雖然我們可能不在乎（除了一點點煩惱）是否有人進入我們的音樂流，但我們確實關(guān)心是否有人通過打開我們智能手機、筆記本電腦、電腦、平板電腦中內(nèi)置的麥克風(fēng)來收聽我們的對話、語音郵件或竊聽，甚至我們的電視。此外，我們應(yīng)該注意，因為音頻鏈接也可以用作調(diào)制解調(diào)器式數(shù)字鏈接；除了簡單的竊聽之外，對我們設(shè)備的控制也可能存在風(fēng)險。

　　此外，還有一些信任系統(tǒng)，如對講機、嬰兒監(jiān)視器、玩具機器人和無人機，它們使用簡單且低成本的窄帶 AM 或 FM 鏈路來傳輸相當(dāng)好的音頻質(zhì)量信號。在這里，尤其是無線鏈接的問題是，任何人都可以收聽并收聽，如果他們真的想收聽的話。

　　本文著眼于無線音頻安全技術(shù)，并討論開發(fā)工具包和可用于幫助確保隱私和安全的保護措施。這包括標準的加密和解密技術(shù)以及音頻干擾器和擾頻器，它們使對話和音樂變得亂碼和無法區(qū)分。

　　被扭曲

　　內(nèi)容提供商使用保護方案來防范盜版。一個示例稱為安全音頻路徑1 （SAP），它是操作系統(tǒng)和 ISP 用來解密和解壓縮音頻，然后在音頻內(nèi)容周圍包裹一層加密噪聲的技術(shù)。SAP 還可以通過確保音樂在到達消費者計算機上的聲卡之前不會被未經(jīng)授權(quán)的應(yīng)用程序截獲來提供一種維護音樂復(fù)制保護的方法。這種技術(shù)允許低質(zhì)量的音頻流樣本穿過云和網(wǎng)絡(luò)以找到進入播放器設(shè)備的方式。

　　雖然有些人對免費的低質(zhì)量音頻感到滿意，但其他人則有動機合法購買音軌，然后在認證后獲得原始版本的音頻。雖然這被稱為安全音頻，但這并不是因為音頻沒有被擾亂和難以辨認。

　　為了真正防止盜版和保護隱私，實際音頻必須聽起來像未經(jīng)身份驗證的節(jié)點的噪音。為此，可以在模擬域、數(shù)字域或兩者中對音頻進行加擾。模擬領(lǐng)域中一種成熟的技術(shù)是將頻率分量與來自載波的其他信號混合的語音反轉(zhuǎn)。然后對幅度調(diào)制的語音進行邊帶濾波，以使產(chǎn)生的信號嘈雜且難以區(qū)分。

　　請注意，載波頻率也必須在音頻范圍內(nèi)，因為音頻收發(fā)器鏈路已針對該頻率范圍進行了優(yōu)化。還請注意，盡管存在加擾，但仍可以恢復(fù)高質(zhì)量信號的硬件和/或軟件技術(shù)很容易擊敗該技術(shù)。但是，就像窗戶上的警報貼紙一樣，它可能會阻止 90% 的偶然和隨機竊聽者，他們不想浪費時間弄清楚如何解密。

　　數(shù)字加擾

　　最初應(yīng)用于數(shù)字電路的術(shù)語加擾是一類將輸入數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為明顯隨機輸出流的電路。種子偽隨機反饋技術(shù)用于在算法上反轉(zhuǎn)密鑰位，并且可以確保不會出現(xiàn)長的 0 或 1 字符串。

　　雖然數(shù)字擾頻器的最初目的是在接收器上實現(xiàn)準確的定時恢復(fù)以實現(xiàn)同步，并分散功率譜以幫助滿足頻譜密度功率限制，但它也是一種有用的技術(shù)，可以使音頻流失真并使其更難恢復(fù)。

　　圖 ：一旦數(shù)據(jù)為數(shù)字形式，偽隨機乘法加擾器（上）和解擾器（下）可以很容易地在邏輯或軟件中實現(xiàn)。

　　加密和解密標準也可以用來屏蔽音頻內(nèi)容，這似乎是使用最廣泛的安全方案，但它也存在問題。首先，需要一個合適級別的處理器來同時監(jiān)視和控制 A/D 和 D/A 級，可能進行基于數(shù)字軟件的濾波、內(nèi)存和緩沖區(qū)管理，并實時執(zhí)行加密算法，以免急劇影響延遲和數(shù)字延遲。

　　其次，必須以某種方式進行種子密鑰交換，如果距離足夠近，無線窺探者可以接收任何正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包。第三，信號的數(shù)據(jù)記錄可以允許離線處理破解密鑰并在以后恢復(fù)音頻流。一旦量子肘處理器元件在大眾市場上變得更加可用，所有基于密鑰的加密方案都可能變得無效。

　　安全音頻鏈接：零件和開發(fā)套件

　　開發(fā)系統(tǒng)和評估套件是學(xué)習(xí)、測試、實驗、開發(fā)和改進新設(shè)計的最佳方式。尤其是在保護音頻鏈接時。雖然標準比比皆是，但專有加密并不是一件壞事。這讓潛在的入侵者更難了解你的秘訣。

　　現(xiàn)代設(shè)備大多使用藍牙進行音頻，一些混合信號開發(fā)套件支持藍牙音頻設(shè)計。以用于藍牙音頻的Sparkfun WRL-12849模塊化音頻 RN52 分線模塊為例。

　　RN52 是郵票大小、命令驅(qū)動的完全合格和 SIG 認證的藍牙 3.0（舊版）模塊，具有嵌入式天線、GPIO 引腳和兩個差分音頻通道，用于高質(zhì)量音頻的立體聲流傳輸。雖然可以使用命令/響應(yīng)方案通過 UART 進行配置，但它還具有 IIC 和 S/PDIF 接口以支持外部 CODEC。

　　可以直接測試模擬加擾，但如果您想操作片上音頻 DSP 模塊，則需要開發(fā)代碼以在內(nèi)部 16 位 RISC 處理器中運行。

　　圖 ：如果設(shè)計人員可以訪問內(nèi)部代碼，則可以使用具有原生 DSP 功能的藍牙設(shè)備。這有時可以在 NDA 下獲得。

　　Wi-Fi 連接提供了更高帶寬數(shù)據(jù)鏈路的可能性，這將允許更高質(zhì)量的音頻或更多通道。它還提供了動態(tài)路由和交換網(wǎng)絡(luò)的好處，可以為移動應(yīng)用程序使用不同的路由路徑。

　　作為一個有用的無線音頻鏈路開發(fā)工具的例子，請考慮德州儀器 公司的 PurePath 無線系列產(chǎn)品CC85XXDK 。單通道、雙通道和四通道設(shè)備支持用于無線流式傳輸?shù)母哔|(zhì)量數(shù)字音頻鏈路（5 Mbit/sec 速率），采樣率高達 48 KHz/24 位寬度通道。TI CC8520RHAT等部件使用具有前向糾錯功能的自適應(yīng)跳頻擴頻。此外，緩沖重傳允許無差錯模式，這在音頻中并不重要，但在控制系統(tǒng)中是關(guān)鍵的。

　　其他幾個無線微控制器開發(fā)套件已準備好使用，支持自定義代碼開發(fā)以及與已加擾或加密的標準音頻流的接口。具有直接音頻支持的開發(fā)套件可能是一個不錯的起點。

　　最重要的是，盡管許多人使用擴頻跳頻，但仍需要安全的現(xiàn)代音頻鏈路。由于目前可用的許多無線音頻鏈接套件并不以原生方式直接支持高級 DSP 功能，因此預(yù)計會出現(xiàn)更多解決方案。