摘 要： 設(shè)計(jì)了語音記錄儀,。該語音記錄儀橋接在通信設(shè)備之間,，同時(shí)提供3種橋接接口：以太網(wǎng)接口，支持在IP通信方式下的各通話組的直通及錄音功能,；二線接口,，支持模擬二線方式下的直通及錄音功能；音頻接口,，支持模擬音頻方式下的直通及錄音功能,。同時(shí)話音記錄儀提供FTP服務(wù)器，可以通過局域網(wǎng)對(duì)語音記錄儀保存的語音文件進(jìn)行下載和管理,。此外,，該設(shè)備支持語音回放功能。
0 引言
通信技術(shù)迅速發(fā)展，帶來了各行業(yè)日新月異的變化,。各行各業(yè)對(duì)電話進(jìn)行通話錄音越來越普遍,，如政府部門、安全系統(tǒng),、金融業(yè)或服務(wù)機(jī)構(gòu)等部門因?yàn)楦鞣N原因需要進(jìn)行在線錄音監(jiān)控,。錄音資料在一些服務(wù)領(lǐng)域被用來監(jiān)控業(yè)務(wù)流程以幫助服務(wù)質(zhì)量的提高。在鐵路系統(tǒng),、電力系統(tǒng),、大型工廠等比較老邁的行業(yè),，錄音電話、磁帶錄音機(jī)或磁帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仍然得到普遍使用[1],。采用傳統(tǒng)的語音記錄設(shè)備作為存儲(chǔ)介質(zhì),，存在存儲(chǔ)介質(zhì)體積大、查詢錄音文件困難,、文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移不易,、保存壽命短、監(jiān)控信息管理操作不便等問題,，限制了其使用范圍,。本文設(shè)計(jì)的語音設(shè)備采用前沿電子技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)專用網(wǎng)絡(luò)的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行錄音,、監(jiān)聽,。該設(shè)備是針對(duì)兩個(gè)特殊專網(wǎng)之間的語音通信而設(shè)計(jì)的，考慮到專網(wǎng)的特殊性,，語音數(shù)據(jù)不能從專網(wǎng)直接獲取,，因此將該設(shè)備橋接在兩個(gè)專網(wǎng)之間，起到信令橋路的作用,，網(wǎng)內(nèi)設(shè)備都可以通過本設(shè)備對(duì)模擬話音,、IP話音實(shí)現(xiàn)數(shù)字化記錄功能，即對(duì)通話進(jìn)行監(jiān)控錄音并將語音信息轉(zhuǎn)換為方便存儲(chǔ)的數(shù)字信息,，以文件形式存儲(chǔ)于存儲(chǔ)介質(zhì)上,。
1 解決方案
本文設(shè)計(jì)的語音記錄設(shè)備采用一個(gè)集成了Flash、DDR2,、串口,、兩個(gè)以太網(wǎng)口的CPU模塊作為中心控制器，采用一個(gè)DSP模塊完成語音數(shù)據(jù)的編碼,、解碼等功能，采用4路二線模塊接入音頻輸入輸出口,，采用一個(gè)液晶顯示模塊來顯示設(shè)備狀態(tài)及用戶操作的反饋結(jié)果,，采用FPGA完成設(shè)備所有信令、數(shù)據(jù),、控制命令的交互[2],。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。
?。?）CPU模塊功能與作用
CPU模塊是設(shè)備的核心,，完成設(shè)備內(nèi)硬件單元模塊的控制，完成兩個(gè)專網(wǎng)之間的協(xié)議適配,，起到信令網(wǎng)關(guān)的作用,；同時(shí)完成錄音文件系統(tǒng)管理,、查詢等功能。
?。?）DSP模塊
DSP模塊完成話音數(shù)字處理,、語音編解碼、回聲處理,、靜音識(shí)別等功能,。
（3）顯示模塊
顯示模塊完成對(duì)設(shè)備狀態(tài)及用戶操作的反饋結(jié)果的顯示,。因操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間稍長,，接近1 min，在軟件運(yùn)行之前顯示模塊由FPGA控制,，軟件運(yùn)行之后由CPU接管,。
該方案所設(shè)計(jì)的語音記錄設(shè)備具有下述基本功能：
（1）支持在IP通信方式下的各通話組的直通及錄音功能,；
?。?）支持模擬二線方式下的直通及錄音功能；
?。?）支持模擬音頻方式下的直通及錄音功能,；
（4）話音記錄儀提供FTP服務(wù)器,，為電腦通過車內(nèi)局域網(wǎng)對(duì)語音記錄儀保存的語音文件進(jìn)行下載和管理,。
2 數(shù)據(jù)處理
設(shè)備內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)通道由FPGA數(shù)據(jù)總線提供，F(xiàn)PGA對(duì)外提供兩個(gè)與以太網(wǎng)口對(duì)接的MAC口以及所有的模擬接口模塊的信號(hào)收發(fā),，與CPU模塊之間采用一個(gè)以太網(wǎng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,，與DSP信號(hào)處理單元采用MCBSP高速串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[3]。
2.1 CPU與FPGA之間ETH接口
CPU與FPGA之間ETH接口主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
?。?）接收來自網(wǎng)絡(luò)的IP語音包,；
（2）接收CPU發(fā)往DSP信號(hào)處理單元的解碼碼流,；
?。?）接收CPU接收DSP信號(hào)處理單元解碼后的碼流及模擬接口處理后的碼流；
?。?）響應(yīng)FTP請(qǐng)求,；
（5）檢測(cè)模擬接口模塊是否接收到信號(hào)并判斷其類型,。
2.2 DSP信號(hào)處理單元與FPGA之間的接口
DSP信號(hào)處理單元與FPGA之間的接口主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
?。?）接收CPU發(fā)來的待解碼數(shù)據(jù)；
?。?）返回CPU解碼后的碼流,；
?。?）接收模擬接口模塊的PCM信號(hào)及PTT或摘/掛機(jī)狀態(tài)信號(hào)；
?。?）將DSP處理后的PCM信號(hào)及VAD檢測(cè)結(jié)果發(fā)給CPU,。
DSP收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)序如圖2所示。
收發(fā)幀信號(hào)參數(shù)如下：時(shí)鐘為16 MHz,；幀定位為 4 kHz,；每幀4 096 bit（512 B）；時(shí)鐘上升沿采樣,，延遲 1 bit接收,，幀定位高有效。
DSP與FPGA之間每幀傳送512時(shí)隙的內(nèi)容,，每32個(gè)時(shí)隙為一組,，共16組，每組包括4個(gè)信令時(shí)隙和30個(gè)話音時(shí)隙,，信令時(shí)隙用于交互某一通路話音的主被叫信息,、編碼方式、處理方式,、錄音指示等信息,，話音時(shí)隙用于傳輸語音數(shù)據(jù)，每一個(gè)語音時(shí)隙可以和同組內(nèi)的任意話音時(shí)隙進(jìn)行合并使用,。幀結(jié)構(gòu)定義如表1所示,。
2.3 FPGA與模擬接口模塊之間的接口
FPGA與模擬接口模塊之間的接口主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
（1）接收音頻接口模塊上音頻對(duì)的PCM信號(hào),、雙向PTT狀態(tài),；
（2）接收二線接口模塊上的PCM信號(hào),、摘/掛機(jī)狀態(tài),；
（3）檢測(cè)模塊有無狀態(tài)并報(bào)送給CPU,；
?。?）檢測(cè)模塊類型并報(bào)送給CPU。
2.4 話音編解碼
設(shè)備的話音編解碼模塊支持CVSD-PCM,、PCM-G729、CVSD-G729,、LPCM-PCM,、LPCM-CVSD、LPCM-G729等編碼方式的轉(zhuǎn)換,。語音編解碼處理主要通過DSP來完成,，DSP通過mcbsp口接收來自FPGA按規(guī)定格式送來的數(shù)據(jù)包,，然后采用相應(yīng)的算法完成數(shù)據(jù)編解碼。
3 FPGA程序模塊化設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中,，F(xiàn)PGA程序采用模塊化設(shè)計(jì)[4],。FPGA所完成的主要功能如下：
（1）將各硬件模塊組合在一起共同工作,，完成各個(gè)數(shù)據(jù)接口適配,。二線和音頻接口需要FPGA對(duì)片外AD采樣芯片進(jìn)行控制，時(shí)序適配,，完成對(duì)數(shù)據(jù)采集及輸出,。DSP接口模塊實(shí)現(xiàn)與DSP和FPGA之間數(shù)據(jù)交換、信令交互,。MAC模塊完成以太網(wǎng)成解幀適配,，采用查找表的方式完成語音包與信令包區(qū)分，語音通道號(hào)分配,，話路號(hào)識(shí)別,。
（2）實(shí)現(xiàn)話音數(shù)據(jù)交換功能,。FPGA將來自音頻模塊,、MAC模塊、DSP的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)部交換處理,，任意話路和通道的語音皆可交換至相應(yīng)的出口和通道,，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)專網(wǎng)之間語音數(shù)據(jù)的監(jiān)聽、錄音,、回放等功能[5],。
4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
將本文所設(shè)計(jì)的語音記錄設(shè)備跨接在兩個(gè)專網(wǎng)中，搭建圖3所示的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)測(cè)以驗(yàn)證其功能及性能,，測(cè)試結(jié)果如表2所示,。
從表2可以看出，本文設(shè)計(jì)開發(fā)的語音記錄設(shè)備可以橋接在兩個(gè)專網(wǎng)之間工作,，并有效地完成了專網(wǎng)之間語音通話的錄音,、監(jiān)聽等功能。從實(shí)際的使用效果上來看,，該語音記錄設(shè)備并未影響到兩個(gè)專網(wǎng)各自的功能及應(yīng)用,，專網(wǎng)之間仍然可以互通電話及數(shù)據(jù)。采用4路音頻接口對(duì)任意4路通話進(jìn)行監(jiān)聽,，并且可以隨時(shí)切換監(jiān)聽話路,。長時(shí)間錄音、監(jiān)聽的效果達(dá)到了令人滿意的程度。
5 結(jié)論
本文所設(shè)計(jì)的語音記錄設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路電話信號(hào)檢測(cè),、語音信號(hào)編解碼,，以及與通話相關(guān)信息的記錄、保存與管理,，管理內(nèi)容主要包括用戶管理,、記錄查詢、記錄備份,、通話清單報(bào)表打印,、操作日志以及遠(yuǎn)程操作等。在查詢方面,，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了按通道,、電話號(hào)碼、時(shí)間,、通話長度進(jìn)行單一或組合的查詢方式,；在操作日志方面，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作系統(tǒng)用戶的記錄,，保證了系統(tǒng)安全性,；在遠(yuǎn)程操作中，實(shí)現(xiàn)了按通道,、電話號(hào)碼,、時(shí)間、通話長度進(jìn)行單一或組合的查詢方式,，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)通話語音的FTP下載,。該語音記錄設(shè)備的運(yùn)行完全不影響原有的兩個(gè)通信系統(tǒng)，并且人機(jī)界面友好,、操作簡(jiǎn)單方便,。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐君毅.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].上海：上海科技出版社,，1988.
[2] 陳顯治.現(xiàn)代通信技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2001.
[3] 沈鑫剡.多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)與VoIP系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2005.
[4] 楊海鋼,，孫嘉斌,，王慰．FPGA器件設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展綜述[J]．電子與信息學(xué)報(bào)，2010,，32（3）：714-727．
[5] DAVID D,， MICHAEL S． Verification methodology manual techniques for verifying HDL designs[M]． Winchester： Teamwork International， 2002.