数字信号处理-基于matlab的语音信号的加密解密

在数字信号处理的课程设计期间，在老师建议下，笔者额外做了语音信号的加密解密，由于课上基本没有介绍，自己接触也很少，从零开始。本想从网上找一个合适的例程改改，无奈在网上查找半天也没有找到自己想要的简单例子，一搜出来的全是混沌加密啥的，要么就是没有程序的大段文字，于是决定自己写一个简单的语音信号的加密解密程序，能体现加密解密的基本思想。

这次我是在matlab上对语音信号进行的处理，处理的语音文件是提前准备好的.wav格式的音频文件（可以通过格式工厂把其他格式的音频文件转成wav文件，方便matlab直接读取）。笔者此处所写加密解密程序的核心在于模二相加，模二相加有一个特点，模二相加两次，数据就会还原，这就和加密解密用同一个密钥的特点不谋而合，也就是我们事先给出一个密钥（这个密钥可以用伪随机数产生，笔者是直接给出的），只要我们用同一个密钥对数据进行模二相加，就可以实现加密解密。先贴出效果图。

加密解密密钥相同时：（正确解密）

加密后信号的时域波形完全变了，解密后恢复成原波形。

加密解密密钥不同时：（错误解密）

由于解密密钥错误，解密波形错误。

接下来笔者将先逐段分析实现代码，最后会将整段代码贴出，供大家学习交流使用。

首先是对wav格式的音频文件进行读取，读取使用matlab提供的audioread函数，得到两个参数x,fs,其中x是一个代表左右声道的列数为2的矩阵，fs是采样频率，此处为了处理方便，笔者采用了单列处理，将音频文件中的一部分取出，由于audioread读出的是浮点数，不方便处理，故在处理前先将其转换为整数。

clear all;
clc;
[x,fs]=audioread('C:\Users\11616\Desktop\keshe\boy.wav');
x=x(:,1);%双声道分列处理
x=x(20000:20000*5-1)
x=ceil(x*10000)%全部变为整数
n=length(x);

至此我们得到了一列n点可以表示音频的整数矩阵，笔者最开始的思路是将这些整数转换成二进制序列，然后再与二进制密钥进行位运算，看起来简单的两个过程笔者卡了1天，原因在于matlab虽然提供了将10进制整数转成2进制的函数dec2bin，但是这个函数有两个问题，查看help发现这个函数只能对非负整数进行转换，这是第一个问题，当笔者一通操作解决这个问题之后，发现这个函数转换出的2进制序列是按位存储在矩阵中的，并不是笔者想要的二进制数，由于才疏学浅且对matlab不熟悉，到此笔者就没有继续硬磕了，就在发愁的时候笔者突然发现自己钻了牛角尖，为什么一定要转换成2进制再模二相加呢？？到此最终方案浮出水面，模二相加实际上就是按位异或，而matlab提供的bitxor函数可以将两个整数直接按位异或，到此这个程序变得异常简单。

定义密钥key1，如果追求演示效果，可以把key2置成一个比较大的整数，做一个简单的搬移，上边的效果图和下面的程序中笔者均置零了，所以大家可以忽略这个key2。还需要注意的是在播放前记得要把数据转换成原始状态。

key1=123456789
key2=0
x=x+key2;
for i=1:ny(i)=bitxor(x(i),key1,'int32');
end
x=x-key2;
x1=x/10000;
sound(x1,fs);%播放原音频
pause(4);
y2=y-key2;
y1=y2/10000;
sound(y1,fs);%播放加密音频

至此加密部分完成了，而解密和上面基本一样，只是再做一次异或。

for i=1:nz(i)=bitxor(y(i),key1,'int32');
end
pause(4);
z2=z-key2;
z1=z2/10000;
sound(z1,fs);%播放解密音频

完整代码：

clear all;
clc;
[x,fs]=audioread('C:\Users\11616\Desktop\keshe\boy.wav');
x=x(:,1);%双声道分列处理
x=x(20000:20000*5-1)
x=ceil(x*10000)%全部变为整数
n=length(x);
key1=123456789
key2=0
x=x+key2;
for i=1:ny(i)=bitxor(x(i),key1,'int32');
end
x=x-key2;
x1=x/10000;
sound(x1,fs);%播放原音频
pause(4);
y2=y-key2;
y1=y2/10000;
sound(y1,fs);%播放加密音频
for i=1:nz(i)=bitxor(y(i),key1,'int32');
end
pause(4);
z2=z-key2;
z1=z2/10000;
sound(z1,fs);%播放解密音频

有误之处，欢迎指正。

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