CN107920113A - 车辆通信系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆通信系统及其控制方法，涉及车辆地面组网技术领域。其中，车辆通信系统包括：处理机设备和终端设备，处理机设备的机箱内部集成有单板计算机模块、声码器模块和电话通信模块；终端设备包括连接至电话通信模块，用于进行LCD控制、键盘扫描、语音芯片控制采集；处理机设备与终端设备通过专用网线连接进行站内通信；处理机设备的内网交换机接口通过网线与系统外的设备连接进行站外通信。整个系统功能全面、性能可靠、布设迅速、使用方便、设备体积小、存储量大，可用于无人机地面组网不同站点的使用，可适应训练与作战的快速反应要求，并实现现代化车辆语音通信系统可靠性及统一化的管理需求。

Description

车辆通信系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆地面组网技术领域，具体而言，涉及一种车辆通信系统及其控制方法。

背景技术

车辆语音通信设备主要用于无人机地面组网设备中，通过网线、电话线、无线连接等地面组网进行各部分之间的通信，目前多采用分散式模块通信，各模块通过自身特点进行独立组网设计，各模块自身与其他模块之间的通信存在转换困难、线缆繁冗、布设困难、功耗大、体积大、设备种类多等缺点，仅支持站内通信及站点与主站之间的通信，不具备各站之间的直接数据通信，只能通过主站的分配转换进行间接通信，这样给主站造成很大的压力，不能避免主站异常，则整个组网通信中断的风险，在设备集成化、通用化、智能化、低成本等方面存在明显的不足。

申请号为201110407320.5的专利文献公开了一种车载语音通信系统，其特征包括：语音采集单元、音频处理单元、语音提示单元、液晶显示单元、中央处理单元、无线收发单元、GPS定位单元和供电单元；语音采集单元与音频处理单元通过芯片相集成，且经过语音采集单元采集的模拟声频信号经过芯片上的通信导体传输给音频处理单元，然后再将处理后的音频信号传输给中央处理单元；中央处理单元通过电路板上的通信导体分别与上述其他各单元相连接，进行通信。采用本发明驾驶员就能够在驾驶车辆的同时，方便的进行语音通信，既不会错过重大商机，也不会影响驾驶，达到了安全、便捷的驾驶体验。申请号为201520791913.X的专利文献公开了一种智能车载语音通信系统，包括一车载终端以及与该车载终端连接的语音收发装置和摄像装置；所述车载终端包括中央处理单元、音频处理单元、语音提示单元、显示器、无线通信单元和供电单元，所述中央处理单元分别与音频处理单元、语音提示单元、显示器、无线通信单元和供电单元连接，所述语音收发装置与音频处理单元连接；所述车载终端还包括G-MOUSE接口和GSM天线接口，所述G-MOUSE接口中插接有G-MOUSE卫星接收器，所述GSM天线接口中插接有GSM天线。该智能车载语音通信系统具有语音通信功能和安防功能等，可满足更多的需求。上述方案并不能很好地应用至无人机地面组网领域。

因此，如何设计简洁高效集成度高功耗低的车载通信设备并使其支持各站之间的直接数据通信成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在克服现有地面组网车辆通信站之间不具备各站之间的直接数据通信能力的缺陷，提出了一种新型的车辆通信系统及其控制方法，具备智能化、通用化、集成化、功耗低、体积小、重量轻、布设简单等优点。

为此，本发明的第一方面提出了一种车辆通信系统，包括处理机设备和终端设备，处理机设备的机箱内部集成有单板计算机模块、声码器模块和电话通信模块，其中，单板计算机模块连接至电话通信模块，用于接收和发送语音数据，声码器模块连接至电话通信模块，用于对语音数据进行编码和解码，电话通信模块用于完成数据处理和数据存储；终端设备包括连接至电话通信模块，用于进行LCD控制、键盘扫描、语音芯片控制采集；处理机设备与终端设备通过专用网线连接进行站内通信；处理机设备的内网交换机接口通过网线与系统外的设备连接进行站外通信。

在上述任一方案中优选的是，处理机设备具有四网一体接口，通过专用电话线与IP语音网关设备连接进行站外程控电话通信。

在上述任一方案中优选的是，处理机设备通过专用电话线与外部的航管接入设备进行站外航管电话通信。

在上述任一方案中优选的是，处理机设备通过专用电话线与外部的光端机连接进行站外勤务电话通信。

在上述任一方案中优选的是，处理机设备内部还集成有视频采集模块，通过专用视频线缆与摄像头连接，用于完成PAL模拟视频的采集并进行H.264压缩和存储。

在上述任一方案中优选的是，终端设备具有耳麦接口，与耳麦连接，进行语音数据的交互。

在上述任一方案中优选的是，单板计算机模块还用于对告警信息进行解算处理。

在上述任一方案中优选的是，电话通信模块具体用于进行网口数据、电话接口数据、音频数据的处理，语音数据的存储，多路语音数据的切换和控制。

在上述任一方案中优选的是，还包括为处理机设备和终端设备供电的电源系统，具备过压保护、过流保护、防尖峰、防浪涌能力；电源系统经过EMI滤波器滤波后进行供电，EMI滤波器直接设置在PCB板上，具有电磁兼容相关指标可调整特性。

在上述任一方案中优选的是，单板计算机模块以Inter处理器为核心，运行Windows XPe操作系统进行数据处理，一路网口和外部接口进行电台数据交互，一路网口通过电话通信模块和声码器进行数据交互。

在上述任一方案中优选的是，声码器模块对外采用百兆以太网接口，集成两种编解码算法，采用FPGA+DSP构架，FPGA为Xilinx Spartan6 FPGA，完成以太网接口和RS422串口的数据收发功能，FPGA外展DDR2存储器来作为程序运行内存，外扩以太网PHY芯片实现以太网数据收发，外扩RS422接口芯片用来实现总线电平的转换；DSP为TMS320C6416T处理器，实现电台数据的编解码算法，外扩NorFlash作为程序存储器。

在上述任一方案中优选的是，视频采集模块包括DaVinc系列多核处理器TMS320DM8168，以及与之连接的视频解码器芯片TVP5158。

本发明的第二方面提出了一种车辆通信系统的控制方法，应用于上述技术方案中提供的车辆通信系统，包括：以处理机设备为核心单元，进行语音数据的接收和发送，语音数据的编码和解码，并完成数据处理和数据存储；通过终端设备进行语音数据的控制切换，语音数据的实时传输和回放，视频压缩及存储，数字话音信号编解码，语音合成，站内通信、站间通信、电台通信及语音数据的合成处理。

在上述任一方案中优选的是，还包括：通过通道选择开关，分别控制多路电台语音的接入，可同时选择其中一路或多路进行收听，可将一路采集的语音数据进行UDP通信，站内各席位之间可建立起单呼组呼通话，席位可拨通站外电话。

在上述任一方案中优选的是，进行语音数据的接收和发送，语音数据的编码和解码，并完成数据处理和数据存储，具体包括：进行电台语音数据的转发及编解码，视频采集压缩及存储，音频输出，多路程控电话、多路航管电话和多路勤务电话通话的控制。

在上述任一方案中优选的是，站间通信包括程控电话通信、航管电话通信、勤务电话通信及外部电台通信。

在上述任一方案中优选的是，还包括：将通信语音数据进行合成算法处理后的语音信息送至所通信的终端设备进行播放，并进行存储，供系统数据的回放分析处理。

本发明的第三方面提出了一种车辆，包括如上述任一技术方案提供的车辆通信系统。

本发明提供的车辆通信系统及其控制方法具备终端设备控制切换、语音数据的实时传输、回放、视频压缩及存储、数字话音信号编解码功能和语音合成功能、站内通信、站间通信、电台通信及语音数据合成处理功能。控制主机对语音数据进行存储，便于检索、回放，分析通话数据，将PAL制式视频数据，存储于大容量存储卡中，便于检索、回放车内环境状况。整个系统功能全面、性能可靠、布设迅速、使用方便、设备体积小、存储量大，可用于无人机地面组网不同站点的使用，可适应训练与作战的快速反应要求，并实现现代化车辆语音通信系统可靠性及统一化的管理需求，具有较高的社会效益和经济效益。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为按照本发明的车辆通信系统的一优选实施例的示意框图；

图2为按照本发明的车辆通信系统控制方法的一优选实施例的示意流程图；

图3为按照本发明的车辆通信系统的硬件系统框图；

图4为按照本发明的车辆通信系统的声码器模块示意框图；

图5为按照本发明的车辆通信系统的电话通信模块示意框图；

图6为按照本发明的车辆通信系统的视频采模块示意框图；

图7为按照本发明的车辆通信系统的终端设备示意框图；

图8为按照本发明的车辆通信系统的设备交联关系示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种车辆通信系统100，包括处理机设备102和终端设备104，处理机设备102的机箱内部集成有单板计算机模块1022、声码器模块1024和电话通信模块1026，其中，单板计算机模块1022连接至电话通信模块1026，用于接收和发送语音数据，声码器模块1024连接至电话通信模块1026，用于对语音数据进行编码和解码，电话通信模块1026用于完成数据处理和数据存储；终端设备104包括连接至电话通信模块1026，用于进行LCD控制、键盘扫描、语音芯片控制采集；处理机设备102与终端设备104通过专用网线连接进行站内通信；处理机设备102的内网交换机接口通过网线与系统外的设备连接进行站外通信。

根据本发明的上述实施例，优选地，处理机设备102具有四网一体接口，通过专用电话线与IP语音网关设备连接进行站外程控电话通信。

根据本发明的上述实施例，优选地，处理机设备102通过专用电话线与外部的航管接入设备进行站外航管电话通信。

根据本发明的上述实施例，优选地，处理机设备102通过专用电话线与外部的光端机连接进行站外勤务电话通信。

根据本发明的上述实施例，优选地，处理机设备102内部还集成有视频采集模块，通过专用视频线缆与摄像头连接，用于完成PAL模拟视频的采集并进行H.264压缩和存储。

根据本发明的上述实施例，优选地，终端设备104具有耳麦接口，与耳麦连接，进行语音数据的交互。

根据本发明的上述实施例，优选地，单板计算机模块1022还用于对告警信息进行解算处理。

根据本发明的上述实施例，优选地，电话通信模块1026具体用于进行网口数据、电话接口数据、音频数据的处理，语音数据的存储，多路语音数据的切换和控制。

根据本发明的上述实施例，优选地，还包括为处理机设备102和终端设备104供电的电源系统，具备过压保护、过流保护、防尖峰、防浪涌能力；电源系统经过EMI滤波器滤波后进行供电，EMI滤波器直接设置在PCB板上，具有电磁兼容相关指标可调整特性。

根据本发明的上述实施例，优选地，单板计算机模块1022以Inter处理器为核心，运行Windows XPe操作系统进行数据处理，一路网口和外部接口进行电台数据交互，一路网口通过电话通信模块1026和声码器进行数据交互。

根据本发明的上述实施例，优选地，声码器模块1024对外采用百兆以太网接口，集成两种编解码算法，采用FPGA+DSP构架，FPGA为Xilinx Spartan6 FPGA，完成以太网接口和RS422串口的数据收发功能，FPGA外展DDR2存储器来作为程序运行内存，外扩以太网PHY芯片实现以太网数据收发，外扩RS422接口芯片用来实现总线电平的转换；DSP为TMS320C6416T处理器，实现电台数据的编解码算法，外扩NorFlash作为程序存储器。

根据本发明的上述实施例，优选地，视频采集模块包括DaVinc系列多核处理器TMS320DM8168，以及与之连接的视频解码器芯片TVP5158。

如图2所示，本发明的实施例提供了一种车辆通信系统控制方法，应用于上述实施例提供的车辆通信系统100，包括：S202，以处理机设备为核心单元，进行语音数据的接收和发送，语音数据的编码和解码，并完成数据处理和数据存储；S204，通过终端设备进行语音数据的控制切换，语音数据的实时传输和回放，视频压缩及存储，数字话音信号编解码，语音合成，站内通信、站间通信、电台通信及语音数据的合成处理；S206，通过通道选择开关，分别控制多路电台语音的接入，可同时选择其中一路或多路进行收听，可将一路采集的语音数据进行UDP通信，站内各席位之间可建立起单呼组呼通话，席位可拨通站外电话；S208，将通信语音数据进行合成算法处理后的语音信息送至所通信的终端设备进行播放，并进行存储，供系统数据的回放分析处理。

根据本发明的上述实施例，优选地，进语音数据的接收和发送，语音数据的编码和解码，并完成数据处理和数据存储，具体包括：进行电台语音数据的转发及编解码，视频采集压缩及存储，音频输出，多路程控电话、多路航管电话和多路勤务电话通话的控制。

根据本发明的上述实施例，优选地，站间通信包括程控电话通信、航管电话通信、勤务电话通信及外部电台通信。

如图3所示，是按照本发明的车辆通信系统的硬件系统框图，该系统主要由处理机设备和终端设备组成。处理机设备为该系统的核心单元，集成了电台语音数据的转发及编解码、视频采集压缩及存储、音频输出以及6路程控电话、2路航管电话和5路勤务电话通话的控制功能，故处理设备采用模块化设计，硬件单元为单板计算机模块、通用化声码器模块、电话通信模块、视频采集卡和电源系统，各模块集成于处理机设备机箱内。终端设备实现了站内单呼、站内组呼、站外单呼和电台通信功能，通过通道选择开关，分别控制四路电台语音的接入，操作员可同时选择其中一路或多路进行收听；可将一路采集的语音数据发送往通用化声码器采用UDP通信，同时站内各席位之间可建立起单呼组呼通话，及席位可拨通站外电话功能。其中，单板计算机模块主要完成电台语音数据的接收和发送以及对告警信息的解算处理。单板计算机模块通过2路网口对外部模块进行通信，一路网口和外部接口进行电台数据交互，一路网口通过电话通信模块和声码器进行数据交互。该模块选用Inter处理器为核心，运行Windows® XPe 操作系统进行数据处理。电源系统主要完成处理机设备的整机供电及系统内部各模块供电。支持AC220V交流电源供电，供电范围在AC 176~264V之间，频率范围为50Hz+3Hz。电源接入处理机设备，经过EMI滤波器滤波后，接入+12V 13A和+5V 9A双路大功率的电源模块，其中+12V电源给主控板和视频卡供电；+5V电源给通用化声码器模块和单板计算机供电。电源处理电路中滤波器部分没有采用市面上现成的滤波器模块，而是采用公司多款产品上的成熟电路，将滤波器电路直接放置在PCB印制板上，具有电磁兼容相关指标可调整特性，特别像CE102等项能够根据谐波频率调整滤波器电路中滤波电容大小达到满足相应标准要求，比采用现成模块具有更好的可调整性。电源系统按照GJB181A-2003《飞机供电特性》交流用电设备要求进行设计，电源电路具有过压保护、过流保护、尖峰及防浪涌设计功能。

如图4所示，是按照本发明的车辆通信系统的声码器模块示意框图，该模块主要完成电台语音数据编解码工作，对外采用百兆以太网接口，可集成两种编解码算法。通用化声码器模块采用FPGA+DSP构架，FPGA选用Xilinx Spartan6 FPGA完成以太网接口和RS422串口的数据收发功能，FPGA外展DDR2存储器来作为程序运行内存，外扩以太网PHY芯片实现以太网数据收发，外扩RS422接口芯片用来实现总线电平的转换；DSP选用TI公司的TMS320C6416T 处理器实现电台数据的编解码算法，外扩NorFlash作为程序存储器。

如图5所示，是按照本发明的车辆通信系统的电话通信模块示意框图，该模块主要完成14路电话模块（其中2路备用）可实现站外单呼功能，接入勤务、程控、四网一体设备，将通话过程中的语音数据存储于32GB SD卡中；同时集成一路音频输出功能；百兆网络交换机（10通道）集成于电话模块通信单元中，用于连接6路终端设备、声码器模块、单板计算机及外网设备。该模块需要进行大量的数据处理和切换控制，因此采用ARM和FPGA架构。电话语音是模拟信号，而对语音信号的处理则需要数字化。外部来的语音信号通过电话模块和语音编解码芯片转换成数字信号送至FPGA。ARM作为模块的处理芯片，主要实现网口数据、电话接口数据、音频数据的处理和语音数据的存储以及多路语音数据的切换、控制等功能。

如图6所示，是为按照本发明的车辆通信系统的视频采模块示意框图，该模块主要完成两路PAL模拟视频的采集、H.264压缩和存储功能，压缩后码流按FAT32文件系统存储到高速大容量硬盘内，检索、回放方便，采用公司的成熟产品。该模块选用TI达芬奇 (DaVinci™)系列多核处理器TMS320DM8168，TMS320DM8168视频片上系统 (SoC)将高清多通道系统的所有捕获、压缩、显示以及控制功能完美整合于单芯片之上，可满足视频采集压缩存储的需求。该款业界最佳SoC 针对视频安全与视频通信应用进行了精心设计，高度集成了 1.35GHz ARM® Cortex™-A8 与 1 GHz TI C674x 数字信号处理器 (DSP) 内核。该集成型DM8168 视频 SoC 不但可将系统电子材料清单 (eBOM) 成本降低一半，而且还可通过取代十多个分立式器件的功能显著降低板级空间占用与功耗。系统设计需要两路PAL视频的同时录制，选择TI公司生产的四通道视频解码器芯片TVP5158，该芯片提供了一个无缝的音频和视频接口以连接TI DaVinci视频处理器。视频输出端口支持8位ITU-R BT.656和16位4:2:2的YCbCr，嵌入式同步。TVP5158采用元数据插入，支持复用的像素交织和线交错方式视频输出。同时TVP5158集成了4通道的音频ADC，可以大大简化板卡的设计。

如图7所示，是按照本发明的车辆通信系统的终端设备示意框图，该模块采用ARM和FPGA架构，FPGA选择Xilinx公司的Spartan6 FPGA芯片，完成LCD控制、键盘扫描、语音芯片控制采集功能。ARM作为终端设备的处理芯片，选用三星公司的ARM11核心处理器，和语音处理机电话模块通信单元处理器相同。主要完成网口相关协议/数据的处理、电话线接口相关协议/数据的处理、音频数据的处理、多路语音及数据的切换及控制等功能。显示屏用于显示拨号信息以及界面维护，采用SDIO总线接口，工作温度-40℃-+85℃，亮度可调。对外接口为以太网口、音频接口、油门PTT接口、DC24V电源接口等。

如图8所示，是按照本发明的车辆通信系统的设备交联关系示意图，处理机设备采用交流220V电源供电，终端设备采用DC24V供电。终端设备与处理机设备通过专用网线与处理机设备进行连接，进行站内通信；处理机设备内网交换机接口通过网线与外部设备连接进行与电台数据的通信；处理机设备四网一体接口通过专用电话线与IP语音网关设备连接，进行站外程控电话通信，站点端口1通过专用电话线与外部的航管接入设备进行站外航管电话通信；站点端口2、3通过专用电话线与外部的光端机连接进行站外勤务电话通信。处理机设备视频接口通过专用视频线缆与PAL制式摄像头连接，进行两路视频数据的采集压缩及存储。终端设备的耳麦接口连接耳麦，进行语音数据的交互。处理机设备中的32宽温CF卡，存储PAL摄像头采集的视频数据及音频数据，可供客户回放使用期间的车内环境状况。处理机设备中的32G宽温SD卡，存储通信过程中的语音数据，包括电台数据、站内外通信数据，可供客户回放使用期间的通信状况，并对数据进行分析处理。

根据上述实施例，本发明还提出了一种车辆，包括上述任一实施例提供的车辆通信系统。

为了克服现有技术的不足，本发明对车辆通信设备系统进行分析，处理机采用2U标准机柜安装方式，与其他设备安装方式通用，且易于维护。终端设备由于尺寸及空间限制，采用用户定制的结构安装方式，且内部电路模块具有高集成度，满足用户使用要求。本发明不仅满足车辆通信设备内部语音通信，而且满足不同车辆之间的外部通信，主要包括程控电话通信、航管电话通信、勤务电话通信及外部电台通信。并且将不同的通信语音数据进行合成算法处理后的语音信息送至所通信的终端设备进行播放，并且存储于32G大容量的存储卡中，供系统数据的回放分析处理。在地面站的各种站内、站间通信车内广泛使用，根据上述各个实施例可知本发明提供的车辆通信系统及其控制方法具备终端设备控制切换、语音数据的实时传输、回放、视频压缩及存储、数字话音信号编解码功能和语音合成功能、站内通信、站间通信、电台通信及语音数据合成处理功能。控制主机对语音数据进行存储，便于检索、回放，分析通话数据，将PAL制式视频数据，存储于大容量存储卡中，便于检索、回放车内环境状况。整个系统功能全面、性能可靠、布设迅速、使用方便、设备体积小、存储量大，可用于无人机地面组网不同站点的使用，可适应训练与作战的快速反应要求，并实现现代化车辆语音通信系统可靠性及统一化的管理需求，具有较高的社会效益和经济效益。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆通信系统，包括处理机设备和终端设备，其特征在于：

所述处理机设备的机箱内部集成有单板计算机模块、声码器模块和电话通信模块，其中，所述单板计算机模块连接至所述电话通信模块，用于接收和发送语音数据，所述声码器模块连接至所述电话通信模块，用于对所述语音数据进行编码和解码，所述电话通信模块用于完成数据处理和数据存储；

所述终端设备包括连接至所述电话通信模块，用于进行LCD控制、键盘扫描、语音芯片控制采集；

所述处理机设备与所述终端设备通过专用网线连接进行站内通信；

所述处理机设备的内网交换机接口通过网线与系统外的设备连接进行站外通信。

2.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述处理机设备具有四网一体接口，通过专用电话线与IP语音网关设备连接进行站外程控电话通信。

3.根据权利要求2所述的车辆通信系统，其特征在于，所述处理机设备通过专用电话线与外部的航管接入设备进行站外航管电话通信。

4.根据权利要求3所述的车辆通信系统，其特征在于，所述处理机设备通过专用电话线与外部的光端机连接进行站外勤务电话通信。

5.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述处理机设备内部还集成有视频采集模块，通过专用视频线缆与摄像头连接，用于完成PAL模拟视频的采集并进行H.264压缩和存储。

6.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述终端设备具有耳麦接口，与耳麦连接，进行语音数据的交互。

7.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述单板计算机模块还用于对告警信息进行解算处理。

8.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述电话通信模块具体用于进行网口数据、电话接口数据、音频数据的处理，语音数据的存储，多路语音数据的切换和控制。

9.一种车辆通信系统的控制方法，应用于如权利要求1至8中任一项所述的车辆通信系统，其特征在于，包括：

以处理机设备为核心单元，进行语音数据的接收和发送，语音数据的编码和解码，并完成数据处理和数据存储；

通过终端设备进行语音数据的控制切换，语音数据的实时传输和回放，视频压缩及存储，数字话音信号编解码，语音合成，站内通信、站间通信、电台通信及语音数据的合成处理。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的车辆通信系统。