CN113746528A - 一种异构网络实时话音跨域传输方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异构网络实时话音跨域传输方法及其系统，所述的方法如下：在地面部署若干个自组网通信终端，若干个自组网通信终端组成地面自组网；在空中平台上部署若干个自组网卫星双模终端，若干个自组网卫星双模终端组成空中自组网；在地面自组网和空中自组网之间建立无线自组网链路，在空中自组网与卫星之间建立卫星链路；当话音通路建立后，地面无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音进行中继传输如下：话音数据在无线自组网IP通路通过IP语音数据包传输，并通过卫星模块的PCM接口实时读取和/或写入话音数据，话音数据随即通过卫星链路实现双向传输。

Description

一种异构网络实时话音跨域传输方法及其系统
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，更具体的，涉及一种异构网络实时话音跨域传输方法及其系统。
背景技术
当前典型应急通信网络包括卫星广域通信和自组网等局域通信网络，可快速机动构建一体化异构组网系统，使用无人机同时搭载无线自组网和卫星通信载荷，可通过卫星中继自组网的数据和话音，以保障区域内及与后方指挥中心的可靠通信。然而卫星通信系统(如天通一号卫星移动通信系统)的话音多是通过电路域以PCM格式的声码话进行传输，而自组网主要是通过分组域以IP话音进行传输，当区域内话音无法直接通过自组网/卫星通信方式传输至指挥中心时，通过无人机上的卫星载荷升空后进行中继，传输至后方指挥中心，话音无法在两个网络之间直接交换，需要解决异构网络PCM/IP跨域话音中继传输问题。
中国专利公开号：CN103929552A，公开日：2014-07-16，提供了一种可兼容PCM语音调度和IP语音调度，技术方案如图1所示。兼容PCM语音调度和IP语音调度的调度台，包括有主控CPU以及与该主控CPU导通连接的调度话机模拟音频处理模块、PCM语音调度模块和IP语音调度模块；其中，所述PCM语音调度模块主要由依次导通连接的TDM时序交叉芯片、U接口芯片、BRIU接口传输变压器和BRIU接口组成，且TDM时序交叉芯片与该主控CPU导通连接；所述IP语音调度模块主要由依次导通连接的以太网PHY接口芯片、以太网传输变压器和以太网接口组成，且以太网PHY接口芯片与该主控CPU导通连接。
该技术方案通过设计一种专用的兼容PCM话音调度和IP话音调度的调度台，对基于异构网络的小型智能化终端上无法灵活应用。
发明内容
本发明为了解决以上现有技术中存在的不足，提供了一种异构网络实时话音跨域传输方法及其系统。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：
一种异构网络实时话音跨域传输方法，所述的方法具体如下：
在地面部署若干个自组网通信终端，若干个自组网通信终端组成地面自组网；在空中平台上部署若干个自组网卫星双模终端，若干个自组网卫星双模终端组成空中自组网；
在地面自组网和空中自组网之间建立无线自组网链路，在空中自组网与卫星之间建立卫星链路；
当话音通路建立后，地面无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音进行中继传输如下：话音数据在无线自组网IP通路通过IP语音数据包传输，并通过卫星模块的PCM接口实时读取和/或写入话音数据，话音数据随即通过卫星链路实现双向传输。
优选地，所述的PCM接口实现读取和/或写入话音数据，具体如下：实时读取无线自组网链路接收到IP话音数据包，缓存后进行话音数据转换并通过TinyAlsa提供的标准pcm_write软接口写入卫星的PCM接口；实时通过TinyAlsa提供的标准pcm_read软接口读取来自卫星链路的话音数据，缓存后进行话音数据转换封装成IP话音数据包，通过无线自组网链路发给地面的自组网通信终端。
进一步地，所述的话音数据转换具体包括：接收到的IP话音数据包排序后进行缓存，将同步字填充到PCM子帧头包中，将SFID和时间戳填充到PCM数据流的包头中，共同组成待发送的PCM子帧，最后形成PCM话音数据流通过自组网卫星双模终端的卫星模块发送到卫星链路中。
再进一步地，所述的话音数据转换还包括：将形成的PCM话音数据流位同步、帧同步和字同步处理后，按照PCM格式存放在数据缓存中，以PCM子帧为单位将PCM话音数据封装成IP话音数据包进行发送，通过自组网卫星双模终端的自组网发送到地面的自组网通信终端。
再进一步地，所述的自组网通信终端包括AP子系统、话音DSP处理子系统、CP子系统、PCM控制器；
所述的AP子系统负责话音数据的采集和播放，其通过话音DSP处理子系统主动触发CP子系统建立话音承载，同时AP子系统通过PCM控制器将内部PCM接口切换到CODEC PCM端口，完成话音通道切换；CP子系统负责控制话音DSP处理子系统处理IP话音数据流。
再进一步地，所述话音DSP处理子系统处理IP话音数据流包括：数据采集、编码、语音增强处理和播放。
再进一步地，所述的地面自组网和/或空中自组网可替换为带有中心节点的集群模式。
再进一步地，所述的地面自组网和/或空中自组网还可替换为4G/5G模式。
一种异构网络实时话音跨域传输系统，包括部署在地面的若干个自组网通信终端、部署在空中平台上的若干个自组网卫星双模终端、卫星；
若干个自组网通信终端组成地面自组网，若干个自组网卫星双模终端组成空中自组网；
在地面自组网和空中自组网之间建立无线自组网链路，在空中自组网与卫星之间建立卫星链路；
当话音通路建立后，地面无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音进行中继传输如下：话音数据在无线自组网IP通路通过IP语音数据包传输，并通过卫星模块的PCM接口实时读取和/或写入话音数据，话音数据随即通过卫星链路实现双向传输。
优选地，所述的PCM接口实现读取和/或写入话音数据，具体如下：实时读取无线自组网链路接收到IP话音数据包，缓存后进行话音数据转换并通过TinyAlsa提供的标准pcm_write软接口写入卫星的PCM接口；实时通过TinyAlsa提供的标准pcm_read软接口读取来自卫星链路的话音数据，缓存后进行话音数据转换封装成IP话音数据包，通过无线自组网链路发给地面的自组网通信终端。
本发明的有益效果如下：
本发明解决了基于无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音中继传输的问题，在无人机中继传输中，针对自组网和卫星通信话音传输的数据格式不同条件下，设计一种异构网络下PCM/IP话音协议转换方法，将PCM话音数据流经过同步解调转变为IP话音数据包，或将IP话音数据包同步解析后转变成实时PCM话音数据流，确保IP话音和PCM话音可实时快速进行协议转换完成空口传输。其有效的解决了异构网络即自组网通信链路与卫星通信链路的话音传输转换及实施问题，实现了局域与广域通信异构网络下话音通联，为应急场景下的指控等应用提供有效保障。
附图说明
图1是现有技术一种兼容PCM语音调度和IP语音调度的调度台方案框图。
图2是实施例中无线自组网和卫星话音中继传输框架图。
图3是实施例中PCM接口读写的流程框图。
图4是实施例中跨域数据转换的流程图。
图5是实施例中自组网通信终端的话音通信流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
一种异构网络实时话音跨域传输方法，所述的方法具体如下：
在地面部署若干个自组网通信终端，若干个自组网通信终端组成地面自组网；在空中平台上部署若干个自组网卫星双模终端，若干个自组网卫星双模终端组成空中自组网；
在地面自组网和空中自组网之间建立无线自组网链路，在空中自组网与卫星之间建立卫星链路；
如图2所示，当话音通路建立后，地面无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音进行中继传输如下：话音数据在无线自组网IP通路通过IP语音数据包传输，并通过卫星模块的PCM接口实时读取和/或写入话音数据，话音数据随即通过卫星链路实现双向传输。
在一个具体的实施例中，PCM接口读写功能架构逻辑图如图3所示，Alsa音频框架(Advanced Linux Sound Architecture)是一种Linux内核中的标准音频处理框架，其专门用于处理音频数据；TinyAlsa接口是一种缩小版的Linux用户层Alsa接口，其提供简单的pcm_read和pcm_write接口用于读取或写入话音数据；PCM驱动是Linux内核中标准的PCM设备驱动，用于驱动PCM硬件控制器；而PCM硬件控制器是主控芯片内部集成的一种标准的PCM控制器，与卫星PCM接口物理连接，其可简化PCM的硬件实现。如图3所述的PCM接口实现读取和/或写入话音数据，具体如下：实时读取无线自组网链路接收到IP话音数据包，缓存后进行话音数据转换并通过TinyAlsa提供的标准pcm_write软接口写入卫星的PCM接口；实时通过TinyAlsa提供的标准pcm_read软接口读取来自卫星链路的话音数据，缓存后进行话音数据转换封装成IP话音数据包，通过无线自组网链路发给地面的自组网通信终端。
在一个具体的实施例中，话音数据转换如图4所示，所述的话音数据转换具体包括：接收到的IP话音数据包排序后进行缓存，将同步字、SFID、时间戳填充到PCM话音数据流中相应的位置，其中同步字填充到PCM子帧头包中，而将SFID和时间戳填充到PCM数据流的包头中，共同组成待发送的PCM子帧，最后形成PCM话音数据流发送出去，即通过空中自组网卫星双模终端的卫星模块发送到卫星链路中。
所述的话音数据转换还包括：将形成的PCM话音数据流通过位同步、帧同步和字同步处理后，按照PCM格式存放在数据缓存中，以PCM子帧为单位将PCM话音数据封装成IP话音数据包进行发送，即通过空自组网卫星双模终端的自组网发送到地面的自组网通信终端。
在一个具体的实施例中，如图5所示，所述的话音通信流程图主要包括APSubsystem(AP子系统)、Audio DSP Subsystem(话音DSP处理子系统)、CP Subsystem(CP子系统)、PCM控制器；
所述的AP子系统主要负责话音数据的采集和播放，其通过话音DSP处理子系统主动触发CP子系统建立话音承载，同时AP子系统通过PCM控制器将内部PCM接口切换到CODECPCM端口，完成话音通道切换；CP子系统负责控制话音DSP处理子系统处理IP话音数据流，话音数据流和控制流实时按需触发。
其中，所述话音DSP处理子系统处理IP话音数据流包括：数据采集、编码、语音增强处理和播放。
实施例2
本实施例中，可以将地面自组网和/或空中自组网可替换为带有中心节点的集群模式。所述的地面自组网和/或空中自组网还可替换为4G/5G模式或其他局域通信模式。
实施例3
一种异构网络实时话音跨域传输系统，包括部署在地面的若干个自组网通信终端、部署在空中平台上的若干个自组网卫星双模终端、卫星；
若干个自组网通信终端组成地面自组网，若干个自组网卫星双模终端组成空中自组网；
在地面自组网和空中自组网之间建立无线自组网链路，在空中自组网与卫星之间建立卫星链路；
当话音通路建立后，地面无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音进行中继传输如下：话音数据在无线自组网IP通路通过IP语音数据包传输，并通过卫星模块的PCM接口实时读取和/或写入话音数据，话音数据随即通过卫星链路实现双向传输。
在一个具体的实施例中，PCM接口读写功能架构逻辑图如图3所示，Alsa音频框架(Advanced Linux Sound Architecture)是一种Linux内核中的标准音频处理框架，其专门用于处理音频数据；TinyAlsa接口是一种缩小版的Linux用户层Alsa接口，其提供简单的pcm_read和pcm_write接口用于读取或写入话音数据；PCM驱动是Linux内核中标准的PCM设备驱动，用于驱动PCM硬件控制器；而PCM硬件控制器是主控芯片内部集成的一种标准的PCM控制器，与卫星PCM接口物理连接，其可简化PCM的硬件实现。如图3所述的PCM接口实现读取和/或写入话音数据，具体如下：实时读取无线自组网链路接收到IP话音数据包，缓存后进行话音数据转换并通过TinyAlsa提供的标准pcm_write软接口写入卫星的PCM接口；实时通过TinyAlsa提供的标准pcm_read软接口读取来自卫星链路的话音数据，缓存后进行话音数据转换封装成IP话音数据包，通过无线自组网链路发给地面的自组网通信终端。
在一个具体的实施例中，话音数据转换如图4所示，所述的话音数据转换具体包括：接收到的IP话音数据包排序后进行缓存，将同步字、SFID、时间戳填充到PCM话音数据流中相应的位置，其中同步字填充到PCM子帧头包中，而将SFID和时间戳填充到PCM数据流的包头中，共同组成待发送的PCM子帧，最后形成PCM话音数据流发送出去，即通过自组网卫星双模终端的卫星模块发送到卫星链路中。
所述的话音数据转换还包括：将PCM话音数据流通过位同步、帧同步和字同步处理后，按照PCM格式存放在数据缓存中，以PCM子帧为单位将PCM话音数据封装成IP话音数据包进行发送，即通过空中自组网卫星双模终端的自组网发送到地面自组网通信终端。
在一个具体的实施例中，如图5所示，所述的话音通信流程图主要包括APSubsystem(AP子系统)、Audio DSP Subsystem(话音DSP处理子系统)、CP Subsystem(CP子系统)、PCM控制器；
所述的AP子系统主要负责话音数据的采集和播放，其通过话音DSP处理子系统主动触发CP子系统建立话音承载，同时AP子系统通过PCM控制器将内部PCM接口切换到CODECPCM端口，完成话音通道切换；CP子系统负责控制话音DSP处理子系统处理IP话音数据流，话音数据流和控制流实时按需触发。
其中，所述话音DSP处理子系统处理IP话音数据流包括：数据采集、编码、语音增强处理和播放。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述的方法具体如下：
在地面部署若干个自组网通信终端，若干个自组网通信终端组成地面自组网；在空中平台上部署若干个自组网卫星双模终端，若干个自组网卫星双模终端组成空中自组网；
在地面自组网和空中自组网之间建立无线自组网链路，在空中自组网与卫星之间建立卫星链路；
当话音通路建立后，地面无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音进行中继传输如下：话音数据在无线自组网IP通路通过IP语音数据包传输，并通过卫星模块的PCM接口实时读取和/或写入话音数据，话音数据通过卫星链路实现双向传输。
2.根据权利要求1所述的异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述的PCM接口实现读取和/或写入话音数据，具体如下：实时读取无线自组网链路接收到IP话音数据包，缓存后进行话音数据转换并通过TinyAlsa提供的标准pcm_write软接口写入卫星的PCM接口；实时通过TinyAlsa提供的标准pcm_read软接口读取来自卫星链路的话音数据，缓存后进行话音数据转换封装成IP话音数据包，通过无线自组网链路发给地面的自组网通信终端。
3.根据权利要求2所述的异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述的话音数据转换具体包括：接收到的IP话音数据包排序后进行缓存，将同步字填充到PCM子帧头包中，将SFID和时间戳填充到PCM数据流的包头中，共同组成待发送的PCM子帧，最后形成PCM话音数据流通过自组网卫星双模终端的卫星模块发送到卫星链路中。
4.根据权利要求3所述的异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述的话音数据转换还包括：将形成的PCM话音数据流通过位同步、帧同步和字同步处理后，按照PCM格式存放在数据缓存中，以PCM子帧为单位将PCM话音数据封装成IP话音数据包进行发送，通过自组网卫星双模终端的自组网发送到地面的自组网通信终端。
5.根据权利要求4所述的异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述的自组网通信终端包括AP子系统、话音DSP处理子系统、CP子系统、PCM控制器；
所述的AP子系统负责话音数据的采集和播放，其通过话音DSP处理子系统主动触发CP子系统建立话音承载，同时AP子系统通过PCM控制器将内部PCM接口切换到CODEC PCM端口，完成话音通道切换；CP子系统负责控制话音DSP处理子系统处理IP话音数据流。
6.根据权利要求5所述的异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述话音DSP处理子系统处理IP话音数据流包括：数据采集、编码、语音增强处理和播放。
7.根据权利要求1～6任一项所述的异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述的地面自组网和/或空中自组网可替换为带有中心节点的集群模式。
8.根据权利要求1～6任一项所述的异构网络实时话音跨域传输方法，其特征在于：所述的地面自组网和/或空中自组网还可替换为4G/5G模式。
9.一种异构网络实时话音跨域传输系统，其特征在于：包括部署在地面的若干个自组网通信终端、部署在空中平台上的若干个自组网卫星双模终端、卫星；
若干个自组网通信终端组成地面自组网，若干个自组网卫星双模终端组成空中自组网；
在地面自组网和空中自组网之间建立无线自组网链路，在空中自组网与卫星之间建立卫星链路；
当话音通路建立后，地面无线自组网和卫星异构通信网络下的电路域和分组域话音进行中继传输如下：话音数据在无线自组网IP通路通过IP语音数据包传输，并通过卫星模块的PCM接口实时读取和/或写入话音数据，话音数据随即通过卫星链路实现双向传输。
10.根据权利要求9所述的异构网络实时话音跨域传输系统，其特征在于：所述的PCM接口实现读取和/或写入话音数据，具体如下：实时读取无线自组网链路接收到IP话音数据包，缓存后进行话音数据转换并通过TinyAlsa提供的标准pcm_write软接口写入卫星的PCM接口；实时通过TinyAlsa提供的标准pcm_read软接口读取来自卫星链路的话音数据，缓存后进行话音数据转换封装成IP话音数据包，通过无线自组网链路发给地面的自组网通信终端。
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