基于Nios II的語音加密傳輸系統(tǒng)設計
摘 要: 設計并實現(xiàn)了一個基于Nios II的語音加密傳輸系統(tǒng)。介紹了進行語音信號處理的功能模塊,包括語音采集回放模塊、基于G.729A的語音壓縮與解壓縮模塊和基于AES的數(shù)據(jù)加解密模塊。在控制模塊的協(xié)調(diào)下,使得語音數(shù)據(jù)通過MODEM能夠在公共電話網(wǎng)中安全地傳輸,實現(xiàn)了語音的保密通信。
由于缺乏保密措施,使得電話竊聽事件不斷發(fā)生,嚴重威脅著個人隱私、軍事商業(yè)秘密甚至地區(qū)或國家的信息安全。因此,以語音壓縮和數(shù)據(jù)加密為基礎的語音加密傳輸技術受到人們關注。G.729A是G.729(共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼本激勵線性預測編碼方案CS-ACELP)的簡化方案,降低了計算的復雜度以便于實時實現(xiàn)。美國國家標準和技術研究所(NIST)在眾多的分組密碼中經(jīng)過三輪篩選,選中Rijndael算法作為高級數(shù)據(jù)加密標準(AES)。
本文基于G.729A和AES,結(jié)合Nios II設計了一種語音加密傳輸系統(tǒng),對通信內(nèi)容進行加密,有效防止了因通話內(nèi)容被竊聽而引起的泄密。
1 總體結(jié)構(gòu)
語音加密傳輸系統(tǒng)主要包括語音處理模塊、語音傳輸模塊、控制模塊及相應語音輸入輸出設備。其中語音模塊由語音采集回放模塊、語音編解碼模塊、加解密模塊三部分組成。系統(tǒng)總體設計如圖1所示,系統(tǒng)各部分功能如下。
語音加密傳輸總體設計示意圖
圖1 語音加密傳輸總體設計示意圖
(1)語音采集回放模塊:此模塊實現(xiàn)語音的采集及回放,一方面,此模塊接收由麥克傳來的模擬語音,通過A/D轉(zhuǎn)換,生成數(shù)字語音;另一方面,此模塊接收來自語音編解碼器傳來的解壓過的語音數(shù)據(jù),經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換,將數(shù)字語音還原成模擬語音,經(jīng)揚聲設備輸出。
(2)語音編解碼模塊:對語音進行編解碼,就是通過對語音的壓縮與還原,能在較低速率下傳送優(yōu)質(zhì)的語音。語音編解碼器包括編碼器與譯碼器。編碼器對采集回放模塊傳來的原始數(shù)字語音信息進行處理,對數(shù)字語音信號進行分析,提取語音參數(shù),將壓縮后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)加密模塊。譯碼器的作用是接收來自數(shù)據(jù)加解密模塊的數(shù)據(jù),經(jīng)過對數(shù)據(jù)的解壓,把這些數(shù)據(jù)恢復成原始的數(shù)字語音信息,再傳送至語音采集回放模塊。
(3)加解密模塊:語音加解密模塊是保證語音通信安全的核心。加解密模塊接收來自數(shù)字語音解壓縮器的數(shù)據(jù),并對其進行加密,然后發(fā)送至通信傳輸模塊,將數(shù)據(jù)通過調(diào)制解調(diào)器傳送至公共電話網(wǎng);同時,加解密模塊要接收來自通信模塊的數(shù)據(jù),將其解密后傳送至數(shù)字語音解壓縮器,進行數(shù)據(jù)的解壓。
(4)通信傳輸模塊:在控制模塊的控制下,當系統(tǒng)一方的控制模塊檢測到撥號信息或者接收到另一方請求時,與對方完成互聯(lián);在雙方建立連接的基礎上,通信傳輸模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以在公共電話網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù),進行加密語音數(shù)據(jù)的傳輸。
(5)Nios II系統(tǒng)控制模塊:當通信一方發(fā)起或者接收到通信請求時,Nios II系統(tǒng)控制模塊控制整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行,使通信雙方能夠安全地通信。
2 系統(tǒng)設計
2.1 硬件功能模塊設計
本設計以Nios II微處理器為核心,實現(xiàn)語音采集回放、數(shù)字語音編解碼和加解密等功能,通過調(diào)制解調(diào)器進行數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)了語音的加密傳輸。經(jīng)過對設計的研究與分析,結(jié)合DE1開發(fā)板,將整個系統(tǒng)硬件劃分為語音處理模塊和語音傳輸模塊,系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖
圖2 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖
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