CN102215286B - 一种嵌入式多通道电话录音录时系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌入式多通道电话录音录时系统。本发明信号调理至信号放大，再到模拟/数字转换器连接启动信号判断、转储控制处理器，启动信号判断输出分别至转储控制处理器、ARM7处理器，转储控制处理器输出接双口RAM，双口RAM输出接ARM7处理器，ARM7处理器输出分别接以太网、键盘显示器和闪速存储器，根据通话声控信号自动实现多路电话语音的启动、停止录音功能，将录音内容按通话起始时间逐条循环保存至系统内部的非易失性存储器，提供图形和远程管理界面，通过本地键盘和远程网络实现录音内容的快速检索、回放、备份和删除，实现多路电话语音内容保存、检索和回放，弥补了传统录音电话记录时间有限、管理不便的缺陷，提高了自动化程度。

Description

一种嵌入式多通道电话录音录时系统

技术领域

本发明涉及一种电话录音系统，尤其涉及一种嵌入式多通道电话录音录时系统。

背景技术

随着现代通信技术的高速发展，电话已经成为了人们生活、工作中的一部分。特别是呼叫中心、电话银行等业务的兴起，使得电话录音成为服务承诺、金融交易等业务的重要原始凭据。因此，电话录音系统在城市应急联动系统、交易部门、安全部门等有着广泛的应用，对于避免业务纠纷、明确事务责任有着极其重要的意义。

在本发明之前，电话录音系统主要有两种实现方式：电话机附带录音功能和PC式电话录音系统。电话机录音功能是指在电话机内部附加录音模块，在通话时记录语音内容，这种录音方式录音存储时间短，检索管理不便，而且不适用于大规模录音场合；PC式电话录音系统通过在普通电脑上添加录音模块和录音管理软件实现电话录音功能，可以同时对多路电话进行录音，并且可以通过软件实现电话记录的查找、管理和回放。但PC式电话录音系统依托计算机操作系统工作，受计算机稳定性影响，且扩展接口多，编程投入大。同时由于硬盘空间的限制，使得通话记录无法实现无限制保存；电话录音文件一般基于FAT文件系统管理，在文件数目较多时查找速度受到系统限制；PC机为开放式系统，故障点较多，电话录音系统工作不稳定。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种嵌入式多通道电话录音录时系统。

本发明提供一种嵌入式多通道电话录音录时系统，该系统根据通话声控信号自动实现多路电话语音的启动、停止录音功能，并将录音内容按通话起始时间逐条循环保存至系统内部的非易失性存储器。同时系统提供图形和远程管理界面，可以通过本地键盘和远程网络实现录音内容的快速检索、回放、备份和删除。本发明能实现多路电话语音内容的保存、检索和回放，弥补了传统录音电话记录时间短、管理不便的缺陷，提高了电话录音监控的自动化程度。

实现本发明的技术方案如下：

一种嵌入式多通道录音录时系统，其主要技术特征在于，该系统由12路信号调理至信号放大，再到模拟/数字转换器分别连接启动信号判断、转储控制处理器，启动信号判断输出分别至转储控制处理器、ARM7处理器，转储控制处理器输出接双口RAM，双口RAM输出接ARM7处理器，ARM7处理器输出分别接以太网、键盘显示器和闪速存储器；具体是指：

a)信号调理与转换模块：将电话线上的语音信息经过滤波放大后，通过模拟/数字转换器转换为数字信号；所述信号调理与转换模块包括信号调理、信号放大、模拟/数字转换器；

b)语音信号启动判断模块：判断转换后的语音数字信号在100ms持续时间内幅度是否大于20db，幅度满足要求则产生录音启动和停止信号；所述语音信号启动判断模块由启动信号判断完成功能；

c)音频数据压缩模块：将语音数字信号通过模拟/数字转换器中的DSP处理器按照G.729标准进行语音压缩；所述音频数据压缩模块由模拟/数字转换器完成功能；

d)音频数据转储模块：将音频数据压缩模块输出的数据通过转储控制处理器暂存在双口RAM之中，再通过ARM7处理器转换存储至闪速存储器；所述音频数据转储模块由转储控制处理器、双口RAM、运行于ARM7的存储管理软件和闪速存储器组成；

e)图形界面显示模块：提供嵌入式图形用户管理界面，供用户对系统存储的录音文件进行检索、管理和回放；所述图形界面显示模块由运行于ARM7的图形界面显示软件和键盘显示器组成；

f)系统远程管理模块：通过以太网控制芯片使用户可以通过以太网远程检索、管理和回放系统中的录音文件；系统远程管理模块由运行于ARM7的远程管理软件和以太网组成。

本发明的另一技术方案是：

一种循环存储语音数据文件的方法，其主要技术特征在于：该方法包括如下步骤：

1)在闪速存储器起始地址开辟固定区域保存语音文件起始存储位置、文件长度和记录时间链表，并记录闪速存储器空白区域结束地址，初始情况下为闪速存储器末尾地址；

2)当系统开始录制新的语音文件，检查最后一条语音文件结束位置并在结束位置之后开始下一条语音文件存储；

3)如果语音文件被记录到闪速存储器末尾地址仍未结束，则从闪速存储器起始地址继续记录语音文件。

本发明的又一技术方案是：

一种根据日期快速查找语音文件位置的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将语音文件启动录音时间转换为文件记录基准时间至今经历的秒数作为文件ID，长度为64位二进制数；

2)将文件ID以字节为单位划分为四个区域，以最高字节为根节点，以最低字节为叶子节点，构成四级文件查找多叉树；

3)在多叉树叶子节点附加语音文件起始存储位置信息；

4)根据搜索条件，通过确定多叉树叶子节点起始和结束位置，遍历起始和终止叶子节点之间的所有元素，列出文件详细信息并显示。

本发明的优点和效果在于减小了系统体积，提高了系统安全性和稳定性。本发明的嵌入式多通道电话录音录时系统是以应用为中心、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统，在实现电话录音系统方面有着PC式电话录音系统无可比拟的优越性。因此，基于嵌入式系统开发的电话录音系统，成为电话录音系统未来发展的必然方向。

本发明的其他优点和效果将在下面继续说明。

附图说明

图1——本发明方框示意图。

图2——语音信号启动判断模块工作流程示意图。

图3——文件循环记录流程示意图。

图4——文件检索多叉树组成示意图。

图5——图形显示模块对象依赖关系示意图。

图6——本发明中图形界面显示模块示意图。

具体实施方式

本发明系统框图如图1所示：

该系统由如下几个部分组成：信号调理、信号放大、模拟/数字转换器、启动信号判断、转储控制处理器、双口RAM、闪速存储器、ARM7处理器、键盘显示器和以太网。

根据系统实现的功能，该系统可以划分为如下功能模块：信号调理与转换模块、音频数据压缩模块、信号调理与转换模块、语音信号启动判断模块、音频数据压缩模块、音频数据转储模块、图形界面显示模块和系统远程管理模块。

信号调理与转换模块负责将输入的电话语音数据转换为语音电平数据，供后级的音频数据压缩模块进行压缩。该模块由12路完全相同的电路构成，电路包括低通滤波电路(信号调理)、AGC放大器(信号放大)和模拟/数字转换器。电话语音信号从低通滤波电路的输入端口接入，经过低通滤波消除信号中的高频噪声后，由AGC放大器进行幅度放大，然后再由模拟/数字转换器进行解调和信号转换。

为了使系统可以根据电话语音信号自动启动和停止录音功能，系统使用语音信号启动判断模块检测语音电平并产生启动信号。该模块工作流程如下：

1)采样周期内的语音数字信号平均幅值作为语音信号强度，所述采样周期设定为10ms；

2)当语音信号强度超过预定阈值并保持10个采样周期即100ms后，产生录音启动中断。所述预定阈值默认为20db，用户可以根据需求进行手动调整；

3)当语音信号强度低于预定阈值并保持10个采样周期即100ms周期后，产生录音终止中断。所述预定阈值默认为20db，用户可以根据需求进行手动调整。

启动信号判断从信号调理与转换模块取得转换后的语音电平数据，并保存在本地的缓冲区中。当采样数据长度超过采样周期，则将语音电平数据进行求和平均，并判断平均电平幅度是否超过设定阈值。在声学范畴中，一般认为小于100ms的声音无法构成有效的语音信号，因此在这里我们设定10ms为语音采样周期。而当语音信号强度20db时，人耳无法辨别，所以系统声音语音强度阈值默认为20db，但用户可以根据需求手动设定该阈值以满足具体需求。如果未超过阈值，说明此时语音信号无效，模块放弃当前缓冲区中所有数据，并开始下一周期采样。反之则说明语音信号有效，模块将该平均值压入有效语音信号队列。当有效语音信号队列中的数据连续超过10个采样周期，则认为当前语音通话已经开始，模块产生中断向量信号，并发送给后端的ARM7处理器，同时在双口RAM中标记该通道为录音状态。

当系统中有电话通道被标记为录音状态，则启动信号判断立即转换判决依据，转入判断当前语音信号是否结束。其判断过程和判断启动过程基本一致，不同的是此时模块判断平均电平幅度是否低于停止阈值。如果低于阈值，则说明此时语音信号有效。停止阈值默认为20db，用户亦可以根据需求手动调整。语音信号启动判断模块工作流程如图2所示。

音频数据压缩模块负责将模拟/数字转换器转换的语音信号在DSP中按照G729.A标准进行压缩，并存入后端的音频数据转储模块。

当前电话录音系统多采用数据直接存储方式直接在闪速存储器(FLASH)或者硬盘内保存语音文件，但这种存储方式在处理多通道语音文件时会出现多个存储请求争用一个存储资源的情况，造成通道存储延时，情况严重时甚至会造成存储数据的丢失。针对这一缺陷，在分析数据输入速率和闪速存储器读写速度的基础上，本系统采用了使用双口RAM暂存数据，由ARM7处理器轮询文件数据并进行存储的方案。该方案的具体实施步骤如下：

1)转储控制处理器按照通道数目将双口RAM划分为12个容量相等的语音存储单元管理，每个语音存储单元划分为两块大小相等的乒乓缓冲区；

2)转储控制处理器在双口RAM固定区域记录各通道录音状态和音频数据压缩模块占用的存储区域；

3)转储控制处理器根据占用存储区域标志位向指定区域写入音频数据压缩模块输出的语音数据，待写满后通知ARM7处理器读取并转换占用存储区域，同时向另一块乒乓缓冲区写入数据；

4)ARM7处理器根据转储控制处理器的信号判断数据读取区域并从指定存储区域读走数据，直至录音过程结束。

转储控制处理器轮询模拟/数字转换器中的DSP处理器得到语音压缩数据，并将数据存储到双口RAM。转储控制处理器接收启动信号判断发送的启动中断信号，在收到中断后开始轮询对应通道的DSP处理器。当前端的语音数据压缩完成，转储控制处理器从DSP处理器中取出压缩数据，并填充如下数据结构：

填充完毕后，转储控制处理器将该数据结构写入双口RAM的固定区域，同时将压缩数据写入乒乓缓冲区的指定区域。当乒乓缓冲区写满，转储控制处理器改变数据结构中的MemFlag标志位通知后端ARM7处理器当前存储区域已满，然后转到另一缓冲区继续写入压缩数据，直至录音结束。录音结束后，转储控制处理器将bStartRec标志改写为FALSE。

ARM7处理器首先根据录音启动中断轮询双口RAM中数据状态保存的区域，然后对所有数据结构中bStartRec为TRUE的通道启动数据读取功能，从乒乓缓冲区一次读入压缩数据，并填充如下数据结构：

当读回缓冲区数据，处理器使用打开的文件句柄FHandle将数据写入，然后等待乒乓缓冲区轮换，直至录音过程结束。

在文件存储过程中，如何有效利用有效的存储空间是系统必须考虑的问题。系统中语音文件存储空间有限，如果用户没有及时清理存储空间，则有可能会出现语音文件无法存储的情况。针对这一问题系统采取两条措施解决这一问题。一是在语音文件生成后检测闪速存储器剩余空间，当剩余空间小于20％时在LCD屏幕上提示报警，二是采用循环存储的方式保存文件，当存储空间用完时覆盖最早，的存储记录。循环存储文件工作流程如下：

闪速存储器中的文件以直接读写的方式保存，并使用以下的数据结构管理：

该结构形成文件信息管理的单向链表，链表中的元素按录音文件生成顺序依次添加在链表的末尾。数据结构中time_spec保存的是1600年1月1日0时0分0秒至录音起始时间经过的秒数，start_pos保存文件在FLASH中的绝对起始地址。

如果当前闪速存储器中的存储空间已经用完，则系统开始循环记录文件。为了使循环记录后的文件列表仍然保持清晰，不至于发生文件循环记录后文件无法查找的情况，该方法还包括以下步骤：

1)当语音文件被记录到闪速存储器(FLASH)末尾地址仍未结束，首先从文件链表中取出第一条文件记录，删除文件记录和相关数据文件，并将删除文件的结束地址作为新的空白区域结束地址写入闪速存储器(FLASH)，从闪速存储器(FLASH)起始地址继续记录语音文件；

2)若到达新的空白区域结束地址语音文件仍未结束，则继续从文件链表中删除文件记录，更新空白区域结束地址，并重复步骤(2)直至录音过程结束；

3)将新的语音文件信息插入链表的末尾，文件结束地址计算方法更新为结束地址＝(起始地址+文件长度)mod(FLASH)。

ARM7处理器按线性顺序依次写入语音文件，当发现当前FLASH剩余空间不足时，则从链表表头取出第一个文件的存储信息，根据文件起始地址和文件长度删除该文件，然后记录文件结束地址作为新的闪速存储器结束地址。文件结束地址计算方法为：结束地址＝(起始地址+文件长度)mod(FLASH长度)。删除完毕后，文件继续记录，如果空间仍然不够，则重复以上步骤直至录音结束。文件循环记录流程如图3所示。

在录音文件数目较多的情况下提高录音文件检索速度是系统需要解决的另一个问题。当前文件查找方法多为线性查找或折半查找，检索文件的效率较低。为了使闪速存储器中的语音文件可以被快速检索，系统还使用了一种基于多叉树的文件记录检索方法。该方法以time_spec作为检索关键字，组成多叉树提高文件检索能力。文件检索方法主要流程如下：

文件起始记录时间time_spec由64位二进制数组成，记录的是文件记录基准时间即1600年1月1日0时至语音文件启始记录时间之间流逝的秒数。因为在任意文件检索时间范围内，time_spec值的分布都是线性的，因此，每个文件的起始时间被拆分成4个16位二进制数，并保存在数组time_section[4]当中。其中time_section[0]保存63～48位数据，time_section[1]保存47～32位数据，以此类推。在初始情况下，多叉树根据time_section[0]生成根节点，根据time_section[1]生成二级根节点，直至time_section[3]生成叶子节点。在叶子节点中，写入文件的绝对起始地址。当有新的语音文件生成，系统首先将time_spec拆分成数组time_section[4]，然后进入多叉树寻找入口。如果time_section[0]的值在多叉树中已存在，则沿该入口进入二级节点继续寻找，直至新的叶子节点生成，否则建立新的根节点和叶子节点。多叉树组成示意图如图4所示。

当根据时间检索文件，系统首先确保结束时间大于起始时间，然后将检索时间转换为秒数并切割为数组time_section[4]，并以此作为检索条件。算法首先根据time_section的值寻找起始和结束时间的多叉树入口，然后分别检索到最靠近检索时间的叶子节点。由检索时间的线性特性可知，在搜索到的两个叶子节点之间的所有节点时间都是符合检索要求的文件。因此算法遍历这两个叶子节点之间的所有元素，并取出文件信息供列表显示。

为了提高系统的可操作性，系统还设计了专门为该系统定制的图形界面显示模块，通过图形化的显示手段，给用户提供简便和直观的操作界面。图形界面显示模块由运行于ARM7处理器的图形界面显示软件和键盘显示器组成，软件采用面向对象的设计方法。该模块包含如下部分：

1)数据图形化显示，系统所有数据显示和设置控制以图形化方式显示；

2)标准输入输出控件，包含IP地址输入框、文件列表框、功能菜单等标准控件；

3)键盘输入支持，接受方向、数字、确定、取消、播放的键盘输入；

4)手动锁定和自动休眠，支持手动键盘锁定功能和屏幕定时休眠功能。

所有图形界面元素由基本图形对象类GWidget提供，该对象提供对象基本绘制、基本消息传递等方法，并可设置对象大小、位置等基本属性。在该对象基础上，图形界面显示模块还提供了文件列表框等扩展控件，以增强图形显示功能。图形界面显示软件中提供的控件列表如5所示，图形界面显示软件中各对象类的依赖关系如图6所示。

同时图形界面显示模块提供键盘输入响应功能，由对象事件KeyboardEvent实现。该对象从键盘驱动中获得键盘输入键值，然后传递到基本图形对象GWidget，由GWidget中的消息传递机制确定该键值的认领对象，再由GWidget分配给对应的控件进行键盘事件处理。如果用户输入的键值为锁定键盘，则直接由GWidget封锁该消息并停止键盘消息传递，知道键盘开锁键值被接收。同时图形界面显示模块还提供定时屏幕休眠功能。GWidget对象与系统定时器接口TimerEvent相连，当键盘有按键输入时，GWidget对象将定时器中的计数值清空，强迫定时器重新计数；否则定时器在计数溢出之后发送休眠事件，由GWidget对象接收并关闭LCD显示屏电源，直到有新的键盘事件接收到再重新打开电源。图形显示模块各对象之间的依赖关系如图5所示。

系统远程管理模块由运行于ARM7处理器的远程管理软件和以太网组成，软件包含系统内置的TCP/IP协议栈，通过以太网提供远程管理功能。网络连接由UDP协议实现，通过与远端PC机的管理软件进行握手应答，实现数据包的传递和交换。本机发送和接收数据包包头格式定义如下：

当系统收到远端PC机发送的数据包，首先由同步字sync和站内编号SubAddr判断该数据包是否属于本机，再通过子功能号SubFunc明确该数据包请求的功能。明确功能后，按照数据包请求生成对应数据，再附加数据包包头，回应给远端PC机，并在Answer字段中填充命令执行结果，完成一次数据应答。

应用上述模块和方法可形成本发明所述的电话录音录时系统，本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术内容所作的增加，以本领域一些同样内容的替换，均应属本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种嵌入式多通道录音录时系统，其特征在于，该系统由12路信号调理至信号放大，再到模拟/数字转换器分别连接启动信号判断、转储控制处理器，启动信号判断输出分别至转储控制处理器、ARM7处理器，转储控制处理器输出接双口RAM，双口RAM输出接ARM7处理器，ARM7处理器输出分别接以太网、键盘显示器和闪速存储器；具体是指：

a)信号调理与转换模块：将电话线上的语音信息经过滤波放大后，通过模拟/数字转换器转换为数字信号；所述信号调理与转换模块包括信号调理、信号放大、模拟/数字转换器；

b)语音信号启动判断模块：判断转换后的语音数字信号在100ms持续时间内幅度是否大于20db，幅度满足要求则产生录音启动和停止信号：所述语音信号启动判断模块由启动信号判断完成功能；

c)音频数据压缩模块：将语音数字信号通过模拟/数字转换器中的DSP处理器按照G.729标准进行语音压缩；所述音频数据压缩模块由模拟/数字转换器完成功能；在语音数据中添加自定义信息，使得信息按照通道和录音顺序保存；

d)音频数据转储模块：将音频数据压缩模块输出的数据通过转储控制处理器暂存在双口RAM之中，再通过ARM7处理器转换存储至闪速存储器；所述音频数据转储模块由转储控制处理器、双口RAM、运行于ARM7的存储管理软件和闪速存储器组成；

e)图形界面显示模块：提供嵌入式图形用户管理界面，供用户对系统存储的录音文件进行检索、管理和回放；所述图形界面显示模块由运行于ARM7的图形界面显示软件和键盘显示器组成；

f)系统远程管理模块：通过以太网控制芯片使用户可以通过以太网远程检索、管理和回放系统中的录音文件；系统远程管理模块由运行于ARM7的远程管理软件和以太网组成。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式多通道录音录时系统，其特征在于：所述的模块d)进一步包括以下步骤：

d1)转储控制处理器按照通道数目将双口RAM划分为12个容量相等的语音存储单元管理，每个语音存储单元划分为两块大小相等的乒乓缓冲区；

d2)转储控制处理器在双口RAM固定区域记录各通道录音状态和音频数据压缩模块占用的存储区域；

d3)转储控制处理器根据占用存储区域标志位向指定区域写入音频数据压缩模块输出的语音数据，待写满后通知ARM7处理器读取并转换占用存储区域，同时向另一块乒乓缓冲区写入数据；ARM7处理器通过双口RAM中的自定义数据结构与转储控制处理器交换存储状态，实现语音数据转存；

d4)ARM7处理器根据转储控制处理器的信号判断数据读取区域并从指定存储区域读走数据，直至录音过程结束。