李世寶, 潘荔霞, 鄧云強(qiáng), 劉建航

(中國石油大學(xué)(華東) 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

基于CTI技術(shù)的綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研制與應(yīng)用

李世寶, 潘荔霞, 鄧云強(qiáng), 劉建航

(中國石油大學(xué)(華東) 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

計(jì)算機(jī)電信集成(CTI)技術(shù)是計(jì)算機(jī)、電子和通信等學(xué)科領(lǐng)域的交叉融合，非常適合用于實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，但現(xiàn)有的CTI實(shí)驗(yàn)方案存在硬件資源不開放、二次開發(fā)功能弱的缺點(diǎn)。針對這一問題，提出了一種以DSP為核心的硬件語音處理模塊設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合計(jì)算機(jī)端的軟件單元，組成完整的CTI解決方案。其特點(diǎn)是全面開放的硬件資源和軟件接口，具備強(qiáng)大、靈活的二次開發(fā)功能?？梢詫?shí)現(xiàn)電信類、語音信號(hào)處理類和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，適合課程設(shè)計(jì)、暑期實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的軟硬件綜合開發(fā)能力以及創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

實(shí)訓(xùn)平臺(tái); 計(jì)算機(jī)電信集成; 語音處理; 增值業(yè)務(wù)

0 引 言

“計(jì)算機(jī)電信集成”(Computer Telecommunication Integration,CTI)技術(shù)，是計(jì)算機(jī)、通信和電子技術(shù)的相互交叉的一個(gè)領(lǐng)域[1-3]，以CTI領(lǐng)域的呼叫中心為例，其設(shè)計(jì)到的知識(shí)包括語音處理、電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫、通信信令、交換技術(shù)等，非常適合作為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目。當(dāng)前的工程教育認(rèn)證對于培養(yǎng)學(xué)生分析、解決復(fù)雜問題的綜合能力有明確的要求，而通信、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的交叉、滲透和深度融合已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的新趨勢[4-6]，因此在教學(xué)實(shí)踐中需要設(shè)置綜合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、配套相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以滿足行業(yè)對于學(xué)生的軟硬件綜合開發(fā)能力的要求。

目前已經(jīng)有一些將CIT技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的嘗試和探索，主要分為以下幾種模式，① 語音卡方式[7]，按照系統(tǒng)集成的方式購置語音處理板卡，插入計(jì)算機(jī)中的總線插槽，通過調(diào)用廠商提供的API接口函數(shù)，完成語音業(yè)務(wù)的呼入呼出[8]。成本較高，底層硬件資源不開放，只能幫助理解程控交換的流程，鍛煉軟件開發(fā)能力，無法進(jìn)行語音信號(hào)處理方面的實(shí)驗(yàn)。② USB語音模塊方式，通過USB接口連接計(jì)算機(jī)，語音處理模塊只是簡單的語音編解碼，通信信令信息交給計(jì)算機(jī)軟件處理。價(jià)格低，但穩(wěn)定性較差，不具備數(shù)字信號(hào)處理的二次開發(fā)能力。③ IP電話方式[9]，直接在計(jì)算機(jī)中開發(fā)軟IP電話，可以作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不具備硬件設(shè)計(jì)和數(shù)字信號(hào)處理的功能。

針對現(xiàn)有CTI實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不足，本文以TI公司54X系列DSP為核心，以以太網(wǎng)為接口，設(shè)計(jì)了一個(gè)語音處理模塊，與計(jì)算機(jī)配合組建CTI實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)通信信令、交換原理等通信類實(shí)驗(yàn)，并可以在板載DSP中進(jìn)行語音信號(hào)處理的二次開發(fā)，還可以在計(jì)算機(jī)中完成軟件開發(fā)、程序設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)。非常適合課程設(shè)計(jì)、暑期實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的軟硬件綜合開發(fā)能力。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括硬件電路和軟件控制兩部分，完成語音信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、PCM編碼、UDP編碼以及發(fā)送、PC機(jī)本地存儲(chǔ)的過程。其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)

用戶電話機(jī)作為拾音設(shè)備負(fù)責(zé)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，同時(shí)為用戶接口提供語音數(shù)據(jù)，其摘掛機(jī)以及待機(jī)等狀態(tài)的供電由語音處理模塊的Si3210接口芯片[10]實(shí)現(xiàn)，數(shù)字語音信號(hào)主要在DSP芯片中進(jìn)行處理，然后通過以太網(wǎng)控制接口連接計(jì)算機(jī)，部署在計(jì)算機(jī)中的軟件部分提供豐富的二次開發(fā)接口，用于完成各種增值業(yè)務(wù)、軟交換等項(xiàng)目。通過與軟交換服務(wù)器的連接可以完成電話的呼入呼出。

不難看出，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主體部分是用于處理電話終端語音信號(hào)的語音處理模塊和計(jì)算機(jī)中的軟件模塊。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件部分以DSP數(shù)字信號(hào)處理器為核心，包括核心板模塊、用戶接口模塊、以太網(wǎng)通信模塊以及PC模塊、軟交換服務(wù)器等。硬件部分的設(shè)計(jì)不僅要考慮到各個(gè)功能模塊的選用以及模塊之間的搭配，同時(shí)還要遵循合理的布局布線規(guī)則，進(jìn)行PCB制版以及調(diào)試，以保證設(shè)計(jì)的硬件電路符合預(yù)期效果。為了將電話機(jī)受話器接收到的語音信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，并通過以太網(wǎng)傳送給PC機(jī)，采用了德州儀器公司生產(chǎn)的TMS320C5416芯片作為硬件邏輯的核心[11-12]，借助其專用的乘法器和快速指令周期實(shí)現(xiàn)對模擬電話接口、以太網(wǎng)控制器等外設(shè)的實(shí)時(shí)控制以及對語音信號(hào)的快速處理，其組成如圖2所示。

圖2 硬件電路組成

(1) 核心板模塊。核心板是整個(gè)系統(tǒng)硬件邏輯的中心，同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心電路，其作用是保障DSP處理器穩(wěn)定的工作環(huán)境以及通信線路的邏輯準(zhǔn)確性。該模塊采用了一塊高性能的數(shù)字信號(hào)處理器芯片，它所采用的哈佛體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)和邏輯代碼分開進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)得益于其獨(dú)特的硬件乘法器部件，可以快速處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)變換以及編解碼過程，具有優(yōu)秀處理器的方便靈活通用等特點(diǎn)。

核心板的電源部分采用獨(dú)立供電機(jī)制。外圍數(shù)字時(shí)鐘與A/D轉(zhuǎn)換等與核心處理邏輯采用不同的供電電壓與電源，既最大限度地降低了系統(tǒng)功耗，同時(shí)又保證了較高的工作穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的快速調(diào)試與功能驗(yàn)證，核心板同時(shí)預(yù)留了JTAG模塊[13]，借助其邊界掃描技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對芯片寄存器的快速訪問，便于核心板與邏輯代碼開發(fā)者在線互連，提高模塊調(diào)試效率。同時(shí)為了方便在調(diào)試過程中查看芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)用戶與芯片參數(shù)的交互，核心板模塊還增加了備用的外設(shè)接口，如Mini 液晶顯示器、鍵盤接口等。

DSP處理器與外設(shè)模塊交互采用多種連接方式并存的策略，對于用戶線路與處理器的接口SI3210，采用高速SPI總線，可以通過4根連接線實(shí)現(xiàn)全雙工同步通信，保證語音數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性；對于以太網(wǎng)控制器，其與DSP芯片的連接采用數(shù)據(jù)線與地址線分開的方式，為大量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)傳送提供了條件。

(2) 用戶接口模塊。用戶接口模塊指的是用戶語音與DSP處理器的接口，該接口模塊要完成DC-DC轉(zhuǎn)換，DTMF雙音多頻信號(hào)產(chǎn)生，PCM語音編碼，PCI總線數(shù)據(jù)通信等功能，確保電話機(jī)工作正常，同時(shí)可以及時(shí)將用戶摘機(jī)、掛機(jī)、通話等過程通知處理器。為了實(shí)現(xiàn)用戶接口模塊與DSP處理器之間的高速全雙工通信，該系統(tǒng)采用了SPI接口進(jìn)行兩者之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)。SPI數(shù)據(jù)接口連接關(guān)系如圖3所示。

圖3 SPI接口示意圖

DC-DC轉(zhuǎn)換為電話機(jī)提供在待機(jī)狀態(tài)的電壓，以及振鈴饋電電壓等，維持電話機(jī)的正常工作，其電壓不連續(xù)變換范圍要求從-48～90 V，才能保證用戶取得較高的通話質(zhì)量；DTMF雙音多頻信號(hào)包括4個(gè)頻率的高頻群和4個(gè)頻率的低頻群，作為一種信令信息發(fā)送電話呼號(hào)；語音編碼(Pulse Code Modulation，PCM)過程通過抽樣、量化、編碼按照奈奎斯特定理將模擬的語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)通信過程負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)外部中斷與數(shù)據(jù)采集功能，輔助DSP處理器芯片完成對編碼后的數(shù)據(jù)的采集。

該模塊采用SiLab的一款Si3210轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)以上功能，其供電電壓為3.3 V或5.0 V，是一種基于CMOS工藝的用戶接口芯片，符合RoHS規(guī)范，具有簡單高效的特點(diǎn)。

(3) 以太網(wǎng)控制模塊。以太網(wǎng)控制模塊是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與以太網(wǎng)連接的轉(zhuǎn)換接口，負(fù)責(zé)將DSP處理過后的數(shù)字語音數(shù)據(jù)發(fā)送給以太網(wǎng)，該部分功能采用CS8900A芯片實(shí)現(xiàn)，其與DSP處理器的連接關(guān)系如圖4所示。

圖4 CS9800A的驅(qū)動(dòng)方式

CS8900A是一款應(yīng)用在局域網(wǎng)中的信號(hào)處理與接口芯片，它的邏輯工作模式按照IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，并且支持全雙工工作模式。該芯片的主要功能是進(jìn)行本地?cái)?shù)據(jù)與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的交互，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀打包成符合以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)包，并在合適的時(shí)機(jī)發(fā)送出去。其沖突檢測機(jī)制還可以對網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如果檢測到網(wǎng)絡(luò)中存在數(shù)據(jù)沖突，它還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)重傳，避免數(shù)據(jù)丟失。

CS8900A與DSP芯片相互配合即可實(shí)現(xiàn)對話音信號(hào)的傳送，其工作流程如下：CS8900A監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，以及DSP數(shù)據(jù)源狀態(tài)，如果收到由DSP發(fā)來的數(shù)據(jù)，則對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行判斷，等到網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)立即按照既定的格式向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送過程中還要為數(shù)據(jù)增加以太網(wǎng)幀頭部，并生成CRC校驗(yàn)碼供接收端進(jìn)行完整性以及準(zhǔn)確性驗(yàn)證。如果接收到從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，該芯片會(huì)自動(dòng)對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼、去幀頭、校驗(yàn)等操作，并通知DSP處理器芯片，將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)借助的是CTI，其目的是將傳統(tǒng)的電信技術(shù)融入到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，能夠自動(dòng)地進(jìn)行電信信令的識(shí)別與處理，并通過互聯(lián)網(wǎng)建立網(wǎng)絡(luò)連接，從而向用戶傳送語音文件等，主要分為3個(gè)模塊。首先，用戶接口部分對用戶端的電話機(jī)提供BORSCHT七項(xiàng)功能(Battery feeding,Over voltage protection,Ringing control,Supervision,CODEC &filter,Hybird Circuit,Test)，為電話機(jī)提供正常的工作環(huán)境，獲取電話機(jī)拾音器收到的語音信號(hào)，其次要通過以太網(wǎng)控制器將PCM編碼的話音數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)，最后階段PC機(jī)接收PCM編碼的語音包信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)、播放以及錄音等工作。這3個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作依靠DSP處理器進(jìn)行控制，既能保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，又可以通過軟件對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.1前端接口模塊

作為該系統(tǒng)的前端，電話機(jī)的狀態(tài)直接影響著系統(tǒng)后端的動(dòng)作，因此需要可靠的監(jiān)控機(jī)制保證系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解電話機(jī)的狀態(tài)。前端用戶接口模塊采用了一塊Si3210芯片實(shí)現(xiàn)對用戶摘掛機(jī)檢測以及忙音產(chǎn)生等工作，其軟件配置流程如下:

(1) DSP系統(tǒng)初始化；

(2) 用戶接口模塊Si3210初始化；

(3) 用戶摘機(jī)檢測(待機(jī))；

(4) 如果用戶摘機(jī)，發(fā)送回鈴音，進(jìn)入下一步驟，否則返回步驟(3)；

(5) 用戶按鍵檢測與話音拾??；

(6) 用戶掛機(jī)檢測，如果用戶掛機(jī)，則返回步驟(3)，否則返回步驟(5)。

其中，在DSP系統(tǒng)初始化中主要完成整個(gè)系統(tǒng)的初始設(shè)定，包括DSP芯片工作模式設(shè)置，定時(shí)器、看門狗、中斷等的工作方式設(shè)置。其中DSP的多通道同步緩沖串口McBSP0被初始化成SPI工作模式，保證DSP與外設(shè)的正常通信。表1所示為用戶接口模塊說明。

表1 用戶接口模塊函數(shù)說明

用戶接口模塊的初始化主要完成對Si3210芯片的初始化配置，使其可以對電話機(jī)進(jìn)行饋電等功能，同時(shí)協(xié)助DSP芯片完成摘掛機(jī)檢測以及數(shù)據(jù)傳送等工作。其摘掛機(jī)檢測是通過檢測回路電壓以及電流實(shí)現(xiàn)的。DSP芯片在對用戶接口模塊進(jìn)行初始化時(shí)首先通過讀取Si3210芯片的寄存器缺省值來確定其與Si3210芯片的正常通信，然后設(shè)置Si3210工作在正常模式，接下來在掛機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行DC-DC校準(zhǔn)，檢測轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值VBAT是否正常，準(zhǔn)備進(jìn)行摘機(jī)檢測。若OFF-hock函數(shù)檢測到用戶摘機(jī)則系統(tǒng)執(zhí)行busy-tone函數(shù)發(fā)送忙音。

在步驟(5)中，系統(tǒng)要完成用戶按鍵檢測以及語音轉(zhuǎn)換工作。用戶按鍵產(chǎn)生的雙音多頻信號(hào)將會(huì)通過用戶接口模塊送到DSP芯片進(jìn)行識(shí)別；用戶按鍵結(jié)束以后啟動(dòng)話音拾取進(jìn)程，將模擬語音信號(hào)進(jìn)行抽樣量化編碼，以PCM編碼的形式發(fā)送出去。

3.2以太網(wǎng)控制與數(shù)據(jù)發(fā)送

為實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信，該系統(tǒng)采用了一種嵌入式TCP/IP協(xié)議方案。由于DSP芯片處理能力受限于時(shí)鐘頻率、功耗等因素，故網(wǎng)絡(luò)協(xié)議根據(jù)嵌入式應(yīng)用進(jìn)行了裁剪。該方案的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了ARP、IP、UDP等部分協(xié)議，既實(shí)現(xiàn)了DSP系統(tǒng)與PC的通信，又不會(huì)占用過多的系統(tǒng)資源。下面從以太網(wǎng)的發(fā)送、接收以及TCP/IP協(xié)議3個(gè)方面介紹以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的軟件設(shè)計(jì)方案。

(1) 數(shù)據(jù)發(fā)送。當(dāng)用戶向以太網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要提前知道目標(biāo)主機(jī)的MAC地址，因此需要利用已知的IP地址向網(wǎng)絡(luò)廣播ARP數(shù)據(jù)包，直到可以利用收到的ARP響應(yīng)包數(shù)據(jù)分析出目標(biāo)主機(jī)的MAC地址，置位ARP響應(yīng)成功標(biāo)志ARP_Answer_Successful_Flag，再通過Prepare_UDP_Fra-me()函數(shù)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝成UDP包，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送該數(shù)據(jù)包10次，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功完成。

(2) 數(shù)據(jù)接收。對于掛接在以太網(wǎng)上的主機(jī)來說，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)據(jù)包傳送時(shí)，會(huì)觸發(fā)數(shù)據(jù)接收中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。中斷服務(wù)程序需要根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址來識(shí)別它是廣播包還是單播包，然后調(diào)用函數(shù)ProcessEthBroadcastFra-me()和ProcessEthIAFrame()來處理收到的數(shù)據(jù)幀。如果收到的是ARP廣播包，則將自己的MAC地址封裝成ARPAnswer包發(fā)送到以太網(wǎng)；如果收到的是單播包，首先檢查是否是ARP請求返回的響應(yīng)包，如果是，就可以從中提取對方的MAC地址，保存起來，并置位ARPAnswerSuccessFlag；如果接收到是的IP類型的數(shù)據(jù)幀，需要根據(jù)協(xié)議的不同判斷是ICMP包還是UDP包，分別調(diào)用ProcessICMPFrame()和ProcessUDPFra-me()處理。若是ICMP，判斷若是Echo包，則調(diào)用Prepare_ICMP_Answer()函數(shù)給與響應(yīng)；若是UDP包則判斷端口號(hào)對應(yīng)再保存UDP幀。

(3) TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)RTL8019AS從網(wǎng)絡(luò)上接收到數(shù)據(jù)幀以后，會(huì)自動(dòng)對其緩沖區(qū)內(nèi)的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，確定數(shù)據(jù)的完整性以及正確性。如果接收到的數(shù)據(jù)不能通過校驗(yàn)，則舍棄該數(shù)據(jù)分組。下面分3層分別對TCP/IP協(xié)議每層的作用機(jī)制進(jìn)行介紹(見圖5)。

圖5 嵌入式TCP/IP協(xié)議

① 物理層。對于處在網(wǎng)絡(luò)物理層的RTL8019AS芯片來說，對它的控制歸根結(jié)底就是對它的寄存器進(jìn)行控制,因此，在該部分中主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制寄存器的復(fù)位，以及相關(guān)寄存器初始化的工作，以設(shè)置該芯片的工作方式、中斷模式以及DMA工作方式等。

② 網(wǎng)絡(luò)層。主要實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議和ARP協(xié)議。當(dāng)DSP接受到正確的數(shù)據(jù)包以后,首先對其類型進(jìn)行初步判斷，區(qū)分其是ARP請求還是ARP應(yīng)答。對于ARP請求，則應(yīng)當(dāng)回復(fù)ARP應(yīng)答；對于ARP應(yīng)答，則應(yīng)當(dāng)在ARP緩存中放入發(fā)送方的IP地址和硬件地址。網(wǎng)絡(luò)層的另外一個(gè)功能是處理來自傳輸層的數(shù)據(jù)，為它們加上IP包頭以及協(xié)議類型、校驗(yàn)和等，并交由下層傳送。在DSP中,不支持IP數(shù)據(jù)包分段。

③ 傳輸層。UDP協(xié)議是一種面向無連接的協(xié)議。該部分實(shí)現(xiàn)對輸入包的處理,對輸入包的端口號(hào)以及校驗(yàn)和進(jìn)行判斷，如果這些處理結(jié)果正確，則將數(shù)據(jù)交由上層的應(yīng)用程序，否則丟棄該數(shù)據(jù)包。當(dāng)傳輸層收到來自上層應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)包時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置數(shù)據(jù)包的源以及目的端口號(hào)，傳送給IP層進(jìn)行傳送。

3.3PC端程序設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與PC的通信，在PC利用MFC[14]編寫一個(gè)程序，作為與DSP通信的接收端。程序中編寫兩個(gè)繼承Socket的兩個(gè)類Cping和CUDP分別實(shí)現(xiàn)兩大功能：① 測試DSP的ICMP協(xié)議即實(shí)現(xiàn)Ping功能；② 與DSP通過UDP通信。

Cping類主要功能是發(fā)送Ping命令到DSP，并且解析返回的數(shù)據(jù)，在界面上顯示響應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)ICMP的幀格式建立對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體。Cping的應(yīng)用在Ping按鈕的OnPing()事件中，OnPing觸發(fā)時(shí)，獲取目標(biāo)地址，調(diào)用SendEchoRequest()構(gòu)造請求并發(fā)送到目標(biāo)地址，然后WaitForEchoReply()等待響應(yīng)，由RecvEchoRe-ply()接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理完成后再界面的列表框中顯示結(jié)果。

CUDP類的主要功能是接受DSP發(fā)來的UDP數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，也能夠?qū)?shù)據(jù)以UDP的形式發(fā)送到DSP上。在CUDP類中添加了一個(gè)事件OnReceive()用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的接受，在這個(gè)事件觸發(fā)時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，每10 ms調(diào)用RxData()函數(shù)將接收的數(shù)據(jù)和長度顯示到界面上。在‘發(fā)送’按鈕被觸發(fā)時(shí)，會(huì)執(zhí)行OnbtnSendData()，獲得編輯框中的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用socket父類中的Sendto函數(shù)將數(shù)據(jù)以UDP形式發(fā)送到DSP端。

4 CIT實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的語音處理模塊和服務(wù)器端軟件都具備完善的二次開發(fā)接口，板載的DSP和服務(wù)器端的信令解析、上層協(xié)議和增值業(yè)務(wù)開發(fā)都可以開設(shè)大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目。

4.1電信類實(shí)驗(yàn)

綜合類實(shí)驗(yàn)指的是該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與已有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)合可以完成常規(guī)的無線通信相關(guān)各類實(shí)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合無人機(jī)具備的機(jī)動(dòng)性優(yōu)勢，可以完成許多年傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不支持的通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

電信增值業(yè)務(wù)是學(xué)生平常接觸最多、最熟悉的內(nèi)容，例如語音信箱、自動(dòng)應(yīng)答、呼叫中心等，將增值業(yè)務(wù)作為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目入門門檻低、業(yè)務(wù)邏輯容易理解，不需要深刻的理論基礎(chǔ)，非常適合面向大一大二的實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)又能激發(fā)以后學(xué)習(xí)的興趣。

筆者所在學(xué)校通信工程專業(yè)大一夏季小學(xué)期的“程序設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)”課程中，設(shè)置了電信增值業(yè)務(wù)開發(fā)類項(xiàng)目，包括10086呼叫中心、學(xué)生成績語音查詢、點(diǎn)歌臺(tái)、語音信箱等。設(shè)置在大一結(jié)束后的夏季小學(xué)期中，主要考慮到此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了C語言、C++和通信概論等課程，具備了一定的專業(yè)知識(shí)和程序開發(fā)能力，迫切想找到一個(gè)較為綜合的項(xiàng)目來實(shí)戰(zhàn)。而以電信增值業(yè)務(wù)作為實(shí)習(xí)項(xiàng)目，既避免了很深的理論，又不只是課后題式簡單練習(xí)，深層次的語音信號(hào)處理等封裝在API中，學(xué)生在具備簡單的通信概論的基礎(chǔ)上，可以專注于軟件開發(fā)。一方面培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生對于數(shù)字信號(hào)處理和通信網(wǎng)絡(luò)理論的學(xué)習(xí)熱情。圖6所示為學(xué)生實(shí)現(xiàn)的10086系統(tǒng)流程和界面。

圖6 10086系統(tǒng)界面

4.2語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)

語音信號(hào)處理在數(shù)據(jù)傳輸、人機(jī)交互等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，越來越受到關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的語音處理實(shí)驗(yàn)主要在板載DSP中完成，并可以結(jié)合到整個(gè)CTI通信系統(tǒng)中聯(lián)調(diào)、驗(yàn)證。主要包含以下幾類實(shí)驗(yàn)：① 語音基礎(chǔ)信號(hào)分析，例如時(shí)域分析、頻域分析、線性預(yù)測、矢量量化等。② 語音信號(hào)在通信中的應(yīng)用，例如語音端點(diǎn)檢測、共振峰檢測、波形編碼、參量編碼、混合編碼等。③ 語音信號(hào)高級處理技術(shù)，例如語音識(shí)別、說話人識(shí)別、盲源分離等。如圖7所示為語音端點(diǎn)檢測效果圖。

(a) “00.wav”語音信號(hào)

(b) 短時(shí)過零率

(c) 短時(shí)能量

4.3綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

依托該平臺(tái)的軟硬件資源，在科技競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)許多有趣的實(shí)踐項(xiàng)目。① 基于開放的平臺(tái)硬件資源，可以為嵌入式相關(guān)課程提供操作平臺(tái)，同時(shí)也可以為與無線通信相關(guān)實(shí)驗(yàn)融合，用于綜合性的課程設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的功能開發(fā)，鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)開發(fā)能力。② 基于平臺(tái)軟件資源可以發(fā)揮學(xué)生的想象力，設(shè)計(jì)開發(fā)綜合應(yīng)用項(xiàng)目，例如圖8所示為學(xué)生設(shè)計(jì)開發(fā)的110接處警系統(tǒng)。也可用于難度較大的復(fù)雜算法設(shè)計(jì)，例如呼叫中心系統(tǒng)中排隊(duì)調(diào)度算法[15-16]的實(shí)現(xiàn)等。

(a) 接警處警功能

(b) 查詢回看功能

5 結(jié) 語

將CTI技術(shù)用于IT相關(guān)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，可以開設(shè)融合通信、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目，以鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力。本文以DSP為核心研制的語音處理硬件模塊與計(jì)算機(jī)端的軟件相配合，可以實(shí)現(xiàn)電信類、語音信號(hào)處理類和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有CTI實(shí)驗(yàn)方案的缺點(diǎn)，非常適合課程設(shè)計(jì)、暑期實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的軟硬件綜合開發(fā)能力。同時(shí)全面開放的接口和靈活自由的二次開發(fā)功能，非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

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DevelopmentandApplicationofIntegratedTrainingPlatformBasedonCTITechnology

LIShibao,PANLixia,DENGYunqiang,LIUJianhang

(School of Computer and Communication Engineering, China University of Petroleum, Qindao 266580, Shandong, China)

computer telecommunication integration(CTI) technology is the integration of computer science, electron and communications discipline, and is suitable for practice training. However, the present CTI experimental scheme does not have open interface and is weak in secondary development. To solve this problem, we proposed a combination of hardware and software voice processing platform based on DSP processor, which has full open access to hardware and software interface, and is suitable for secondary development. Moreover, this platform is suitable for telecommunication, voice signal processing and innovative experiments, hence it is useful in course design, summer internship and graduation design, for the development of students’ innovation ability and engineering capability.

training platform; computer telecommunication integration(CTI); voice processing; value-added service

TP 202；G 482

A

1006-7167(2017)09-0117-06

2016-11-11

全國工程專業(yè)學(xué)位研究生教育2016～2017年度自選研究課題-教改項(xiàng)目(2016-ZX-271)；教育部-NI2015年產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目(2015-2)；中國石油大學(xué)(華東)教學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)改革項(xiàng)目-重點(diǎn)項(xiàng)目(SY-A201608)

李世寶(1978-)，男，山東濰坊人，碩士，副教授，系主任，主要研究方向?yàn)闊o線通信、移動(dòng)計(jì)算、移動(dòng)學(xué)習(xí)。Tel.：15966883535;E-mail:Lishibao@upc.edu.cn