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虽然我们可能不在乎(除了一点点烦恼),但如果有人进入我们的音乐流,我们会在乎是否有人在听我们的对话、语音邮件,或者通过打开内置在我们智能手机、笔记本电脑、电脑、平板电脑甚至是电视上的麦克风来偷听。此外,我们应该关心的是,音频链接也可以作为modemstyle的数字链接;除了简单的窃听之外,对我们的设备的控制也可能面临风险。
更重要的是,还有像intercoms、婴儿监视器、玩具机器人以及使用简单低成本窄带AM或FM链路的无人机来传输相当好的音频质量信号。在这里,问题,尤其是无线连接,是任何人都可以收听和收听,如果他们真的想。
本文将讨论无线音频安全技术,并讨论开发工具包和可用的保护措施,以确保隐私和安全。这包括标准的加密和解密技术,以及音频干扰和扰码器,使对话和音乐变得混乱和难以区分。这里引用的所有部件、数据表、教程和开发工具包都可以在digital - key的网站上找到。
扭曲了
内容提供商使用保护计划来防止盗版。一个例子叫做Secure Audio Path1 (SAP),它是一个操作系统和ISPs用来解密和解压音频的技术,然后围绕音频内容包装一层加密的噪声。SAP也可以维持对音乐版权保护提供了一种通过确保它不被未经授权的应用程序才能进入消费者的电脑的声卡(图1)。这种技术可以让低质量的样本的音频流遍历云计算和网络寻找到你的播放器。
安全音频路径图。
图1:音频行业在维护安全的音乐传输路径方面具有既得利益。虽然一种流行的技术称为安全的音频路径,但音频并不是混乱的,它也不是真正安全的。
虽然有些人对低质量的音频很满意,只要它是免费的,其他的人就会有合法购买音频轨道的动机,然后在认证后得到一个原始版本的音频。虽然这被称为安全音频,但不是因为音频不是混乱和不可分割的。
要真正防止盗版和保护隐私,实际的音频必须听起来像未经验证的节点的噪声。要做到这一点,音频可以在模拟域中、数字域或两者中进行加密。在模拟领域中,一种已建立的技术是声音反演,它将频率成分和来自载波的其他信号混合在一起。然后将调幅语音进行边带滤波,使产生的信号噪声很大,很难分辨。
注意,载波频率也必须在音频范围内,因为音频的收发链路对这个频率范围进行了优化。还要注意的是,这种技术很容易被硬件和/或软件技术所击败,这些技术可以在混乱的情况下恢复良好的质量信号。然而,就像窗户上的警报器一样,它可能会阻止90%的偶然和随机的偷听者,他们不想浪费时间去弄清楚如何去整理。
数字加扰
术语“混乱”一词最初应用于数字电路,是一种将输入数据流转换成明显随机输出流的电路。种子伪随机反馈技术被用于反演关键位算法,并能保证0或1的长字符串不会发生(图2)。
虽然数字扰频器的最初目的是为了使接收机的同步时间精确定时恢复,并分散功率谱以帮助满足频谱密度的功率限制,但它也是一种扭曲音频流并使其更难恢复的有用技术。
伪随机倍增扰码器和去扰器的图。
图2:当数据以数字形式出现时,一个伪随机倍增扰码器(Top)和反扰码(下)可以很容易地在逻辑或软件中实现。
加密和解密标准也可以用来屏蔽音频内容,这似乎是最广泛使用的安全方案,但它也有问题。首先,需要一个适合类的处理器来同时监控和控制a /D和D/ a级,可能是基于数字软件的过滤、内存和缓冲区管理,并实时执行加密算法,从而不会对延迟和数字延迟产生巨大影响。
第二,一个种子密钥交换必须以某种方式进行,并且无线监听器可以接收到任何被发送的数据包,如果它足够接近的话。第三,信号的数据记录可以允许离线处理中断密钥,并在以后恢复音频流。一旦量子比特处理器元素在大众市场上变得更加开放,所有基于密钥的加密方案都可能变得无效。
安全的音频链接:部件和开发工具包
开发系统和eval工具包是学习、测试、试验、开发和改进新设计的最佳方法。特别是在保护音频链接的时候。虽然有很多标准,但专有加密并不是一件坏事。这让想成为入侵者的人更难了解你的秘密武器。
现代设备主要使用蓝牙音频和几个混合信号开发工具包支持蓝牙音频设计。以Sparkfun WRL-12849模块音频RN52模块为例,用于蓝牙音频(图3)。
图像的Sparkfun WRL-12849模块音频RN52突破模块。
图3:无线芯片和模块通常是支持的突破形式,像这个OEM或开发无线板和音频支持。
RN52是一款邮票大小的、由命令驱动的完全合格的、经过认证的蓝牙3.0 (legacy)模块,内置天线、GPIO插脚,以及两种不同的音频信道,用于高质量音频的立体声播放。虽然可以使用命令/响应方案对UART进行配置,但是它也有IIC和S/PDIF接口来支持外部编解码器。
模拟混乱可以直接测试,但是如果您想要操作芯片上的音频DSP块(图4),那么代码将需要在内部16位RISC处理器中运行。
带有本机DSP功能的蓝牙设备图。
图4:如果设计人员能够访问内部代码,则可以使用带有本机DSP功能的蓝牙设备。这有时可以在NDA下得到。
Wi-Fi连接提供了更高的带宽数据连接的可能性,这将允许更高质量的音频或更多的通道。它还提供了一个动态路由和交换网络的好处,可以为移动应用程序使用不同的路由路径。
作为一个有用的无线音频链接开发工具的例子,考虑一下德州仪器CC85XXDK,该公司的PurePath无线家庭成员。单、双、四通道设备支持高质量的数字音频链路(5 Mbit/sec速率),采样率高达48 KHz/channel 24位宽度。像TI CC8520RHAT这样的部件使用自适应跳频扩频和正向纠错。此外,缓冲重传允许无错误模式,这在音频中并不重要,但与控制系统有关。
其他一些无线微控制器开发工具包已经准备好用于支持定制代码开发,以及对已加密或加密的标准音频流的接口。使用直接音频支持的开发工具包可能是一个好的开始。
最重要的是,尽管许多人使用扩频频率跳频,但仍然需要安全的、现代的音频链接。由于许多目前可用的无线音频链接工具包没有直接支持高级的DSP功能,所以希望看到更多的解决方案出现。