摘 要： 設計并實現了一個基于Nios II的語音加密傳輸系統。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的數據加解密模塊。在控制模塊的協調下，使得語音數據通過MODEM能夠在公共電話網中安全地傳輸，實現了語音的保密通信。

由于缺乏保密措施，使得電話竊聽事件不斷發生，嚴重威脅著個人隱私、軍事商業秘密甚至地區或國家的信息安全。因此，以語音壓縮和數據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(共軛結構代數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。美國國家標準和技術研究所(NIST)在眾多的分組密碼中經過三輪篩選，選中Rijndael算法作為高級數據加密標準(AES)。

本文基于G.729A和AES，結合Nios II設計了一種語音加密傳輸系統，對通信內容進行加密，有效防止了因通話內容被竊聽而引起的泄密。

1 總體結構

語音加密傳輸系統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。系統總體設計如圖1所示，系統各部分功能如下。

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轉換，生成數字語音；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據，經過D/A轉換，將數字語音還原成模擬語音，經揚聲設備輸出。

(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質的語音。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字語音信息進行處理，對數字語音信號進行分析，提取語音參數，將壓縮后的數據送到數據加密模塊。譯碼器的作用是接收來自數據加解密模塊的數據，經過對數據的解壓，把這些數據恢復成原始的數字語音信息，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字語音解壓縮器的數據，并對其進行加密，然后發送至通信傳輸模塊，將數據通過調制解調器傳送至公共電話網；同時，加解密模塊要接收來自通信模塊的數據，將其解密后傳送至數字語音解壓縮器，進行數據的解壓。

(4)通信傳輸模塊：在控制模塊的控制下，當系統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；在雙方建立連接的基礎上，通信傳輸模塊將數據轉換為可以在公共電話網上傳輸的數據，進行加密語音數據的傳輸。

(5)Nios II系統控制模塊：當通信一方發起或者接收到通信請求時，Nios II系統控制模塊控制整個系統的協調運行，使通信雙方能夠安全地通信。

2 系統設計

2.1 硬件功能模塊設計

本設計以Nios II微處理器為核心，實現語音采集回放、數字語音編解碼和加解密等功能，通過調制解調器進行數據交換，實現了語音的加密傳輸。經過對設計的研究與分析，結合DE1開發板，將整個系統硬件劃分為語音處理模塊和語音傳輸模塊，系統總體硬件結構框圖如圖2所示。

系統總體硬件結構框圖

圖2 系統總體硬件結構框圖