基于STM32的数字加密录音笔设计

软件设计

录音系统的软件程序包括加密录音程序和上位机解密程序。加密录音过程为，首先对VS1003语音芯片进行初始化配置，设定录音参数，通过计数器计数值为文件名，创建WAV头文件，读取SPI接口采集的数字音频数据并进行数据加密处理，随后再保存为WAV文件。上位机解密软件通过计算机对加密录音文件进行解密处理。加密录音流程如图7(a)所示。

图7 软件设计流程图

3.1 底层驱动程序

S7M32控制器通过SPI接口对VS1003录音芯片进行寄存器配置，然后进行数字音频数据的传输，经加密处理后将数据存储到SD卡中，上位机通过USB接口直接对存储器进行读写操作，以方便加密录音文件的拷贝。系统使用VS1003，采样率为8 kHz，采样位数为16 bit，其配置流程如图7(b)所示。STM32为USB开发工具集提供了完整且经过认证的固件包，从而可轻易实现对各类USB固件的开发。其中包括：用于普通设备管理任务的控制传输、批量传输、中断传输以及同步传输。USB接口配置流程如图7(c)所示。

3.2 TEA加密程序

为满足实时加密的要求，本文采用基于TEA的加密算法。TEA是一种小型的对称加解密算法，支持128位密钥，该加密算法的优点是速度快、效率高。为避免for循环和除法运算，采用升级版的TEA加密算法，通过对加密算法的更改，可一次加密512 Byte，符合Flash一页扇区的存储大小。TEA加密算法通过加密轮数来保证数据的可靠性，程序采用12轮加密，故具有较高的可靠性。

算法的主要思想是将输入的512 Byte明文数据进行分组，得到每组32 bit，共128组的数组V0，V1，…，V127，并对128位密钥进行分组得到4组32 bit的数组K0，K1，K2，K3，然后将每组数据Vj进行加MX运算，共进行128次，完成一轮加密。密钥常量设置为

unsigned char TEA_key[16]={0x01，0x02，0x03，0x04，0x05，0x06，0x07，0x08，0x09，0x0A，0x0B，0x0C，0x0D，0x0E，0x0F，0x10};

TEA加密算法流程如图8所示。

图8 TEA加密算法流程图

其中，Delta的初始值为0x9E3779B9，Delta值的不断变化使得每轮的加密均有所不同。TEA解密算法是加密的逆运算，对加密后的wav文件进行解密处理，本文使用C#编写解密界面。

4 实验仿真

打开电源开关，状态指示灯闪烁一次;使用录音中间“一键录音”按键，录音指示灯常亮;再次按键时录音指示灯熄灭，停止录音。本文使用音频处理软件Cool Edit Pro进行波形观察，加密的录音源文件和解密后的波形文件如图9所示。

图9 音频文件波形图

通过音频信号的波形对比可看出，加密后的音频信号波形是完全随机的乱码，语音播放时呈噪音状态，解密后的音频文件声音还原性良好。

5 结束语

系统使用VS1003、STM32等器件实现一键录音加密录音笔的设计，USB从控制器与PC机进行通信，实现数据传输。数字录音技术是现代数字信号处理的重要组成部分，其融合了音频数据采集与传输、音频数据处理以及嵌入式等多种技术，具有广阔的应用前景。