语音传输与加密系统的研究与实现

论文摘要

随着通信技术及设备移动化、智能化的发展,各种无线传输应用正在逐步扩大,出现了不少诸如物联网、智能家居、无线测控等新兴词汇,对语音的各种应用也在朝着智能化、移动化和安全化发展。人们不再仅限于关注语音传输的质量,也更加注重语音采集端的集成性、便捷性以及语音传输过程中的安全性。因此如何对语音信息进行既有效又安全的采集传输已经成为学者们研究的热点问题。本文在研究语音的采集编码、加密和无线传输理论的基础上,在单片机上实现了一套语音采集传输与加密系统,做到将理论知识转化为实际应用。在深入研究了ADPCM编码及多媒体加密理论的基础上,选择了一款ADPCM编码格式的语音芯片MC145540来硬件实现对模拟语音信号的采集和编码,并在AVR单片机上软件实现对语音信息的加密,同时采用集成无线模块进行无线传输,在接收端依然采用该软硬件体系来进行语音的解密及解压缩并最终恢复出声音。整个系统可实现短距离无线语音通信,且语音采集编码及加密部分还可单独作为安全语音传感器节点放入物联网等系统中加以应用,具有很强的实用价值。本文的研究内容及创新之处主要有：(1)对ADPCM算法进行了详细研究并仿真分析,系统中虽然没有软件实现该编码算法,但已在ADPCM算法研究过程中对整个编解码流程进行了仿真,算法思路研究透彻,易于以后直接转化为软件实现该编码算法。(2)通过对原多Huffman码表多媒体加密算法(MHT)的分析,提出一种改进的基于Huffman码表的加密方案,此方案不仅为本系统中的加密模块的实现提供了理论基础,同时也能应用于其他各种包含Huffman编码步骤的多媒体加密方案中,对多媒体加密技术的研究和发展起到了一定作用。同时在改进方案的基础上结合本系统的语音ADPCM编码码流的概率统计特性实现一种适合本系统硬件平台的具体语音加密方案,完成系统的加密步骤。(3)以单片机、语音芯片和无线模块完成整个语音传输加密系统的硬件平台设计,具有体积小、功耗低、高便携性等优点,能广泛应用于现如今热门的物联网及智能家居等系统中,实用价值可观。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究内容
• 1.1.1 语音压缩编码
• 1.1.2 多媒体加密技术
• 1.1.3 短距离无线传输技术
• 1.2 研究目的及结构
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 论文章节安排
• 第二章 ADPCM语音编码算法研究
• 2.1 ADPCM语音编码概述
• 2.1.1 抽样与量化
• 2.1.2 ADPCM编码
• 2.2 ADPCM编码的关键技术
• 2.2.1 自适应量化
• 2.2.2 量化器自适应定标因子及速度控制
• 2.2.3 自适应预测
• 2.3 ADPCM算法仿真
• 2.4 ADPCM码流的概率统计特性
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于Huffman编码的语音加密方案及改进
• 3.1 加密方案的选择
• 3.1.1 ADPCM语音Huffman编码的可行性分析
• 3.1.2 ADPCM码流的Huffinan编码
• 3.2 MHT多媒体加密算法
• 3.2.1 MHT算法的思想与流程
• 3.2.2 MHT算法安全性分析
• 3.3 改进的MHT加密方案
• 3.3.1 改进算法概述
• 3.3.2 改进算法性能分析
• 3.4 本系统中基于ADPCM的加密算法的详细实现
• 3.4.1 扰动索引Ei的生成方法选择
• 3.4.2 对语音Huffman码树的扰动
• 3.5 本章小结
• 第四章 硬件平台设计
• 4.1 系统总框架
• 4.1.1 方案选择
• 4.1.2 系统架构
• 4.2 语音编解码模块
• 4.2.1 ADPCM编解码芯片MC145540
• 4.2.2 接口转换
• 4.2.3 语音编解码模块的硬件测试
• 4.3 语音处理传输模块
• 4.3.1 处理器模块
• 4.3.2 无线传输模块
• 4.3.3 处理器与无线模块接口
• 4.4 本章小结
• 第五章 软件平台设计
• 5.1 软件模块划分
• 5.2 主要模块设计
• 5.2.1 单片机初始化
• 5.2.2 语音芯片初始化
• 5.2.3 无线模块初始化
• 5.2.4 扰动索引Ei的静态生成
• 5.2.5 中断服务程序
• 5.2.6 语音数据的加解密
• 5.2.7 无线模块数据发送与接收
• 5.3 程序测试仿真与下载
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的学术论文
• 缩略词
• 图表清单
• 参考文献