摘 要：本文基于Altera公司的高性能Stratix器件，利用SOPC Builder、DSP Builder、Matlab和Simulink等軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種新型的自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)（AVRS），實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路電話的通話進(jìn)行同期監(jiān)控錄音，可廣泛應(yīng)用于需要經(jīng)常性語音記錄的部門。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)；SOPC；Nios；Stratix
1 引言
目前各行業(yè)對(duì)電話進(jìn)行通話錄音變得越來越普遍，如政府機(jī)構(gòu)出于國(guó)家安全的原因需要在線錄音監(jiān)控；安全部門對(duì)一些重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象的往來通信需要錄音和實(shí)時(shí)監(jiān)聽；責(zé)任重大的政府部門及重要生產(chǎn)部門對(duì)有些重要指令需錄音；金融銀行或證券機(jī)構(gòu)及與大宗金錢有關(guān)的交易需要錄音；而一些商務(wù)、服務(wù)領(lǐng)域則把錄音資料作為語音記錄和提高服務(wù)質(zhì)量的一種手段。目前，各行業(yè)使用的電話語音記錄設(shè)備主要包括磁帶式電話語音記錄設(shè)備、基于PC機(jī)的電話語音記錄設(shè)備和基于FLASH芯片的電話語音記錄設(shè)備。這些電話語音記錄設(shè)備由于體積過大或記錄時(shí)間較短等缺點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)滿足不了某些用戶的特殊需求，因此亟需一種超大存儲(chǔ)容量、性能可靠和體積小巧的語音記錄設(shè)備。
針對(duì)這種現(xiàn)狀，我們研制了一種新型的自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)（AVRS），它可對(duì)多路電話的通話進(jìn)行同期監(jiān)控錄音，將通話內(nèi)容轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，以語音文件形式存儲(chǔ)于硬盤上，并可通過電話檢索方式進(jìn)行查詢，查詢到的語音文件可通過電話直接播出。本系統(tǒng)采用FPGA及大容量的筆記本硬盤，集成度高、存儲(chǔ)信息大，信息可長(zhǎng)期保存于硬盤中，文檔管理方便、保密性強(qiáng)。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能
自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)（AVRS）的應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，它通常由PSTN、交換機(jī)、自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和電話機(jī)構(gòu)成。本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)（AVRS）具有如下功能：
（1）提供了高密度的解決方案，以分機(jī)并線方式可進(jìn)行多達(dá)4路到64路的通話錄音，支持ADPCM、G.711、G.729壓縮格式，可兼容世界主流交換機(jī)。
（2）可以提供多通道通話全程實(shí)時(shí)錄音；提供多種錄音啟動(dòng)方式，如摘機(jī)控制、連接通話控制或聲音控制等；操作人員可在任何時(shí)間啟動(dòng)監(jiān)聽功能；實(shí)時(shí)監(jiān)聽對(duì)通話雙方及通話質(zhì)量沒有任何影響。
（3）對(duì)于呼叫信息的記錄可以實(shí)現(xiàn)在錄制通話語音文件的同時(shí)同步記錄呼叫信息，提供完整的呼叫信息記錄，包括主叫號(hào)碼、被叫號(hào)碼、呼叫方向、通話時(shí)間和通話時(shí)長(zhǎng)等。
（4）可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的功能，通過預(yù)留的電話遠(yuǎn)程撥入，在語音引導(dǎo)下可實(shí)時(shí)監(jiān)視所有通道的運(yùn)行狀態(tài)；可以按多種查詢條件（按通道、日期時(shí)間、主叫號(hào)碼、被叫號(hào)碼等）查詢或刪除錄音記錄；可以實(shí)現(xiàn)80,000多個(gè)通道小時(shí)的在線存儲(chǔ)量，錄音記錄除可存儲(chǔ)在自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)（AVRS）中的硬盤上，還可通過設(shè)備上的USB口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。
3 硬件設(shè)計(jì)
自動(dòng)語音記錄系統(tǒng)由Stratix EP1S125、Nios軟核處理器、SDRAM、IDE接口筆記本硬盤、PCM編解碼電路、配置器件MAX7128S、LCD顯示模塊、鍵盤、時(shí)鐘電路、USB接口電路、電話線接口電路和電源等組成，電路原理框圖如圖2所示。
3.1 Stratix FPGA
現(xiàn)代大容量、高速度的FPGA一般都內(nèi)嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS以及硬件乘法累加器等DSP模塊，用FPGA來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構(gòu)成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、易于測(cè)試及硬件升級(jí)。
Altera公司于2002年推出了新一代Stratix FPGA，它采用0.13微米和銅工藝制造，1.5V核心電壓，Stratix器件的DSP模塊提供了高于DSP處理器的數(shù)據(jù)處理能力，并且更為靈活和經(jīng)濟(jì)。每一Stratix DSP模塊可提供多達(dá)8個(gè)運(yùn)行在250MHz的并行乘法器，數(shù)據(jù)吞吐能力高達(dá)2GMACS。最大的Stratix器件EP1S125包括28個(gè)DSP模塊，可完成高達(dá)224個(gè)并行乘法操作，并提供56GMACS的總線數(shù)據(jù)吞吐能力，而傳統(tǒng)的DSP處理器最多僅可同時(shí)進(jìn)行8個(gè)并行乘法操作，數(shù)據(jù)吞吐量也只有8.8GMACS。除了DSP模塊中的專用乘法器以外，還可利用邏輯單元（LE）實(shí)現(xiàn)乘法器和DSP功能。例如，可在Stratix器件中利用大約9600個(gè)邏輯單元實(shí)現(xiàn)一個(gè)256階FIR濾波器。Stratix系列的EP1S120包括大約114,140個(gè)邏輯單元，可以容納11個(gè)這樣的濾波器。每一濾波器可運(yùn)行在200MHz，這意味著通過利用LE可提供563GMACS的器件總吞吐能力。結(jié)合DSP模塊提供的56GMACS數(shù)據(jù)吞吐能力，Stratix器件可提供高達(dá)620GMACS的數(shù)據(jù)總吞吐能力，因此Stratix器件適用于大數(shù)據(jù)量數(shù)字信號(hào)處理[1]。
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了Stratix EP1S125，利用它可完成對(duì)多通道通話全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、錄音和存儲(chǔ)等功能。
3.2 Nios軟核處理器
Nios軟核處理器是一種流水線技術(shù)、單指令流的32位RISC內(nèi)嵌處理器，其性能超過200 DMIPS。它針對(duì)Altera的可編程邏輯器件和片上可編程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想做了相應(yīng)優(yōu)化。作為一種可配置的通用RISC處理器，它可以與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成SOC系統(tǒng)，并下載到Altera的可編程器件中去。32位Nios軟核處理器結(jié)合外部閃存以及大容量存儲(chǔ)器，可構(gòu)成一個(gè)功能強(qiáng)大的32位嵌入式處理器系統(tǒng)，其大部分指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。Nios軟核處理器家族包括32位和16位兩種版本的體系結(jié)構(gòu)。
3.3 PCM編解碼電路
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的PCM編解碼電路采用了IDT821064編解碼芯片，它提供了4個(gè)獨(dú)立模擬音頻通道，適合用于企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商級(jí)的網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)中的通信設(shè)備，具備完善的可編程性而無需外部組件，設(shè)計(jì)中根據(jù)所需要錄音的通道數(shù)可以通過增加相應(yīng)的IDT821064即可滿足要求。IDT821064可進(jìn)行阻抗匹配、音調(diào)生成、混合線圈平衡響應(yīng)修正和增益設(shè)定，可依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇適當(dāng)?shù)奈⑻幚砥鹘涌冢∕PI）或通用通信接口（GCI），它采用64腳的PQFP封裝[2]。
設(shè)計(jì)中Nios軟核需要針對(duì)每個(gè)IDT821064提供GCI接口控制信號(hào)，考慮到控制指令一般只發(fā)送一兩次，沒有必要占用過多的資源，并且為了方便調(diào)試，選用了可以獨(dú)立操作的PIO，通過軟件對(duì)它們置位和復(fù)位來發(fā)送控制命令。
