摘 要： 設(shè)計(jì)了語(yǔ)音記錄儀,。該語(yǔ)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(huà)組的直通及錄音功能,；二線(xiàn)接口，支持模擬二線(xiàn)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(huà)音記錄儀提供FTP服務(wù)器,，可以通過(guò)局域網(wǎng)對(duì)語(yǔ)音記錄儀保存的語(yǔ)音文件進(jìn)行下載和管理,。此外，該設(shè)備支持語(yǔ)音回放功能。
0 引言
通信技術(shù)迅速發(fā)展，帶來(lái)了各行業(yè)日新月異的變化,。各行各業(yè)對(duì)電話(huà)進(jìn)行通話(huà)錄音越來(lái)越普遍,，如政府部門(mén)、安全系統(tǒng),、金融業(yè)或服務(wù)機(jī)構(gòu)等部門(mén)因?yàn)楦鞣N原因需要進(jìn)行在線(xiàn)錄音監(jiān)控,。錄音資料在一些服務(wù)領(lǐng)域被用來(lái)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(chǎng)等比較老邁的行業(yè)，錄音電話(huà),、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(yǔ)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(xún)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(wèn)題,，限制了其使用范圍。本文設(shè)計(jì)的語(yǔ)音設(shè)備采用前沿電子技術(shù),，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行錄音,、監(jiān)聽(tīng)。該設(shè)備是針對(duì)兩個(gè)特殊專(zhuān)網(wǎng)之間的語(yǔ)音通信而設(shè)計(jì)的,，考慮到專(zhuān)網(wǎng)的特殊性,，語(yǔ)音數(shù)據(jù)不能從專(zhuān)網(wǎng)直接獲取，因此將該設(shè)備橋接在兩個(gè)專(zhuān)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(guò)本設(shè)備對(duì)模擬話(huà)音、IP話(huà)音實(shí)現(xiàn)數(shù)字化記錄功能,，即對(duì)通話(huà)進(jìn)行監(jiān)控錄音并將語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)音數(shù)據(jù)的編碼、解碼等功能,，采用4路二線(xiàn)模塊接入音頻輸入輸出口,，采用一個(gè)液晶顯示模塊來(lái)顯示設(shè)備狀態(tài)及用戶(hù)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,。
（1）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(zhuān)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(xún)等功能,。
（2）DSP模塊
DSP模塊完成話(huà)音數(shù)字處理,、語(yǔ)音編解碼,、回聲處理、靜音識(shí)別等功能,。
?。?）顯示模塊
顯示模塊完成對(duì)設(shè)備狀態(tài)及用戶(hù)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(zhǎng),，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(yǔ)音記錄設(shè)備具有下述基本功能：
?。?）支持在IP通信方式下的各通話(huà)組的直通及錄音功能；
?。?）支持模擬二線(xiàn)方式下的直通及錄音功能,；
（3）支持模擬音頻方式下的直通及錄音功能,；
?。?）話(huà)音記錄儀提供FTP服務(wù)器,，為電腦通過(guò)車(chē)內(nèi)局域網(wǎng)對(duì)語(yǔ)音記錄儀保存的語(yǔ)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(xiàn)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(lái)自網(wǎng)絡(luò)的IP語(yǔ)音包,；
?。?）接收CPU發(fā)往DSP信號(hào)處理單元的解碼碼流,；
（3）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；
?。?）檢測(cè)模擬接口模塊是否接收到信號(hào)并判斷其類(lèi)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(lái)的待解碼數(shù)據(jù),；
（2）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(huà)音時(shí)隙，信令時(shí)隙用于交互某一通路話(huà)音的主被叫信息,、編碼方式、處理方式,、錄音指示等信息,，話(huà)音時(shí)隙用于傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)，每一個(gè)語(yǔ)音時(shí)隙可以和同組內(nèi)的任意話(huà)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：
?。?）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(xiàn)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(wú)狀態(tài)并報(bào)送給CPU,；
?。?）檢測(cè)模塊類(lèi)型并報(bào)送給CPU。
2.4 話(huà)音編解碼
設(shè)備的話(huà)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(yǔ)音編解碼處理主要通過(guò)DSP來(lái)完成，DSP通過(guò)mcbsp口接收來(lái)自FPGA按規(guī)定格式送來(lái)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：
?。?）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(xiàn)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(yǔ)音包與信令包區(qū)分,，語(yǔ)音通道號(hào)分配,，話(huà)路號(hào)識(shí)別。
?。?）實(shí)現(xiàn)話(huà)音數(shù)據(jù)交換功能,。FPGA將來(lái)自音頻模塊、MAC模塊,、DSP的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)部交換處理,，任意話(huà)路和通道的語(yǔ)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(zhuān)網(wǎng)之間語(yǔ)音數(shù)據(jù)的監(jiān)聽(tīng),、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(yǔ)音記錄設(shè)備跨接在兩個(gè)專(zhuān)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(kāi)發(fā)的語(yǔ)音記錄設(shè)備可以橋接在兩個(gè)專(zhuān)網(wǎng)之間工作,，并有效地完成了專(zhuān)網(wǎng)之間語(yǔ)音通話(huà)的錄音、監(jiān)聽(tīng)等功能,。從實(shí)際的使用效果上來(lái)看,，該語(yǔ)音記錄設(shè)備并未影響到兩個(gè)專(zhuān)網(wǎng)各自的功能及應(yīng)用，專(zhuān)網(wǎng)之間仍然可以互通電話(huà)及數(shù)據(jù),。采用4路音頻接口對(duì)任意4路通話(huà)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng),，并且可以隨時(shí)切換監(jiān)聽(tīng)話(huà)路。長(zhǎng)時(shí)間錄音,、監(jiān)聽(tīng)的效果達(dá)到了令人滿(mǎn)意的程度,。
5 結(jié)論
本文所設(shè)計(jì)的語(yǔ)音記錄設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路電話(huà)信號(hào)檢測(cè)、語(yǔ)音信號(hào)編解碼,，以及與通話(huà)相關(guān)信息的記錄,、保存與管理,，管理內(nèi)容主要包括用戶(hù)管理、記錄查詢(xún),、記錄備份,、通話(huà)清單報(bào)表打印、操作日志以及遠(yuǎn)程操作等,。在查詢(xún)方面,，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了按通道、電話(huà)號(hào)碼,、時(shí)間,、通話(huà)長(zhǎng)度進(jìn)行單一或組合的查詢(xún)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(hù)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(huà)號(hào)碼、時(shí)間,、通話(huà)長(zhǎng)度進(jìn)行單一或組合的查詢(xún)方式,，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)通話(huà)語(yǔ)音的FTP下載。該語(yǔ)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。
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