语音保密通信系统

第1章语音保密通信的基本原理

1．1 前言

通信的安全问题，自古以来就一直是人类研究的热点问题之一，特别是在军事政治领域，形式多样且充满想象力的各种通信保密技术总是层出不穷，而且往往它们的成功与否都直接左右了当时的局势。

早在公元前440年，古希腊人Histaicus就将他最信任的奴仆的头发剪去，然后在头皮上刺上秘密信息，等到头发再长出来时，头皮上所刺的信息就变的不可见了，从而通过此法将秘密信息安全的送到了目的地。在古波斯有一个叫Demeratus的希腊人，他在传送波斯国王Xerxes将要入侵古希腊军事重镇斯巴达的消息时是这样做的：首先将一块用于书写的木片表面上的蜡削去（字本来是在蜡上的），并在木片上写下秘密信息，然后在木片上在覆盖一层蜡。这样木片看上去就像空白的一样，当时它不仅欺骗了海关人员，还差点儿欺骗了接受方。

这些应该是关于保密通信技术最早的记载了，虽然类似于此的通信方法一直到近代还在使用，但保密通信技术也虽着人类文明的进步而不断发展，在不同时代的科技背景下会有其相应的的保密通信术出现。因此，从飞鸽传书到微型胶片再到无线电报码，从藏头诗到Cardan栅格再到隐形墨水，保密通信术也已经走过了近千年的历史。而在人类社会步入信息时代之际，保密通信技术也有了新的发展。

1．2 保密通信的研究现状和应用前景

虽着计算机的出现，我们进入了一个全新的数字世界。与此同时，信息的表现形式也不再拘泥于前，而有了新的变化。在计算机中大量存储的都是被数字化后的信息，这其中既包括文本信息，又包括图像，声音等多媒体信息。信息被数字化后的优点是鲜而易见的，尤其是在通信领域，因为仅仅通过一张小小的磁盘或一根简单的电缆线，你就可以把所需转送的秘密信息带到你想去的任何地方，这在很大程

度上简化了信息的传输过程，节约了绝大部分时间，从而不仅给我们的工作带来了极大的便利，而且从某种意义上可以说是改变我们的生活方式。而随着计算机技术和多媒体技术的进一步发展，尤其是在网络高速发展，Internet迅速普及的今天，数字信息的获取和传播更是前所未有的快捷和方便。

虽然，新的技术给我们的工作带来了便利，但由此而产生的一些问题我们还是不得不考虑。这其中就包括有关信息的安全问题。但与以往不同的是，现在我们关心的是有关数字信息安全的问题，这应该说是一个全新的话题。据统计，在全球范围内，数字信息在通过网络或其他物理介质传输时，由于遇到不明身份的恶意攻击者任意地篡改和破坏而造成的直接经济损失每年都达到十亿美元，而且这个数字还一直在不停的增长。问题的暴露为我们敲响了警钟，看来如何在传输的过程中对数字信息实施有效的保护已经成为了下一步我们需要解决的当务之急。我们深信，随着时间的推移，人们对数字信息在通信过程中的安全要求会越来越迫切，无论是政府机关，商业机构，还是个人用户都会希望在信息传播的过程中对自己的秘密加以保护，以免遭受精神上和经济上的双重损失。因此，从事保密通信领域的研究不仅意义非凡而且前途一片光明。

其实，对于数字信息的保密通信，虽然多数传统的保密通信技术已经不在适用，但其中的主要思想还是相似的，那就是要将秘密信息伪装或隐藏起来，防止在传输的过程中被非法用户发现或破坏。就目前的研究情况而言，在数字信息的保密通信领域，应用得最多，最为广泛的就是数据加密技术。

所谓加密就是将秘密信息转换成无意义的乱码，以达到在通信的过程中保护信息的目的，其过程描述如图1.1

图1-2 信息加密的基本过程

1.3 语音通信系统结构

在发送系统中，从话筒输入的语音信号经采样保持，由于人类语音的频谱成分一般在10KHZ以下，只需保留3.5KHZ以下的频谱，故采样频谱选取8KHZ，再进行数模转换，进而对输入的数字语音信号进行加密运算，然后把密文发送到通信线路上（采用基带通信）。接受端进行解密运算并把解密信号输出到数模转换模块中，转换成语音模拟信号并经过放大和低通滤波后推动扬声器播放。整个通信过程为实时通信，通信过程如图1-3所示。在利用单片机对A/D,D/A进行实验后，我们又利用SystemView 软件进行了仿真设计。

图1-3语音通信系统框图

1.4 ADC0809模数转换器的基本工作原理

ADC0809芯片是最常用的8位模数转换器。它的模数转换原理采用逐次逼进型，芯片由单个＋5V电源供电，可以分时对8路输入模拟量进行A／D转换，典型的A ／D转换时间为100微妙左右。在同类型产品中，ADC0809模数转换器的分辨率、转换速度和价位都属于居中位置。

内部逻辑结构，如图1.3所示

图1.4 ADC0809内部结构示意图

引脚功能说明：

·D7～D0：8位数字量输出，A／D转换结果。

·IN0～IN7：8路模拟电量输入，可以是：0～5V或者－5V～＋5V或者－10V～+10V。

·+VREF：正极性参考电源。

·－VREF：负极性参考电源。

·START：启动A／D转换控制输入，高电平有效。

·CLK：外部输入的工作时钟，典型频率为500KHz。

·ALE：地址锁存控制输入，高电平开启接收3位地址码，低电平锁存地址。

·CBA：3位地址输入，其8个地址值分别选中8路输入模拟量IN0～IN7之一进行模数转换。C是高位地址，A是最低位地址。

·OE：数字量输出使能控制，输入高有效，输出A／D转换结果D7～D0。

·EOC：模数转换状态输出。当模数转换未完成时，EOC输出低电平；当模数转换完成时，EOC输出高电平。EOC输出信号可以作为中断请求或者查询控制。

·Vcc：芯片工作电源＋5V。

·GND：芯片接地端。

1.5 MCS－51系统与ADC0809芯片的接口设计

图1.5 MCS－51系统与ADC0809芯片的接口设计

接口设计说明：

1 由于ADC0809片内无时钟，因此可利用8051提供的地址锁存允许信号ALE 可由D触发器二分频后获得。由于ADC0809具有输出三态锁存器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码引脚A,B,C分别与地址总线的低三位

A0,A1,A2相连，用来选通IN0~IN7中的一个通道。将P2.7(地址线最高位为A15)作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动。由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换，在读取转换结果时，用单片机的读信号和P2.7引脚经一级或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。

可见，在软件编写时，应令P2.7=0,A0,A1,A2给出被选择的的模拟通道的地址。执行一条输出指令，启动A/D转换；执行一条输入指令，读取A/D转换结果。

2 ADC0809芯片的+VREF接＋5V，－VREF直接接地，这是单极性接线，模拟量输入范围是：0～＋5V。