CN115620721A - 一种获取音频记录的系统及获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机内的语音记录设备技术领域，尤其涉及一种获取音频记录的系统及获取方法，该系统包括：机仓内安装的音频采集记录器以及云服务器；所述音频采集记录器接收云服务器给出的用户指令，采集存储机仓音频数据，监测主轮离/着地、舱门打开/关闭信号控制系统工作模式；云服务器接收客户终端的用户指令，控制音频采集记录器实现音频数据的管理、存储与播放。本发明提供的系统是一种满足CTSO‑2C603快速获取驾驶舱音频记录器最低性能标准的系统，解决了现有系统存在需人工操作、专业人员处理SD卡数据问题。

Description

一种获取音频记录的系统及获取方法
技术领域
本发明属于飞机内的语音记录设备技术领域，尤其涉及一种获取音频记录的系统及获取方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
当前民航飞机一般均安装有驾驶舱音频记录器（Cockpit Voice Recorder，CVR），满足FAA美国联邦航空管理局TSO-C124a或欧洲ED-56A标准，可记录4个通道，每通道2h的音频数据，飞行结束后，使用专用设备对其进行下载，以供调查分析使用。CVR存在记录时间短、数据获取不方便问题，航空公司为节约人工成本，提高维护效率，提出了快速获取音频数据的需求，有制造商设计制造了基于SD的快速获取座舱音频记录器（QuickaccessCockpit Voice Recorder，QACVR），满足CTSO-2C603标准，通过航后人工换盘方式实现音频数据的快速获取，提高了效率。但该设备仍然存在需人工操作、专业人员处理SD卡数据问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种获取音频记录的系统及获取方法。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种获取音频记录的系统，包括：机仓内安装的音频采集记录器以及云服务器；
所述音频采集记录器接收云服务器给出的用户指令，采集存储机仓音频数据，监测主轮离/着地、舱门打开/关闭信号控制系统工作模式；
所述云服务器接收客户终端的用户指令，控制音频采集记录器实现音频数据的管理、存储与播放。
本发明第二方面提供了一种获取音频数据的方法，基于一种获取音频记录的系统，包括：
音频采集记录器接收云服务器给出的用户指令，采集存储机仓音频数据，监测主轮离/着地以及舱门打开/关闭信号控制系统工作模式；
当主轮离地和舱门关闭任一条件满足时，系统工作在采集记录模式，不断进行音频数据的采集与存储；
当主轮着地且舱门打开时，系统切换至数据上传模式，将数据逐个上传至服务器，服务器对其进行管理与存储；
当音频采集记录器接收到服务器传来的指令时，系统进入监听维护模式，进行维护自检、通道监听以及故障排查。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明提供的设备是一种满足CTSO-2C603快速获取驾驶舱音频记录器（QACVR）最低性能标准的设备，实现音频数据的采集存储，并在主轮着地或舱门打开等标志性条件达到时通过4/5G网络将数据发送至服务器，服务器端提供数据的管理、存储与播放服务，客户端通过终端网页浏览器可浏览、下载或播放关注的音频信息；解决了现有设备存在需人工操作、专业人员处理SD卡数据问题。
本发明附加方面的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
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1的系统结构图；
图2为本发明实施例1的电源电路结构图；
图3为本发明实施例1的音频编解码器连接示意图；
图4为本发明实施例1的FPGA结构图；
图5为本发明实施例1的主控制器结构图；
图6为本发明实施例1的ARNIC429解码器结构图；
图7为本发明实施例1的系统工作模式切换流程图；
图8为本发明实施例1的音频接收线程流程图；
图9为本发明实施例1的播放线程流程图；
图10为本发明实施例1的数据记录线程流程图；
图11为本发明实施例1的4G/5G通讯线程流程图；
图12为本发明实施例1的系统结构示意图；
图13为本发明实施例1的音频云服务器功能示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种快速获取音频记录系统，包括：机仓内安装的音频采集记录器以及云服务器；
音频采集记录器接收云服务器给出的用户指令，采集存储机仓的音频数据，监测主轮离/着地以及舱门打开/关闭信号控制系统工作模式；
云服务器接收客户终端的用户指令，控制音频采集记录器实现音频数据的管理、存储与播放；客户终端通过终端网页浏览器访问云服务器，浏览、下载或播放关注的音频数据。
音频采集记录器包括电源电路、音频编解码器、主控制器、输入预处理电路、输出放大电路、ARNIC429解码器、4/5G传输模块、开关采集电路、SD存储卡以及运行于主控制器的嵌入式软件；音频编解码器、ARNIC429解码器、4/5G传输模块、开关采集电路以及SD存储卡分别与主控制器连接；
飞机的主轮着地开关和舱门打开电门开关连接至音频采集记录器的开关采集电路，主轮离/着地以及舱门打开/关闭信号通过电平转换后输入至主控制器HPS侧的GPIO（General-purpose input/output），当主轮着地或舱门打开时，通过GPIO产生电平中断信号告之主程序启动移动数据传输服务；
如图2所示，电源电路包括两路，分别为直流转换电路和交流供电电路。直流供电输入为直流28V，交流供电为~115V；交流供电电路与直流供电电路共用电源保护电路、电源监视电路以及DC-DC转换电路，DC-DC转换电路的输出5V、3.3V、2.5V和1.1V电源。交流供电电路与直流供电电路两者通过隔离二极管进行隔离；电源电路用于给音频采集记录器的各个电路模块供电。电源电路具有保护与监视功能，保护电路包括过压、过流、过热保护等，监视电路可提供上电与掉电指示信号。
如图3所示，音频编解码器使用PCM3168A单芯片方案，支持采样率8kHz至96kHz、6路2Vrms差分音频输入和8路8Vpp音频差分输出，支持SPI和IIC控制接口。采集的音频输入信号音频首先经过音频输入预处理电路进行预处理，然后传输至音频编/解码器，最后通过输出放大电路传输至耳机；音频编解码器接口为I2S和I2C，连接至主控制器的FPGA侧，由FPGA音频编解码逻辑实现音频编解码器的设置和音频数据的收发控制。
音频输入预处理电路的输出端连接音频编解码器的输入端，音频编解码器的输出端连接输出放大电路的输入端，输出放大电路的输出端连接外部音频输出设备；音频输入预处理电路将飞机上输入模拟音频信号调整到2Vrms范围，以满足音频编解码器的输入电平和阻抗要求，输出放大电路将音频编/解码器DA输出调整至外部音频输出设备所需的阻抗及电压范围。
如图4所示，FPGA音频编解码逻辑实现音频编解码器PCM3168A的上电配置、接收ADC数据、音频数据存储、AVALON总线接口、发送DAC数据放音等功能；FPGA包括初始化模块、ADC数据接收模块和数据发送模块、数据存储模块和Avalon总线接口模块；
时钟分频模块使用锁相环（PLL），调用锁相环（PLL）IP核以产生12Mhz时钟作为PCM3168A的主时钟信号。
初始化模块包括上电配置模块，上电配置模块内含I2c配置与I2c驱动模块，I2c配置根据音频编解码芯片的寄存器配置要求产生配置数据，调用I2C驱动模块进行数据的读写，I2c驱动模块根据I2c协议规范产生时钟与数据SDA，执行I2C的读写操作。
ADC数据接收模块根据I2S协议规范按通道1~6的顺序接收来自PCM3168A模数转换（ADC）输出的音频通道数据，执行串行数据的串A并转换工作，并通过数据存储模块将数据写入至DDR3内存中。
DAC数据发送模块按照通道号将内存中音频数据读出，将音频数据并串转换后，通过I2s接口发送至PCM3168A的数模转换模块，以驱动音频输出至播放设备。
如图5所示，主控制器由cycloneV芯片、DDR3芯片、eMMC存储器（Embedded MultiMedia Card）及时钟等外部电路构成，DDR3芯片、eMMC以及时钟外部电路分别与cyclone V芯片连接；
DDR3为系统运行内存，可为系统提供高速指令及数据搬移能力；
eMMC为系统逻辑、二进制指令代码、系统运行参数提供存储空间，并可做为用户数据存储使用；
cycloneV芯片由FPGA和HPS（硬核处理器系统）组成，FPGA可方便灵活的构建各种逻辑电路，HPS核心为ARM Cortex-A9，内嵌linux系统，方便用户编写协议代码与用户程序。FPGA与HPS之间通过内部AXI总线进行数据通信。
如图6所示，ARNIC429解码器实现AXI总线数据的提取，从中接收有效的UTC时间等信息，用于分别给6路音频通道标注时间戳。ARNIC429解码器由时钟产生模块、NR双极性码型变换模块、标号识别模块、接收控制器和Avalon总线接口模块组成。
NR双极性编码变换用于将NR双极性编码转换为单极性不归零码；ARNIC429总线数据每个字由32bit组成，低8位为标号，与该数据字的参数名称一一对应，标号识别模块用于从接收数据中提取出标号，接收控制器可根据标号决定是否是需要的参数，以决策是否进行后续接收解码逻辑。
4/5G传输模块选用中移物联网F03X模组，其供电电压为3.3V，最大上行速率1.2Gbps，最大下行速率2Gbps，支持5G NR/LTE- TDD/LTE- FDD/HSPA+ 通信模式，兼容4G全网通7模16频，4/5G传输模块采用M.2接口，支持NSA和SA双模，并能提供稳定的GNSS定位服务。4/5G传输模块与主控制器的HPS相连，安装驱动后即可编写嵌入式软件进行网络数据传输。
嵌入式软件基于linux系统平台，运行在主控制器ARM侧，包括驱动程序、模式控制线程、音频接收线程、播放线程、数据记录线程和4G/5G通讯线程；实现音频数据采集、ARNIC429数据接收、数据存储以及管理控制等功能。
驱动程序主要为基于字符串设备的ARNIC429驱动，将ARNIC429接收通道映射为一个字符型设备，编写read函数实现UTC时间的读取，编写IOCTRL函数实现标号设定、中断使能、接收数量以及错误清除等设置功能。应用程序通过OPEN、CLOSE、READ、IOCTRL对设备进行操作。
static int arnic429_open(struct inode *inode, struct file *filp)
static int arnic429_release(struct inode *inode, struct file *filp)
static ssize_t arnic429_read(struct file *filp, char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
static int arnic429_ioctl (struct inode *inode, struct file *filp,unsigned int cmd, unsigned long arg)
如图7所示，模式控制线程用于接收服务器给出的用户指令、监测主轮离/着地、舱门打开/关闭等信号控制设备工作模式。设备工作模式主要有采集记录模式、数据上传模式、监听维护模式。
采集记录模式条件为主工作模式，当主轮离地、舱门关闭任一条件满足时，设备进行该模式，不断进行音频数据的采集与存储，此时4G/5G模块不工作；当主轮着地且舱门打开时，切换至数据上传模式，将本次记录在SD存储卡中的数据逐个上传至服务器，服务器对其进行管理与存储；当接收到服务器传来的指令时，进入监听维护模式，可对设备进行维护自检、通道监听、故障排查等工作。
如图8所示，音频接收线程工作于采集记录模式，与FPGA逻辑配合，按照自定义的通信协议，从DDR3中周期性获取FPGA采集到的6个通道的音频数据和ARNIC429总线上传输的UTC时间信息，将音频数据压缩为MP3格式，并将时间信息按一定的格式插入至音频信息中，进行组帧压入各通道的数据队列，并通知数据记录线程读取存储。
如图9所示，播放线程工作于维护监听模式，终端通过服务器指令查寻定位记录器中存储的音频数据信息，指定需要播放的文件或时间段。嵌入式软件将该段音频数据从存储卡中读出，将时间戳剥离，解压为PCM（Pulse Code Modulation）编码，发送至FPGA侧的I2S接口，从DAC中输出并播放。
如图10所示，数据记录线程首先准备好文件，监测是否为有效数据包，解析通知信息，提取出通道号和队列中数据包数量，按通道号将数据存储至文件中。
如图11所示，4G/5G通讯线程工作于数据上传模式，监控主轮着/离地及舱门打开/关闭信号，连接服务器，将本次记录的数据以TCP协议上传至服务器进行存储，上传过程保存上传记录，以确认数据是否已传输完整，否则在下次满足传输条件下进行断点续传。
如图12所示，系统包括人机交互层，后台服务层以及数据存储层；其中，后台服务层即云服务器，云服务器架设在云端，采取B/S架构，云服务器端为Linux centos7+Apache+PHP+MySQL环境，运行核心服务PHP程序以及管理服务PHP程序；
客户端为浏览器web访问方式，可兼容移动端平台访问，服务器与客户端数据交互流程是用户通过计算机浏览器（Google Chrome，或其他兼容JS/jquery等组件）软件访问Linux系统上Apache（ApacheHTTP Server）提供的web服务，提交请求给运行在服务端的PHP核心服务代码，获取航班号、航班音频数据记录信息，经过浏览器端的JS代码处理加工后，以可视化界面将信息呈现在页面上，供用户选择使用。
如图13所示，云服务器提供的服务包括机载设备上传音频服务、终端上传数据服务、用户音频点播服务、管理服务等。
机载设备上传音频服务监听机载设备连接服务器，建立连接，接收TCP数据并按存储管理策略进行数据的存储与管理。
终端上传服务监听终端连接请求，建立连接后，根据终端的用户请求指令，执行上行与下行传输。如果是上传服务请求，则判断需上传音频记录数据的上传日志信息，匹配上传点，决策是重新上传还是断点续传。
音频点播服务按用户指定的航班号、通道号、时间片信息进行数据定位，实现用户通过浏览器选择履历进行音频的点播，提供选择音频时间段、通道号等精确/模糊查找功能，支持seek快进快退。
系统管理服务包括单位管理、用户管理、数据管理等。单位管理用以对授权使用单位进行增删改操作；用户管理用于对本单位的用户进行增删操作、访问权限的配置、密码重置等操作。数据管理仅限于管理员，用于更改数据使用权限、删除数据等。
终端设备可以是固定式PC机、也可以是手机、PAD等移动终端，通过终端上安装的浏览器访问服务器，即可实现数据下载、数据搜索浏览、强制进入记录状态、数据播放等功能。亦可通过APP软件实现数据的上传，以做为网络不畅、设备异常等特殊情况下数据未通过5G上传至服务器的一个有效补充。
实施例二
本实施例提供一种获取音频数据的方法，基于一种获取音频记录的系统，包括：
音频采集记录器接收云服务器给出的用户指令，采集存储机仓音频数据，监测主轮离/着地以及舱门打开/关闭信号控制系统工作模式；
当主轮离地和舱门关闭任一条件满足时，系统工作在采集记录模式，不断进行音频数据的采集与存储；
当主轮着地且舱门打开时，系统切换至数据上传模式，将数据逐个上传至服务器，服务器对其进行管理与存储；
当音频采集记录器接收到服务器传来的指令时，系统进入监听维护模式，进行维护自检、通道监听以及故障排查。
具体的，不断进行音频数据的采集与存储，包括：
音频编解码器获取机舱内的音频数据并对所述音频数据进行预处理；
ARNIC429解码器将预处理后的音频数据进行数据压缩、标注时间以及数据组帧后压入队列，发出数据有效通知。
具体的，主控制器接收ARNIC429解码器发出的通知，解析通知信息，提取通道号和队列中数据包数量，按通道号将音频数据存储至SD存储卡中。
具体的，4G/5G传输模块将本次记录在SD卡中的数据以TCP协议上传至服务器进行存储，上传过程中保存上传记录，以确认数据是否已传输完整，否则在下次满足传输条件下进行断点续传。
终端通过服务器指令查寻定位数据采集记录器中存储的音频数据信息，指定需要播放的文件或时间段；
数据采集记录器接收服务器指令，将该段音频数据从SD卡中读出，然后将时间戳剥离，解压为PCM编码，最后经过输出放大处理后播放。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种获取音频记录的系统，其特征在于，包括：机仓内安装的音频采集记录器以及云服务器；
所述音频采集记录器接收云服务器给出的用户指令，采集存储机仓音频数据，监测主轮离/着地、舱门打开/关闭信号控制系统工作模式；
所述云服务器接收客户终端的用户指令，控制音频采集记录器实现音频数据的管理、存储与播放。
2.根据权利要求1所述的一种获取音频记录的系统，其特征在于，所述音频采集记录器包括电源电路、音频编解码器、主控制器、ARNIC429解码器、4/5G传输模块、开关采集电路以及SD存储卡；
所述音频编解码器连接至主控制器，主控制器用于实现音频编解码器的设置和音频数据的收发控制；
所述音频编解码器分别连接输入预处理电路和输出放大电路，所述输入预处理电路和输出放大电路用于调整模拟音频信号的阻抗及电压范围；
所述ARNIC429解码器用于提取主控制器的AXI总线数据，从中接收有效的UTC时间信息，分别给6路音频通道标注时间戳；
所述4/5G传输模块用于安装驱动后编写嵌入式软件进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的一种获取音频记录的系统，其特征在于，
所述音频采集记录器的开关采集电路接收来自飞机的主轮着地开关和舱门打开电门开关信号，通过电平转换后将信号输入至主控制器HPS侧的GPIO，当主轮着地或舱门打开时，通过GPIO产生电平中断信号告之主控制器切换系统工作模式。
4.根据权利要求1所述的一种获取音频记录的系统，其特征在于，所述系统工作模式包括：
采集记录模式，该模式下音频采集记录器进行音频数据的采集与存储；
数据上传模式，该模式下音频采集记录器将数据逐个上传至服务器；
监听维护模式，该模式下音频采集记录器进行通道监听。
5.根据权利要求2所述的一种获取音频记录的系统，其特征在于，所述电源电路包括直流供电电路和交流供电电路；交流供电电路与直流供电电路共用电源监视电路、电源保护电路以及DC-DC转换电路，交流供电电路与直流供电电路通过隔离二极管进行隔离。
6.一种获取音频数据的方法，基于权利要求1-5任一项所述的一种获取音频记录的系统，其特征在于，包括：
音频采集记录器接收云服务器给出的用户指令，采集存储机仓音频数据，监测主轮离/着地以及舱门打开/关闭信号控制系统工作模式；
当主轮离地和舱门关闭任一条件满足时，系统工作在采集记录模式，不断进行音频数据的采集与存储；
当主轮着地且舱门打开时，系统切换至数据上传模式，将数据逐个上传至服务器，服务器对其进行管理与存储；
当音频采集记录器接收到服务器传来的指令时，系统进入监听维护模式，进行维护自检、通道监听以及故障排查。
7.根据权利要求6所述的一种获取音频数据的方法，其特征在于，所述不断进行音频数据的采集与存储，包括：
音频编解码器获取机舱内的音频数据并对所述音频数据进行预处理；
ARNIC429解码器将预处理后的音频数据进行数据压缩、标注时间以及数据组帧后压入队列，发出数据有效通知。
8.根据权利要求7所述的一种获取音频数据的方法，其特征在于，主控制器接收ARNIC429解码器发出的通知，解析通知信息，提取通道号和队列中数据包数量，按通道号将音频数据存储至SD存储卡中。
9.根据权利要求6所述的一种获取音频数据的方法，其特征在于，4G/5G传输模块将本次记录在SD卡中的数据以TCP协议上传至服务器进行存储，上传过程中保存上传记录，以确认数据是否已传输完整，否则在下次满足传输条件下进行断点续传。
10.根据权利要求6所述的一种获取音频数据的方法，其特征在于，客户终端通过服务器指令查寻定位数据采集记录器中存储的音频数据信息，指定需要播放的文件或时间段；
数据采集记录器接收服务器指令，将音频数据从SD存储卡中读出，然后将时间戳剥离，解压为PCM编码，最后经过输出放大处理后播放。
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贾毅婷等: "《大容量数据采集存储系统设计与实现》", 《测控技术》 *

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