短波电台语音质量分析器

2019-04-10 15:41:34

来源:凯池电子

短波通信从诞生之日起就备受关注,由于通信距离较远、使用方便、组网灵活等优点使其在无线电通信行业占有重要的位置,同时局限于短波通信的通信原理,也存在通信效果差、通信稳定性低等缺点。要想尽量规避这些不足,对每次通信效果的总结尤为重要,基于这种思路,我们提出对每台短波电台在使用过程中的通信效果进行采集和分析,经过大量数据的积累,总结出相关频率在相关时间的通信效果预期的方法来提高短波通信的使用效率。在这个过程中,对电台语音信号质量进行分析是重中之重,基于此种需求,我们开发出短波电台语音质量分析器。

短波电台语音质量分析器(以下简称分析器)的作用是实时对短波电台接收到的语音信号进行分析和处理,并通过有效链路将分析结果和有效的数据上传到控制中心服务器。具体操作流程是:首先对接收到的语音质量进行处理,得出一个语音质量评分结果,将结果通过网络或者北斗短报文上传到控制中心的服务器,其次是对接收到的语音信号进行降噪处理,提高声音的信噪比,将处理后的语音信号本地播放、存储并上传到控制中心的服务器,并且在这个过程中对接收到的声音信号进行判断,只有语音信号能上传,短波电台噪声不上传,减少对带宽的占用。

分析器采用ARM+DSP的架构,DSP的作用主要是采集短波电台接收到的语音信号、对语音信号进行分析,计算出信号质量、对语音信号进行降噪处理,提高信噪比、并对有效的语音信号播放和传输给ARM;ARM主要的作用是接收DSP传输过来的语音质量分析数据和有效语音信号,并通过相关有效的通信链路(有线网络、3G/4G网络、北斗短报文),将这些数据上传到控制中心服务器、接收控制中心服务器的控制指令和本地指令、本地人机交互等功能。

     
图1 分析器的硬件框架

分析器的硬件框架如图1所示:

◆  分析器的文件本地存储功能是在不能通过有效通信链路和控制中心通信的情况下,将分析器接收到的有效语音信号和语音信号分析质量数据存储到本地存储卡内进行备份,等到通信恢复后,再上传到控制中心;

◆  分析器提供本地人机交互功能,可以在本地很方便的对分析器进行设置和控制;

◆  分析器提供有线网络和3G/4G网络两种大数据量通信链路,可以通过这两种链路将有效语音信号和语音信号分析质量数据上传到控制中心的服务器或者接收控制中心设置分析器的控制指令;

◆  分析器提供北斗短报文通信链路来满足安全、稳定、高效的通信需求,可以通过北斗短报文的方式将语音信号分析质量数据等小数据量数据上传到控制中心服务器或者接收控制中心设置分析器的控制指令;

◆  分析器提供本地操作串口,可以通过串口在本地对分析器进行控制和设置;

◆  ARM和DSP通过USB接口进行数据交互;

◆  音频编解码器通过I2S接口与DSP进行数据交互;

◆  分析器提供MIC输入、线输入、线输出、功放输出四种模拟音频接口,可以很方便的连接到短波电台的音频信号输出接口,并通过线输出和功放输出,可以将分析器处理后的音频信号分别连接到有源功放系统和无源功放系统进行本地播放。

 
图2 分析器的具体使用方法 

分析器的具体使用方法如图2所示:

◆  分析器通过音频线获得短波电台接收到的音频信号,对音频信号进行处理,每2.5s得出一个语音信号质量分析结果,并将结果通过各种通信链路(北斗短报文、有线网络、3G/4G网络)发送给控制中心;

◆  分析器在计算语音信号质量分析结果的同时,对短波电台接收到的音频信号进行降噪处理和有效语音检测,通过降噪处理,可以明显提高短波电台接收到的音频信号的信噪比和语音质量,通过有效语音检测,可以区分出包含语音信号的音频数据和不包含语音信号的音频数据,在进行本地存储和上传到服务器时,只处理含有语音信号的音频信号,可以明显的节省存储空间、网络带宽和各级处理器占用率;

◆  分析器可以通过各种通信链路(北斗短报文、有线网络、3G/4G网络)接收控制中心的控制指令;

◆  对于短波移动台,可以采用北斗短报文和3G/4G网与控制中心进行数据交互。小数据量的信息,如语音质量分析结果、对分析器的远程控制指令等,可以采用北斗报文或者3G/4G的方式进行传输,大数据量的数据,如分析器需要上传的语音信号,可以通过3G/4G的方式进行传输。如果此时没有可用的3G/4G信号,分析器会自动将数据存储在本地;

◆  对于短波基地台,除了可以使用上述通信链路外,还可以使用更加稳定的有线网,可以使数据传输更安全、更及时。

图3 分析器在短波通信网中的使用方式

分析器在短波通信网中的使用方式如图3所示:

◆  只需要通过一根音频线连接到短波电台,采集电台接收到的音频信号,不影响短波电台正常通信;

◆  每一台短波电台连接一台分析器,分析器对电台接收到的音频信号进行实时分析和处理,将含有语音的音频数据和语音质量分析结果通过各种有效的通信链路(北斗短报文、3G/4G网络、有线网络)发送到控制中心;

◆  每一台分析器有唯一的ID号,控制中心通过各种有效的通信链路(北斗短报文、3G/4G网络、有线网络)可以分别对每一台分析器进行控制;

◆  控制中心可以通过每台分析器上传的数据,进行进一步的处理,从而分析出每台短波电台在本次通信过程中的通信质量。

在使用短波进行通信时,对通信质量的判断往往是通过操作人员的主观感知获得的,存在不准确和不一致性,而且不能对通信结果进行采集、存储、量化和分析。短波电台语音质量分析器的出现,很好的解决了这一问题,可以自动的总结该次通信效果,将每次量化分析的数据进行存储,为更高层次的数据处理提供数据积累。

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