我们运用8031单片机设计的数字语音混沌通信系统硬件结构图如图3所示。在发送系统中,从话筒输入的语音信号经过4066芯片采样保持,根据人类语音的频谱成分一般在10kHz以下,而从一定可懂度考虑,只需保留3.5kHz以下的频谱,故采样频谱选取8kHz;在0809芯片进行数模转换;在8031芯片编程产生混沌密码序列,与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)。接收端的单片机8031芯片用于接收密文信号并产生与发送端相同的混沌编码序列,然后两者进行解密运算并把解密信号输出到0832芯片;在0832芯片对解密信号进行数模转换变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。从扬声器能够清晰的听到从发送端话筒输入的语音信号,但不可避免伴有一定的噪声,这是由量化误差和通道干扰引起的,其中主要原因是量化误差。为了说明该系统保密通信效果,在输入端,我们用信号发生器产生一1kHz方波信号输入该系统,并编写了两套程序。一套程序在发送端对方波信号加密但在接收端不解密。另一套程序在发送端对方波信号加密且在接收端解密,从示波器可观察到两种输出结果,加密信号的时间波形杂乱无章,完全覆盖了原始信号,从扬声器听到的是一片噪声。信号的加密、传输、解密过程产生的时延很小,不影响实时通信;解密后输出的方波信号与输入方波信号比较出现了一定的失真,但主要是高频失真,因而该系统成功的实现了语音保密通信。
4 讨论
在数字语音混沌通信系统的设计和实现中,数字混沌序列的产生是很重要的一个方面,它产生的方法直接影响到通信系统硬件的复杂程度。采用本文所述的由浮点运算变换到定点运算的逻辑运算的整数表达式来产生数字混沌序列,可以极大地加快计算速度,降低对计算精度的要求,因而可用广泛使用的8031单片机实现数字语音混沌通信系统。当然,要提高通信的效果,还要提高语音信号的采集速度,减少量化噪声,这就要求单片机具有较高CPU运行速度,可考虑使用高位单片机来实现该语音保密通信的硬件系统。同时,在选用高速CPU单片机的前提下,也可尝试利用上述语音数字通信系统对大数据量的图形、图象和多媒体信号实现保密通信或进一步改进系统为无线传输,以满足广泛的实际应用的要求。
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