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)備作為存儲介質(zhì)，存在存儲介質(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)備對模擬話音、IP話音實(shí)現(xiàn)數(shù)字化記錄功能，即對通話進(jìn)行監(jiān)控錄音并將語音信息轉(zhuǎn)換為方便存儲的數(shù)字信息，以文件形式存儲于存儲介質(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。
（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、靜音識別等功能。
?。?）顯示模塊
顯示模塊完成對設(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：
?。?）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；
?。?）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對外提供兩個(gè)與以太網(wǎng)口對接的MAC口以及所有的模擬接口模塊的信號收發(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：
（1）接收來自網(wǎng)絡(luò)的IP語音包；
?。?）接收CPU發(fā)往DSP信號處理單元的解碼碼流；
（3）接收CPU接收DSP信號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請求；
?。?）檢測模擬接口模塊是否接收到信號并判斷其類型。
2.2 DSP信號處理單元與FPGA之間的接口
DSP信號處理單元與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信號及PTT或摘/掛機(jī)狀態(tài)信號；
?。?）將DSP處理后的PCM信號及VAD檢測結(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：
?。?）接收音頻接口模塊上音頻對的PCM信號、雙向PTT狀態(tài)；
（2）接收二線接口模塊上的PCM信號、摘/掛機(jī)狀態(tài)；
（3）檢測模塊有無狀態(tài)并報(bào)送給CPU；
?。?）檢測模塊類型并報(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對片外AD采樣芯片進(jìn)行控制，時(shí)序適配，完成對數(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，語音通道號分配，話路號識別。
?。?）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)測以驗(yàn)證其功能及性能，測試結(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)了對多路電話信號檢測、語音信號編解碼，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、操作簡單方便。
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