語(yǔ)音綜合通信關(guān)鍵技術(shù)及其在消防救援中的應(yīng)用

【摘要】本文解釋了語(yǔ)音綜合通信的技術(shù)理念，消防語(yǔ)音綜合管理平臺(tái)的部署架構(gòu)，闡述了音頻檢測(cè)、噪音抑制、增益控制和ROIP等語(yǔ)音綜合通信關(guān)鍵技術(shù)，并描述了該技術(shù)在消防滅火救援等情況下的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】綜合通信語(yǔ)音云音頻檢測(cè)應(yīng)急救援RoIP

一、前言

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，各類突發(fā)性火災(zāi)、救援事故與日增多，危害程度大，波及范圍廣，對(duì)語(yǔ)音通信技術(shù)手段服務(wù)實(shí)戰(zhàn)提出了更高要求，尤其是多個(gè)部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)、多警種協(xié)同配合、多個(gè)社會(huì)聯(lián)動(dòng)力量聯(lián)合處置的情況下，現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)一指揮，參戰(zhàn)力量的默契配合，前后方的銜接與調(diào)度管理都迫切需要一種穩(wěn)定、可靠，同時(shí)又能兼容多種制式通信系統(tǒng)的語(yǔ)音綜合通信技術(shù)。

語(yǔ)音綜合管理平臺(tái)為解決上述問(wèn)題提供了突破口。

二、技術(shù)理念與系統(tǒng)架構(gòu)

2.1技術(shù)理念

借鑒“云計(jì)算”和融合語(yǔ)音通信技術(shù)的思想，將各類有線/無(wú)線、不同頻率、制式的語(yǔ)音通信資源通過(guò)終端統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成IP信號(hào)在全網(wǎng)上傳輸，在省、市一級(jí)建立平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源交換調(diào)度，同時(shí)利用RoIP技術(shù)，對(duì)平臺(tái)內(nèi)各類語(yǔ)音資源分類、匯接、轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一管理，使各類語(yǔ)音資源在全國(guó)指揮調(diào)度網(wǎng)上呈“網(wǎng)格化”分布，形成覆蓋全國(guó)的“消防語(yǔ)音云”。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

按照現(xiàn)行消防管理體制，分別在部消防局、總隊(duì)、支隊(duì)建語(yǔ)音管理平臺(tái)，橫向接入各類語(yǔ)音資源，匯聚、管理本級(jí)語(yǔ)音資源，下級(jí)平臺(tái)向上級(jí)平臺(tái)通過(guò)IP網(wǎng)逐層匯聚，實(shí)現(xiàn)分級(jí)集成與分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的架構(gòu)方式，下級(jí)終端語(yǔ)音資源受上級(jí)平臺(tái)以及更高級(jí)平臺(tái)的直接調(diào)度，滿足了消防“扁平化”作戰(zhàn)指揮的需要。

三、關(guān)鍵技術(shù)

3.1音頻檢測(cè)

對(duì)于有線、無(wú)線、全雙工、半雙工等多種通信系統(tǒng)接入，可采用VOX（聲音）、VMR（語(yǔ)音）、COR（載波）三種檢測(cè)方法。

VOX根據(jù)外部輸入聲音數(shù)字化后的電平值判定，頻率范圍100～3.2KHz，適用于電話通信、超短波通信、會(huì)議通信等在現(xiàn)場(chǎng)噪聲較低時(shí)情況。

VMR根據(jù)聲音頻率和波形特點(diǎn)通過(guò)算法確定信號(hào)是否有效，頻率范圍100～1.2KHz，可有效濾除風(fēng)聲、汽車聲、震動(dòng)聲等非人聲特征音頻，適合短波、超短波在噪聲較高情況下的通信。

COR根據(jù)電臺(tái)/手臺(tái)接收到的載波檢測(cè)信號(hào)判定，頻率范圍100～3.2KHz，其特征與VOX類似，但COR能夠確保電臺(tái)的有效發(fā)射，可避免線路干擾造成錯(cuò)誤的PTT觸發(fā)。

3.2噪聲抑制

數(shù)字濾波器技術(shù)。使用DSP數(shù)字濾波器，通過(guò)DSP芯片的IIR數(shù)字濾波器技術(shù)濾除3.2KHz以上高頻以及100Hz以下低頻。

VAD靜音檢測(cè)。使用DSP芯片對(duì)數(shù)字化后的音頻進(jìn)行VAD檢測(cè)，去除隨機(jī)噪聲和高斯噪聲的誤判，以判定是否有效音頻輸入。

回聲消除。為了避免囂叫，采用AEC（聲學(xué)回聲消除）主流回聲消除技術(shù)。

數(shù)字均衡器和噪音衰減。通常的語(yǔ)音通信環(huán)境可采用10段均衡器，根據(jù)不同的語(yǔ)音頻率來(lái)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，補(bǔ)償音源或音頻輸出設(shè)備的缺陷；無(wú)線通信設(shè)備在信號(hào)越差的情況下SNR值（信噪比）越低，語(yǔ)音質(zhì)量越差，可通過(guò)自適應(yīng)語(yǔ)音增強(qiáng)算法對(duì)噪聲進(jìn)行衰減并提高SNR，提取質(zhì)量較高的音頻信號(hào)。

3.3增益控制

不同語(yǔ)音設(shè)備音頻電平存在差異，經(jīng)過(guò)噪聲抑制后的音頻增益顯著降低，數(shù)字化后可采用功率控制芯片對(duì)音頻數(shù)據(jù)自動(dòng)增益控制（AGC），通過(guò)交換控制單元調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，輸入輸出增益范圍為-26dB～+12dB即可基本滿足各類音頻信號(hào)的要求。

3.4RoIP（Radio Over IP）技術(shù)

為滿足通過(guò)IP聯(lián)網(wǎng)需要，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)專有無(wú)線電臺(tái)通信控制協(xié)議，如下圖所示。

RoIP是基于VoIP技術(shù)之上的專有無(wú)線電臺(tái)通信控制協(xié)議，RoIP涵蓋了VoIP設(shè)備的編碼、傳輸、延遲處理、抖動(dòng)平滑恢復(fù)技術(shù)，可對(duì)無(wú)線電臺(tái)設(shè)備語(yǔ)音檢測(cè)與觸發(fā)控制；支持單雙工通信及電臺(tái)遠(yuǎn)程編程；為便于擴(kuò)展并適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)傳輸，協(xié)議支持GSM 13Kbps、ADPCM 16Kbps、ADPCM 24Kbps、ADPCM 32Kbps、PCM 64Kbps等語(yǔ)音壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。

四、綜合通信在消防救援中的應(yīng)用

4.1聯(lián)合應(yīng)急救援

4.2跨區(qū)域作戰(zhàn)中的途中通信

利用公共移動(dòng)網(wǎng)覆蓋廣和移動(dòng)互聯(lián)終端（語(yǔ)音綜合管理平臺(tái)的無(wú)線終端）對(duì)移動(dòng)信號(hào)、常規(guī)無(wú)線信號(hào)互轉(zhuǎn)技術(shù)，可有效解決跨區(qū)域增援中的途中通信問(wèn)題。當(dāng)救援編隊(duì)在基站信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，可通過(guò)電臺(tái)直接與指揮中心通信；當(dāng)超出常規(guī)信號(hào)覆蓋范圍時(shí)，移動(dòng)互聯(lián)終端自動(dòng)實(shí)現(xiàn)切換，跨區(qū)域救援編隊(duì)仍可使用電臺(tái)與指揮中心電臺(tái)通信。

4.3地震救援及山岳救援

在地震導(dǎo)致的公共通信網(wǎng)癱瘓和公共通信覆蓋不足導(dǎo)致山岳等地信號(hào)真空的救援中，可利用通信指揮車架設(shè)衛(wèi)星站，建立通信干線，實(shí)現(xiàn)前后方的通信聯(lián)絡(luò)；利用通信指揮車常規(guī)網(wǎng)中繼轉(zhuǎn)信，形成現(xiàn)場(chǎng)3-5公里范圍的救援圈；通過(guò)短波和衛(wèi)星手機(jī)，進(jìn)一步拓展救援范圍，同時(shí)利用車載語(yǔ)音綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各種通信手段的融合對(duì)接，形成現(xiàn)場(chǎng)中、短距離交叉通信，及前方后的長(zhǎng)、短距離直接通信，有利于指揮部對(duì)多種救援力量的統(tǒng)一調(diào)度和工作部署。

五、結(jié)語(yǔ)

綜合語(yǔ)音通信技術(shù)通過(guò)音頻檢測(cè)、噪音抑制、增益控制和ROIP技術(shù)解決了多種制式通信系統(tǒng)間的互聯(lián)互通問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音資源的統(tǒng)一調(diào)度與管理，為消防在聯(lián)合救援、跨區(qū)域通信及地震等災(zāi)難性救援中提供了統(tǒng)一的語(yǔ)音指揮調(diào)度平臺(tái)，適應(yīng)了消防在新形勢(shì)下“一體化”、“扁平化”的滅火救援實(shí)戰(zhàn)需求。

參考文獻(xiàn)

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