CN103366754A - 宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法 - Google Patents

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马琳
王柏岩
莫云
韩帅
孟维晓
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Abstract

宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，属于通信系统领域，本发明为解决现有调度台语音速率单一，无法同时保证较高的语音质量与节约网络资源的问题。本发明所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法具体过程为：发送组呼请求信令；发送组呼应答信令；判断是否开始录音；记录本次组呼通话的开始时刻；发送话语权授予信令；发送语音数据；判断是否停止发送语音数据；发送呼叫释放信令；判断调度台是否正在录音；数据库记录本次组呼通话的结束时刻，记录通话时长，保存录音；调度台向交换控制中心发送语音数据的具体过程为：开启发送功能；选择编码速率；开始发送语音数据；判断是否更换编码速率方式。本发明用于多速率的语音编码中。

Description

宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法
技术领域
本发明涉及一种宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法。
背景技术
宽带多媒体集群系统是面向重点行业应用的宽带无线多媒体接入系统，是为政府部门、机关团体、行业用户、企事业单位的特殊服务需求而组建的通信系统，它具备指挥、调度、宽带多媒体数据传输等重要功能。宽带多媒体集群系统是面向公安系统等重点行业的宽带多媒体无线接入系统的研发与产业化。它能加强国家对于公共安全、紧急事件处理、大型集会活动、救助自然灾害、抵御敌对势力攻击、预防恐怖袭击和众多突发情况应急反应的能力，做到迅速布设网络，保障重要信息的传输，快速有效地指挥发令。
调度台是宽带多媒体集群系统的重要组成之一，通过它来实现远程一对一或一对多的指挥调度、可视通话、监听等功能。较高速率的编码算法语音质量好，但占用网络资源较大，较低速率的编码算法占用网络资源较小，但较难保证话音质量。
AMR语音编码器可以对语音信号进行八种速率编解码，编码器输入为8kHz采样、16bit量化的线性PCM编码，编码操作以20ms为一语音帧，即160个样点。发送端编码器提取ACELP模型参数(参数包括：线性预测系数、自适应码本索引及自适应码本增益、固定码本索引及固定码本增益)进行传输，接收端泽码器再根据这些参数构成激励信号重构出合成语音。AMR语音编码结构图如图3。
任何AMR模式下的语音帧结构都如图9所示。
AMR帧被分为三个部分AMR帧头(Header)、AMR辅助信息(Auxiliary Information)和AMR核心帧(Core Frame)。AMR帧头部分包括帧类型和帧质量指示，占一字节，如表1所示。
表1AMR Header帧格式图表
AMR头部和辅助信息中，帧类型、模式指示标志和模式请求关系密切，如表2。
表2帧类型、模式指示标志和模式请求关系图表
Figure BDA00003384855000012
Figure BDA00003384855000021
其中4比特的帧类型字段，表明该帧使用了8种AMR编解码模式中的一种(0-7)，从AMR帧结构可以初步看出，AMR这种具有多种码速率，且可根据无线信道环境通过无线资源管理来做不同速率选择的特性，很适合宽带多媒体集群系统调度台的要求。
发明内容
本发明目的是为了解决现有调度台语音速率单一，无法同时保证较高的语音质量与节约网络资源的问题，提供了一种宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法。
本发明所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，实现该方法的系统包括调度台DC、交换控制中心SCC和多个用户终端UE，调度台DC的UDP套接口服务器接收交换控制中心SCC的无线信号传输，调度台DC的UDP套接口客户端KS向交换控制中心SCC传送无线信号，所有用户终端UE与交换控制中心SCC进行无线通信；
该方法的具体过程为：
步骤一、调度台DC向交换控制中心SCC发送组呼请求信令；
步骤二、交换控制中心SCC向调度台DC发送组呼应答信令；
步骤三、调度台DC判断是否开始录音，如果否则执行步骤四，如果是则开始录音，然后执行步骤四；
步骤四、调度台DC的数据库记录本次组呼通话的开始时刻；
步骤五、交换控制中心SCC向调度台DC发送话语权授予信令；
步骤六、调度台DC向交换控制中心SCC发送语音数据；
步骤七、判断是否停止发送语音数据，如果否则返回步骤六，如果是则组呼结束；
步骤八、调度台DC向交换控制中心SCC发送呼叫释放信令；
步骤九、判断调度台DC是否正在录音，如果否则执行步骤十，如果是则停止录音，然后执行步骤十；
步骤十、调度台DC的数据库记录本次组呼通话的结束时刻，记录通话时长，保存录音；
步骤六所述调度台DC向交换控制中心SCC发送语音数据的具体过程为：
步骤六一、调度台DC开启语音编码发送功能；
步骤六二、选择编码速率；
步骤六三、调度台DC开始发送语音数据；
步骤六四、判断是否更换编码速率方式，如果是则返回步骤六二，如果否则执行步骤七。
本发明的优点：多速率的语音编码会在语音质量和网络资源上取得良好的折衷。本发明所述的宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法的实现是建立在AMR实时语音传输程序的基础上，用更加智能的方式解决了信源和信道编码的速率分配问题，使得无线资源的配置和利用更加灵活和高效。
采用多速率的语音编码可使调度人员在网络资源充分的情况下选择高质量的语音编码方法，在网络资源不足时采用低速率的语音编码，从而节省了调度台的网络资源。
附图说明
图1是本发明所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法的流程框图；
图2是本发明所述调度台DC向交换控制中心SCC发送语音数据的流程框图；
图3是AMR语音编码结构图；
图4是语音编码程序流程图；
图5是RTP头帧结构图；
图6是MR475的RTP载荷帧结构；
图7是DTP头结构图；
图8是调度台组呼流程示意图；
图9是AMR语音帧结构图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，实现该方法的系统包括调度台DC、交换控制中心SCC和多个用户终端UE，调度台DC的UDP套接口服务器接收交换控制中心SCC的无线信号传输，调度台DC的UDP套接口客户端KS向交换控制中心SCC传送无线信号，所有用户终端UE与交换控制中心SCC进行无线通信；
该方法的具体过程为：
步骤一、调度台DC向交换控制中心SCC发送组呼请求信令；
步骤二、交换控制中心SCC向调度台DC发送组呼应答信令；
步骤三、调度台DC判断是否开始录音，如果否则执行步骤四，如果是则开始录音，然后执行步骤四；
步骤四、调度台DC的数据库记录本次组呼通话的开始时刻；
步骤五、交换控制中心SCC向调度台DC发送话语权授予信令；
步骤六、调度台DC向交换控制中心SCC发送语音数据；
步骤七、判断是否停止发送语音数据，如果否则返回步骤六，如果是则组呼结束；
步骤八、调度台DC向交换控制中心SCC发送呼叫释放信令；
步骤九、判断调度台DC是否正在录音，如果否则执行步骤十，如果是则停止录音，然后执行步骤十；
步骤十、调度台DC的数据库记录本次组呼通话的结束时刻，记录通话时长，保存录音。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤六所述调度台DC向交换控制中心SCC发送语音数据的具体过程为：
步骤六一、调度台DC开启语音编码发送功能；
步骤六二、选择编码速率；
步骤六三、调度台DC开始发送语音数据；
步骤六四、判断是否更换编码速率方式，如果是则返回步骤六二，如果否则执行步骤七。
具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤六二所述的编码速率包括8种，分别为：12.2kb/s、10.2kb/s、7.95kb/s、7.40kb/s、6.70kb/s、5.90kb/s、5.15kb/s和4.95kb/s。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤六二所述选择编码速率的具体过程为：
步骤a、交换控制中心SCC获取信道质量；
步骤b、交换控制中心SCC根据步骤a获取的信道质量选择编码速率；
步骤c、交换控制中心SCC将选择的编码速率发送给调度台DC。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式四作进一步说明，步骤a所述的交换控制中心SCC获取信道质量采用的方法为：CCR技术。
本实施方式中，CCR，Channel Controlled Rate，表示信道控制速率技术。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式五作进一步说明，交换控制中心SCC根据CCR技术获取信道质量的具体过程为：
步骤aa、用2个或4个脉冲的归一化载干比预测值来计算信道的状态信息CSI，得到当前信道的短时质量；
步骤ab、将步骤aa获取的信道短时质量的输出值转换为dB；
步骤ac、将步骤ab获取的数据传递给FIR滤波器，经过滤波后输出；
步骤ad、将滤波后输出的数据和门限值比较，得到一个信道度量值；
步骤ae、根据信道度量值获取信道质量。
本实施方式中，FIR滤波器的滤波起到平滑和预测的作用。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式六作进一步说明，步骤ae所述根据信道度量值获取信道质量的设定标准如下表所示：
信道度量值(比特表示) 信道质量
3(11) 很好
2(10) 好
1(00) 差
0(01) 很差
具体实施方式八：本实施方式对实施方式六作进一步说明，步骤aa所述2个脉冲是在半速率信道模式下采用。
具体实施方式九：本实施方式对实施方式六作进一步说明，步骤aa所述4个脉冲是在全速率信道模式下采用。
具体实施方式十：本实施方式对实施方式六作进一步说明，步骤aa所述归一化载干比表示载波信号与干扰信号比C/I。
八种速率间的切换采用信道控制速率(CCR，Channel Controlled Rate)技术。CCR信道质量估计的具体步骤是：首先用2个(半速率信道模式)或4个(全速率信道模式)脉冲的归一化载(载波信号)干(干扰信号)比C/I预测值来计算信道状态信息(CSI)，得到当前信道的短时质量，然后将输出值转换为dB后传递给FIR滤波器，滤波起平滑和预测的作用，最后将滤波器的输出和一定的门限值比较，得到一个代表4种信道质量的2比特输出。
基站控制单元接收信道质量信息并根据信道质量的好坏在八种模式间切换编码速率：在坏的信道条件下，信道编码中的冗余比特数不足以纠正传输错误，这时应提高信道编码速率(增加冗余比特数)而减小信源(语音)编码速率来保障通话质量；相反，在好的信道条件下，应增加信源编码速率来提高语音质量。
实现该方法的系统按功能主要分为4大功能模块：语音采集、编码与封包、套接口发送、录音处理。
语音采集模块从声卡采集数据并转换为PCM编码数据包送入缓冲队列1；编码与封包模块从缓冲队列2中取出数据包，采用自适应多速率(AMR)语音编码压缩标准中的一种速率对语音进行压缩，并且针对压缩后的得到的不同编码速率语音数据，编码程序流程图如图4。将编码后的语音数据封装RTP头与DTP头从而形成完整的语音包，再送入缓冲队列2中，RTP数据包可分解为RTP头和RTP载荷，RTP头的帧结构如图5所示，RTP载荷的编码方式以MR475为例，如图6所示。DTP包封包格式如图7；套接口服务器发送模块从队列2中取出语音包采用UDP Socket的方式发送至网络中，从而实现语音发送的完整过程。
本发明的工作过程为：
搭建测试环境：一个基于PC的调度台DC，一个基于PC的交换控制中心SCC，一个基于PC的模拟用户终端UE。开启调度台DC的UDP套接口服务器和UDP套接口客户端后，按如下步骤进行：
1.调度台向交换控制中心发送组呼请求信令。
2.交换控制中心向调度台发送组呼应答信令。
3.调度台可以在此时按下录音。
4.交换控制中心同时向调度台发送话语权授予信令。
5.调度台采用任意一种编码速率向交换控制中心发送语音数据，并可以根据网络资源更改编码速率。
6.讲话结束后，调度台向交换控制中心发送话语权释放信令。
7.交换控制中心向调度台发送话语权解除信令。
8.其他用户讲话。
9.调度台想要讲话时，发送话语权申请信令。
10.交换控制中心发送话语权授予信令。
11.调度台发送某种编码速率的语音数据。
12.通话结束时，调度台向交换控制中心发送呼叫释放信令。
13.调度台此时如果正在录音，则录音自动停止，并将本次通话的所有录音片段拼接成一个文件保存。
14.交换控制中心向调度台发送呼叫释放信令。
15.调度台可以在数据库中找到本次通话记录并重放录音。

Claims (9)

1.宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，实现该方法的系统包括调度台DC、交换控制中心SCC和多个用户终端UE，调度台DC的UDP套接口服务器接收交换控制中心SCC的无线信号传输，调度台DC的UDP套接口客户端KS向交换控制中心SCC传送无线信号，所有用户终端UE与交换控制中心SCC进行无线通信；
其特征在于，该方法的具体过程为：
步骤一、调度台DC向交换控制中心SCC发送组呼请求信令；
步骤二、交换控制中心SCC向调度台DC发送组呼应答信令；
步骤三、调度台DC判断是否开始录音，如果否则执行步骤四，如果是则开始录音，然后执行步骤四；
步骤四、调度台DC的数据库记录本次组呼通话的开始时刻；
步骤五、交换控制中心SCC向调度台DC发送话语权授予信令；
步骤六、调度台DC向交换控制中心SCC发送语音数据；
步骤七、判断是否停止发送语音数据，如果否则返回步骤六，如果是则组呼结束；
步骤八、调度台DC向交换控制中心SCC发送呼叫释放信令；
步骤九、判断调度台DC是否正在录音，如果否则执行步骤十，如果是则停止录音，然后执行步骤十；
步骤十、调度台DC的数据库记录本次组呼通话的结束时刻，记录通话时长，保存录音；
步骤六所述调度台DC向交换控制中心SCC发送语音数据的具体过程为：
步骤六一、调度台DC开启语音编码发送功能；
步骤六二、选择编码速率；
步骤六三、调度台DC开始发送语音数据；
步骤六四、判断是否更换编码速率方式，如果是则返回步骤六二，如果否则执行步骤七。
2.根据权利要求1所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，步骤六二所述的编码速率包括8种，分别为：12.2kb/s、10.2kb/s、7.95kb/s、7.40kb/s、6.70kb/s、5.90kb/s、5.15kb/s和4.95kb/s。
3.根据权利要求1所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，步骤六二所述选择编码速率的具体过程为：
步骤a、交换控制中心SCC获取信道质量；
步骤b、交换控制中心SCC根据步骤a获取的信道质量选择编码速率；
步骤c、交换控制中心SCC将选择的编码速率发送给调度台DC。
4.根据权利要求3所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，步骤a所述的交换控制中心SCC获取信道质量采用的方法为：CCR技术。
5.根据权利要求4所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，交换控制中心SCC根据CCR技术获取信道质量的具体过程为：
步骤aa、用2个脉冲或4个脉冲的归一化载干比预测值来计算信道的状态信息CSI，得到当前信道的短时质量；
步骤ab、将步骤aa获取的信道短时质量的输出值转换为dB；
步骤ac、将步骤ab获取的数据传递给FIR滤波器，经过滤波后输出；
步骤ad、将滤波后输出的数据和门限值比较，得到一个信道度量值；
步骤ae、根据信道度量值获取信道质量。
6.根据权利要求5所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，步骤ae所述根据信道度量值获取信道质量的设定标准如下表所示：
信道度量值(比特表示) 信道质量 3(11) 很好 2(10) 好 1(00) 差 0(01) 很差
7.根据权利要求5所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，步骤aa所述2个脉冲是在半速率信道模式下采用。
8.根据权利要求5所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，步骤aa所述4个脉冲是在全速率信道模式下采用。
9.根据权利要求5所述宽带多媒体集群系统调度台多速率语音编码方法，其特征在于，步骤aa所述归一化载干比表示载波信号与干扰信号比C/I。
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