。本文所设计的加密的算法是，让输入的语音信号与一个混沌序列进行模2运算，即：Yt=Xt在St其中，St为发送端的数字语音信号，Xt为发送端的混沌加密序列，Yt为加密后的信号。解密算法是，让经加密处理后的语音数字信号与同样一个混沌序列进行模2运算

6、。即：Sr=Yr在Xr；Yr=St+Nr其中，Sr为解密后的语音信号，Yr为接收端收到的加密信号，Nr为通道噪声。显然，当收方与发方采用同一初始条件相同的混沌系统时，Xt=Xr；若双方在通信过程中信号传输无误，Nr=O,则有St=Sr,此时信号得以还原。混沌序列的生成：一类非常简单却被广泛研究的动力系统是Logistic映射，其定义如下：Xk+1=uXk(1-Xk)其中，0