TW202222062A - 語音信號中繼轉傳方法及無線電網路閘道器 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種語音信號中繼轉傳方法及無線電網路閘道器，應用於一無線語音設備與一遠端裝置之間，該中繼轉傳方法包含下列步驟：接收該無線語音設備傳送過來之無線電語音信號並轉換成一數位語音信號；將該數位語音信號轉換成以串流方式傳送的一組語音封包，而透過一行動通訊網路而傳送給一串流伺服器；以及該串流伺服器將以串流方式傳送的該組語音封包轉傳給該遠端裝置。

Description

語音信號中繼轉傳方法及無線電網路閘道器
本案係為一種語音信號中繼轉傳方法及無線電網路閘道器，尤指應用於警消系統中之語音信號中繼轉傳方法及無線電網路閘道器。
由於警察與消防單位在出勤任務時，皆會頻繁地使用無線電系統來進行通訊。從圖1所示之傳統無線電通訊系統示意圖可以看出，現場警察或消防人員所使用的無線電對講機100係透過第一無線電移動中繼裝置101來將類比語音信號傳送到設在高處的無線電中繼站102，然後再轉傳到遠方的第二無線電移動中繼裝置103後到達指揮中心104。此種系統需仰賴建置於各制高點上的無線電中繼站102，才能完成其通訊網路的連結。但是，在都會區裡的救災或警務常因為高樓大廈或是狹小巷弄的影響，容易產生無線電的通訊死角，造成無線電通話中斷而無法正確傳達救災指令與佈署情況。
而如何解決因無線電通訊死角所造成之困擾，以及如何正確且快速的傳達救災指令與佈署情況，係為發展本案技術手段之主要目的。本發明係有關於一種語音信號中繼轉傳方法，應用於一無線語音設備與一遠端裝置之間，該中繼轉傳方法包含下列步驟：接收該無線語音設備傳送過來之無線電語音信號並轉換成一數位語音信號；將該數位語音信號轉換成以串流方式傳送的一組語音封包，而透過一行動通訊網路而傳送給一串流伺服器；以及該串流伺服器將以串流方式傳送的該組語音封包轉傳給該遠端裝置。
根據上述構想，本案所述之語音信號中繼轉傳方法，其中該無線語音設備為一無線電對講機，所發出之該無線電語音信號，經過一無線電網路閘道器轉換成該數位語音信號後，以行動通訊中之語音通話技術，來對一行動通訊業者發起通話，而在該行動通訊業者同意並建立一通話通道後，該無線電網路閘道器將以對話啟動協定，把串流形式的一組語音封包傳輸至該串流伺服器，然後該串流伺服器再將串流形式的該組語音封包，以已建立的通話通道轉傳至該遠端裝置。
根據上述構想，本案所述之語音信號中繼轉傳方法，其中更包含下列步驟：將該數位語音信號進行壓縮而轉換成一音頻檔案；對該音頻檔案進行語音辨識、內容判別以及音頻檔案儲存，而所產生之一音頻檔案儲存片段、一語音辨識結果、一內容判別結果、一內容判別結果傳送確認、一感測器資料、一全球定位資訊透過一資料信號路徑來進行轉傳，進而傳送至該串流伺服器，然後再傳至遠端的一指揮中心，該指揮中心包含一閘道伺服器，該閘道伺服器中包含有一指向模組，該指向模組用以記錄閘道列表與辨識碼、確認閘道註冊請求以及對透過雙迴路回傳來的傳送資訊進行比對與記錄。
根據上述構想，本案所述之語音信號中繼轉傳方法，其中更包含下列步驟：偵測該無線語音設備傳送過來之該無線電語音信號之一語音電位；以及根據該語音電位低於一預設門檻，產生一特定訊號來與該無線電語音信號來進行混音後再進行語音傳送。
本案之另一方面係為一種無線電網路閘道器，應用於一無線語音設備與一遠端裝置之間，該閘道器包含：一無線電接收與處理模組，用以接收該無線語音設備傳送過來之無線電語音信號並轉換成一數位語音信號； 以及一行動通訊模組，信號連接至該無線電接收與處理模組，將該數位語音信號以串流方式傳送的一組語音封包，透過一行動通訊網路而傳送給該遠端裝置。
根據上述構想，本案所述之無線電網路閘道器，其中該無線電接收與處理模組包含一無線語音設備控制模組以及一音頻編解碼模組，該無線語音設備控制模組用以接收該無線語音設備傳送過來之該無線電語音信號而解調變出聲波並播放出來，透過一麥克風的轉換以及該音頻編解碼模組的處理，將該無線電語音信號轉換成該數位語音信號後直接送入該行動通訊模組。
根據上述構想，本案所述之無線電網路閘道器，其中該行動通訊模組包含一語音通話單元，該語音通話單元將以串流方式傳送的該組語音封包，透過該行動通訊網路而傳送出去。
根據上述構想，本案所述之無線電網路閘道器，其中以串流方式傳送的該組語音封包係經過一串流伺服器轉傳給該遠端裝置。
根據上述構想，本案所述之無線電網路閘道器，其中更包含一控制器模組，且該行動通訊模組包含一資料處理單元，該控制器模組將該數位語音信號進行壓縮而轉換成一音頻檔案並對該音頻檔案進行語音辨識、內容判別以及音頻檔案儲存，而所產生之一音頻檔案儲存片段、一語音辨識結果、一內容判別結果、一感測器資料、一全球定位資訊透過該行動通訊模組中之該資料處理單元所建立之一資料信號路徑來進行轉傳，進而傳送至該串流伺服器，然後再傳至該遠端裝置，該遠端裝置為一指揮中心，該指揮中心包含一閘道伺服器，該閘道伺服器中包含有一指向模組，該指向模組用以記錄閘道列表與辨識碼、確認閘道註冊請求以及對透過雙迴路回傳來的傳送資訊進行比對與記錄。
根據上述構想，本案所述之無線電網路閘道器，其中更包含一訊號產生器以及一混音器，該無線電接收與處理模組偵測該無線語音設備傳送過來之該無線電語音信號之一語音電位，該訊號產生器根據該語音電位低於一預設門檻而產生一特定訊號送至該混音器，該混音器將該特定訊號與該無線電語音信號進行混音後再進行傳送。
為了能對本發明之上述構想有更清楚的理解，下文特舉出多個實施例，並配合對應圖式詳細說明如下。
為了解決上述的問題，本案發明人係發展出如圖2a所示之通訊系統功能方塊示意圖，現場人員(例如警察、消防員)所使用的無線電對講機200可以透過兩種管道來傳送無線電語音信號，其中的第一種管道是利用傳統的類比通訊管道來進行無線電語音信號傳送。第一無線電移動中繼裝置201來將無線電語音信號傳送到設在高處的無線電中繼站202，然後再轉傳到遠方的第二無線電移動中繼裝置203後到達指揮中心204。而當第一種管道受到無線電通訊死角的影響，造成無線電通話無法正確運作時，便可改採第二種管道來傳送。
第二種管道主要是利用第一對頻無線電收發機210來接收無線電對講機200所發出之無線電語音信號後，再送入第一無線電網路閘道器211轉換成數位語音信號，然後傳送給電信業者之第一行動通訊基地台212，進而可透過一中繼伺服器213以及多個行動通訊基地台(例如圖中之第二行動通訊基地台214與第三行動通訊基地台215)來進行傳送，進而能讓行動電話手機218以及第二無線電網路閘道器216收到該數位語音信號，而第二無線電網路閘道器216將所收到之該數位語音信號，透過第二對頻無線電收發機217轉成無線電語音信號後傳給第二無線電移動中繼裝置203，最後再傳送至指揮中心204。當然，第一無線電網路閘道器211所送出之數位語音信號透過第一行動通訊基地台212也可以傳給第三無線電網路閘道器205，第三無線電網路閘道器205再將所收到之該數位語音信號透過第三對頻無線電收發機206傳給設在高處的無線電中繼站202，以避開可能的通訊死角。
而如圖2b所示，其係指揮中心204中所包含之一閘道伺服器(Gateways server)2040，該閘道伺服器(Gateways server)2040中包含有處理器20400、通訊模組20401、轉發模組20402、指向模組20403以及記憶體模組20404，其中通訊模組20401可透過無線方式 (例如4G/5G 行動通訊)來與第二無線電移動中繼裝置203完成連接，而且透過有線固網連接回轉發模組20402，轉發模組20402用以從指向模組20403來確認閘道的資訊來進行數位語音信號的轉發(接收與發送)。而處理器20400則用以處理信息資料、進行閘道智能辨識指令的確認與轉發以及安排未撥放語音的發送。至於指向模組20403則用以記錄閘道列表與辨識碼(ID)、確認閘道註冊請求以及對透過雙迴路回傳來的傳送資訊進行比對與記錄。至於記憶體模組20404則用以存放作業系統以及主機傳送記錄。但是，因行動通訊技術中的網路延遲與轉傳並解碼信號封包所需的處理時間，將造成語音傳送的總延遲時間可能超過幾個秒的等級。如果該區域中的使用者人數眾多或是運作在大型活動之下，上述語音傳送的總延遲時間將可能會更長，相當不利於警察與消防體系中救災指令和緊急狀況資訊的收發。而為能改善此一缺失，本案針對無線電網路閘道器以及中繼伺服器之細節發展出下列技術手段。
請參見圖3，其係本案所發展出來關於上述無線電網路閘道器(例如第一無線電網路閘道器211、第二無線電網路閘道器216或第三無線電網路閘道器205)與中繼伺服器之功能方塊示意圖，無線電網路閘道器30中主要包含有四個模組：控制器模組301、無線語音設備控制模組302、音頻編解碼模組303以及行動通訊模組304。控制器模組301中包含有一資料運算單元3010以及控制單元3011。原本資料運算單元3010的功能是將音頻信號進行壓縮與解壓縮，例如將無壓縮 (Uncompressed)的音頻格式WAV檔案轉換成壓縮有損 (Lossy Compressed)的音頻格式AAC檔案，或是反向將AAC檔案解壓縮成WAV檔案。本實施例中之無線語音設備控制模組302以及音頻編解碼模組303係用以組成一無線電接收與處理模組，其中無線語音設備控制模組302則是用來接收遠端傳送過來之無線電語音信號而解調變出聲波並播放出來，透過麥克風3030的轉換以及音頻編解碼模組303的處理而產生例如脈衝編碼調變（Pulse-code modulation， PCM）的數位調變語音信號，然後如箭頭39之所示，被無線語音設備控制模組302輸入行動通訊模組304中而發起VoLTE語音通話。行動通訊模組304中主要包含有資料處理單元3040以及語音通話單元3041。以4G行動通訊為例，資料處理單元3040可以是長期演進技術模組( LTE module )的行動數據資料處理單元，而語音通話單元 3041則可以是長期演進語音承載（Voice over Long-Term Evolution，VoLTE) 通話單元。另外，語音通話單元3041送出之語音信號透過音頻編解碼模組303 還原聲音後，再透過無線語音設備控制模組 302 做發送給無線電語音通話使用。至於中繼伺服器則是改以串流伺服器(streaming server) 31與其他無線電網路閘道器連接。
為了能降低延遲時間，本案的技術手段是將無線語音設備控制模組302所接收之無線電語音信號，透過麥克風3030的轉換以及音頻編解碼模組303的處理後所產生的數位調變語音信號，在不透過控制器模組301中資料運算單元3010進行壓縮的情況下，便直接以行動通訊模組304中的語音通話單元3041來透過行動通訊網路來傳送給串流伺服器(streaming server) 31，至於這一連串的數位調變語音信號的傳輸協定，可以使用同一傳輸對話協定來完成，例如可以是對話啟動協定（Session Initiation Protocol， SIP）或是其他可基於IP的語音傳輸協定（Voice over Internet Protocol， VoIP），其可以用於建立、修改和終止包括視訊、語音、即時通訊等多種多媒體元素在內的互動式用戶對談。
再請參見圖4，其係本案建立一個通話通道的流程示意圖，圖中之無線電對講機40發出一無線電語音信號，經過無線電網路閘道器41轉換成數位調變語音信號後，以行動通訊中之語音通話技術 (例如長期演進語音承載（Voice over Long-Term Evolution，VoLTE）)，來對行動通訊業者42發起通話，就如同手機打電話的方式一樣來建立起此通話通道。而在行動通訊業者42同意並建立通話通道後，無線電網路閘道器41將以對話啟動協定（Session Initiation Protocol， SIP）或是其他可基於IP的語音傳輸協定（Voice over Internet Protocol， VoIP），把串流形式的一組語音封包傳輸至串流伺服器43，然後串流伺服器43再將串流形式的該組語音封包，以已建立的通話通道轉傳至遠端裝置，而遠端裝置可以是另一無線電網路閘道器44。值得注意的是，本案是直接將數位語音信號之串流形式的語音封包透過行動通訊網路來傳送給串流伺服器(streaming server) 進行轉傳，藉此省去壓縮過程所需時間，而且串流形式的語音封包是以即時傳送為要務，如此將可以大幅降低不必要的信號延遲。
另外，再請參見圖5之所示，其係本案為能彌補即時串流語音封包的可能缺失所發展出之另一較佳實施例的信號處理示意圖，其硬體架構與圖3相同，不同處在於虛線所示之信號路徑，其中信號路徑51表示將音頻編解碼模組303處理後所產生的數位調變語音信號也同時傳往控制器模組301中之資料運算單元3010。資料運算單元3010將數位調變語音信號進行壓縮而轉換成壓縮格式的音頻檔案，然後再送至控制單元3011進行語音辨識、內容判別以及音頻檔案儲存，而所產生之相關資訊(例如音頻檔案儲存片段、語音辨識結果、內容判別結果、感測器資料、全球定位資訊)則可以透過行動通訊模組304中之資料處理單元3040所建立之信號路徑52來進行轉傳，進而傳送至串流伺服器(streaming server)31，然後再傳回至遠端的指揮中心204。如此一來，除了圖4所述之低信號延遲的串流語音信號傳輸外，另外還提供了另外一個信號處理迴路，用以進行需要花費運算時間的語音辨識、語音內容判別、判別後訊息的發送與確認以及音頻檔案儲存等處理程序，而能讓此無線電中繼服務有更多的附加功能。至於控制單元3011進行語音辨識以及內容判別的處理程序還可以透過機器學習來完成，可以完成辨識後來改變指令排程的優先順序，最後提供給指揮中心204來完成最後確認。
再請參見圖6a與6b，其係在上述具備快速發話的無線電中繼通訊架構下，本案為能維持無線電對講機通訊的一種控制方法流程圖以及相關的功能方塊示意圖，由於無線電通話特性是按壓後通話(Push to Talk ，PTT)，也就是只要通道中有人在發話時其他對講機只能等對方通話完畢後才能取得通話權。因此，從行動通訊系統中來接入無線電時也須遵守此一規範。但是，在連續語音通話過程中，使用者講話中途的斷點很常被系統誤判成通訊結束而失去通話權。因此，當使用者按下通話鍵啟動通話(步驟71)後，本案系統便可以利用麥克風3030來持續偵測目前的語音電位，判斷語音電位是否過低(步驟72) ，例如是該語音電位低於一預設門檻。若語音電位水平沒有過低，便進行一般通話。但若是語音電位水平過低，則啟動一訊號產生器60來產生一特定訊號 (例如白雜訊) (步驟73)至混音器61來與麥克風3030轉換出之語音信號來進行混音(步驟74)。而混入特定訊號 (例如白雜訊)後之聲音的語音電位水平將會被提高但不易被人耳辨識出來。因此，混入特定訊號 (例如白雜訊)後之聲音將會被送入音頻編解碼模組303來處理，進而產生在上述數位調變語音信號中混入特定訊號 (白雜訊)的抗誤動作數位調變語音信號，然後再透過行動通訊模組304中的語音通話單元3041進行語音傳送(步驟75)。如此一來，本案將可以適當地在講話斷點上補充一些訊號，好讓系統不會誤判成通訊結束而失去通話權。
綜上所述，雖然本發明以實施例揭露如上，但並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之技術精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍請求項所界定者為準。
100:無線電對講機 101:第一無線電移動中繼裝置 102:無線電中繼站 103:第二無線電移動中繼裝置 104:指揮中心 200:無線電對講機 201:第一無線電移動中繼裝置 202:無線電中繼站 203:第二無線電移動中繼裝置 204:指揮中心 210:第一對頻無線電收發機 211:第一無線電網路閘道器 212:第一行動通訊基地台 213:中繼伺服器 214:第二行動通訊基地台 215:第三行動通訊基地台 218:行動電話手機 216:第二無線電網路閘道器 217:第二對頻無線電收發機轉成 205:第三無線電網路閘道器 206:第三對頻無線電收發機 2040:閘道伺服器 20400:處理器 20401:通訊模組 20402:轉發模組 20403:指向模組 20404:記憶體模組 30:無線電網路閘道器 301:控制器模組 302:無線語音設備控制模組 303:音頻編解碼模組 304:行動通訊模組 3010:資料運算單元 3011:控制單元 3030:麥克風 3031:信號放大器 3040:資料處理單元 3041:語音通話單元 31:串流伺服器 40:無線電對講機 41:無線電網路閘道器 42:行動通訊業者 43:串流伺服器 44:無線電網路閘道器 51:信號路徑 52:信號路徑 60:訊號產生器 61:混音器
圖1，其係傳統無線電通訊系統示意圖。
圖2a，其係本案所發展出來關於無線電系統之較佳實施例之功能方塊示意圖。
圖2b所示，其係，其係本案所發展出來關於無線電系統中之指揮中心所包含之一閘道伺服器的功能方塊示意圖。
圖3，其係本案所發展出來關於無線電網路閘道器的較佳實施例的功能方塊示意圖。
圖4，其係本案建立一個通話通道的流程示意圖。
圖5之所示，其係本案為能彌補即時串流語音封包的可能缺失所發展出之另一較佳實施例的信號處理示意圖。
圖6a與6b，其係在上述具備快速發話的無線電中繼通訊架構下，本案為能維持無線電對講機通訊的一種控制方法流程圖以及相關的功能方塊示意圖。
30:無線電網路閘道器
301:控制器模組
302:無線語音設備控制模組
303:音頻編解碼模組
304:行動通訊模組
3010:資料運算單元
3011:控制單元
3030:麥克風
3040:資料處理單元
3041:語音通話單元

Claims (10)

  1. 一種語音信號中繼轉傳方法，應用於一無線語音設備與一遠端裝置之間，該中繼轉傳方法包含下列步驟： 接收該無線語音設備傳送過來之無線電語音信號並轉換成一數位語音信號； 將該數位語音信號轉換成以串流方式傳送的一組語音封包，而透過一行動通訊網路而傳送給一串流伺服器；以及 該串流伺服器將以串流方式傳送的該組語音封包轉傳給該遠端裝置。
  2. 如請求項1所述之語音信號中繼轉傳方法，其中該無線語音設備為一無線電對講機，所發出之該無線電語音信號，經過一無線電網路閘道器轉換成該數位語音信號後，以行動通訊中之語音通話技術，來對一行動通訊業者發起通話，而在該行動通訊業者同意並建立一通話通道後，該無線電網路閘道器將以對話啟動協定，把串流形式的一組語音封包傳輸至該串流伺服器，然後該串流伺服器再將串流形式的該組語音封包，以已建立的通話通道轉傳至該遠端裝置。
  3. 如請求項1所述之語音信號中繼轉傳方法，其中更包含下列步驟：將該數位語音信號進行壓縮而轉換成一音頻檔案；對該音頻檔案進行語音辨識、內容判別以及音頻檔案儲存，而所產生之一音頻檔案儲存片段、一語音辨識結果、一內容判別結果、一內容判別結果傳送確認、一感測器資料、一全球定位資訊透過一資料信號路徑來進行轉傳，進而傳送至該串流伺服器，然後再傳至遠端的一指揮中心，該指揮中心包含一閘道伺服器，該閘道伺服器中包含有一指向模組，該指向模組用以記錄閘道列表與辨識碼、確認閘道註冊請求以及對透過雙迴路回傳來的傳送資訊進行比對與記錄。
  4. 如請求項1所述之語音信號中繼轉傳方法，其中更包含下列步驟：偵測該無線語音設備傳送過來之該無線電語音信號之一語音電位；以及根據該語音電位低於一預設門檻，產生一特定訊號來與該無線電語音信號來進行混音後再進行語音傳送。
  5. 一種無線電網路閘道器，應用於一無線語音設備與一遠端裝置之間，該閘道器包含： 一無線電接收與處理模組，用以接收該無線語音設備傳送過來之無線電語音信號並轉換成一數位語音信號； 以及 一行動通訊模組，信號連接至該無線電接收與處理模組，將該數位語音信號以串流方式傳送的一組語音封包，透過一行動通訊網路而傳送給該遠端裝置。
  6. 如請求項5所述之無線電網路閘道器，其中該無線電接收與處理模組包含一無線語音設備控制模組以及一音頻編解碼模組，該無線語音設備控制模組用以接收該無線語音設備傳送過來之該無線電語音信號而解調變出聲波並播放出來，透過一麥克風的轉換以及該音頻編解碼模組的處理，將該無線電語音信號轉換成該數位語音信號後直接送入該行動通訊模組。
  7. 如請求項5所述之無線電網路閘道器，其中該行動通訊模組包含一語音通話單元，該語音通話單元將以串流方式傳送的該組語音封包，透過該行動通訊網路而傳送出去。
  8. 如請求項5所述之無線電網路閘道器，其中以串流方式傳送的該組語音封包係經過一串流伺服器轉傳給該遠端裝置。
  9. 如請求項8所述之無線電網路閘道器，其中更包含一控制器模組，且該行動通訊模組包含一資料處理單元，該控制器模組將該數位語音信號進行壓縮而轉換成一音頻檔案並對該音頻檔案進行語音辨識、內容判別以及音頻檔案儲存，而所產生之一音頻檔案儲存片段、一語音辨識結果、一內容判別結果、一感測器資料、一全球定位資訊透過該行動通訊模組中之該資料處理單元所建立之一資料信號路徑來進行轉傳，進而傳送至該串流伺服器，然後再傳至該遠端裝置，該遠端裝置為一指揮中心，該指揮中心包含一閘道伺服器，該閘道伺服器中包含有一指向模組，該指向模組用以記錄閘道列表與辨識碼、確認閘道註冊請求以及對透過雙迴路回傳來的傳送資訊進行比對與記錄。
  10. 如請求項5所述之無線電網路閘道器，其中更包含一訊號產生器以及一混音器，該無線電接收與處理模組偵測該無線語音設備傳送過來之該無線電語音信號之一語音電位，該訊號產生器根據該語音電位低於一預設門檻而產生一特定訊號送至該混音器，該混音器將該特定訊號與該無線電語音信號進行混音後再進行傳送。
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