徐智敏，顏浩洋，王建兵，喻德茂（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

跨接在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的語(yǔ)音記錄儀設(shè)計(jì)

徐智敏，顏浩洋，王建兵，喻德茂
（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

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(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。

FPGA；編解碼；錄音

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)電話進(jìn)行通話錄音越來(lái)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(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(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)特殊專網(wǎng)之間的語(yǔ)音通信而設(shè)計(jì)的，考慮到專網(wǎng)的特殊性，語(yǔ)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(guò)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(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。

圖1 語(yǔ)音記錄設(shè)備框圖

（2）DSP模塊

DSP模塊完成話音數(shù)字處理、語(yǔ)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(zhǎng)，接近1min，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：

（1）支持在IP通信方式下的各通話組的直通及錄音功能；

（2）支持模擬二線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；

（4）話音記錄儀提供FTP服務(wù)器，為電腦通過(guò)車內(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：（1）接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的IP語(yǔ)音包；（2）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；

（4）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：

（1）接收CPU發(fā)來(lái)的待解碼數(shù)據(jù)；

（3）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)；

（4）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。

圖2 DSP收發(fā)幀時(shí)序圖

收發(fā)幀信號(hào)參數(shù)如下：時(shí)鐘為16MHz；幀定位為4kHz；每幀 4 096bit（512B）；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(yǔ)音數(shù)據(jù)，每一個(gè)語(yǔ)音時(shí)隙可以和同組內(nèi)的任意話音時(shí)隙進(jìn)行合并使用。幀結(jié)構(gòu)定義如表1所示。

表1 幀結(jié)構(gòu)

2.3 FPGA與模擬接口模塊之間的接口

王祥一打聽(tīng)，原來(lái)老道這次也是下了不少本錢，不僅自己出錢幫忙租了這個(gè)攤位，而且還籌備了一批廉價(jià)的玉器用來(lái)打馬虎眼。

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(wú)狀態(tài)并報(bào)送給CPU；（4）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、PCMG729、CVSD-G729、LPCM-PCM、LPCM-CVSD、LPCMG729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：

（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(yǔ)音包與信令包區(qū)分，語(yǔ)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(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。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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)專網(wǎng)之間工作，并有效地完成了專網(wǎng)之間語(yǔ)音通話的錄音、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(tīng)，并且可以隨時(shí)切換監(jiān)聽(tīng)話路。長(zhǎng)時(shí)間錄音、監(jiān)聽(tīng)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(yǔ)音記錄設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路電話信號(hào)檢測(cè)、語(yǔ)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(zhǎng)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(zhǎng)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(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。

［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?？萍汲霭嫔纾?988.

［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 techniquesforverifying HDL designs［M］．Winchester：Teamwork International，2002.

Design of audio recording system bridged on two network

Xu Zhimin，Yan Haoyang，Wang Jianbing，Yu Demao
（Chongqing Jinmei Communication Company Limited，Chongqing 400030，China）

An audio recording system was designed in this article which was bridged on the communication device.It provided three bridge means.Ethernet：the audio record and voice call over IP was supplied.2-wire：voice call on the 2-wire and the audio record was supplied.Audio：the analog audio and the audio record was supplied.The FTP server was supplied.The audio document could be downloaded and managed through the LAN.The device also has the audio replay function.

FPGA；codec；record

TP336

A

1674-7720（2015）18-0056-03

徐智敏，顏浩洋，王建兵，等.跨接在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的語(yǔ)音記錄儀設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（18）：56-58.

2015-04-23）

徐智敏（1980-），男，通信作者，碩士，工程師，主要研究方向：信號(hào)與信息處理，有線傳輸。E-mail：xuleyisuper@163.com。