語音綜合通信關鍵技術及其在消防救援中的應用

【摘要】本文解釋了語音綜合通信的技術理念，消防語音綜合管理平臺的部署架構，闡述了音頻檢測、噪音抑制、增益控制和ROIP等語音綜合通信關鍵技術，并描述了該技術在消防滅火救援等情況下的實戰應用。

【關鍵詞】綜合通信語音云音頻檢測應急救援RoIP

一、前言

隨著我國社會和經濟建設的迅速發展，各類突發性火災、救援事故與日增多，危害程度大，波及范圍廣，對語音通信技術手段服務實戰提出了更高要求，尤其是多個部隊聯合作戰、多警種協同配合、多個社會聯動力量聯合處置的情況下，現場的統一指揮，參戰力量的默契配合，前后方的銜接與調度管理都迫切需要一種穩定、可靠，同時又能兼容多種制式通信系統的語音綜合通信技術。

語音綜合管理平臺為解決上述問題提供了突破口。

二、技術理念與系統架構

2.1技術理念

借鑒“云計算”和融合語音通信技術的思想，將各類有線/無線、不同頻率、制式的語音通信資源通過終端統一轉換成IP信號在全網上傳輸，在省、市一級建立平臺，實現資源交換調度，同時利用RoIP技術，對平臺內各類語音資源分類、匯接、轉換、統一管理，使各類語音資源在全國指揮調度網上呈“網格化”分布，形成覆蓋全國的“消防語音云”。

2.2系統架構

按照現行消防管理體制，分別在部消防局、總隊、支隊建語音管理平臺，橫向接入各類語音資源，匯聚、管理本級語音資源，下級平臺向上級平臺通過IP網逐層匯聚，實現分級集成與分布式網絡結構相結合的架構方式，下級終端語音資源受上級平臺以及更高級平臺的直接調度，滿足了消防“扁平化”作戰指揮的需要。

三、關鍵技術

3.1音頻檢測

對于有線、無線、全雙工、半雙工等多種通信系統接入，可采用VOX（聲音）、VMR（語音）、COR（載波）三種檢測方法。

VOX根據外部輸入聲音數字化后的電平值判定，頻率范圍100～3.2KHz，適用于電話通信、超短波通信、會議通信等在現場噪聲較低時情況。

VMR根據聲音頻率和波形特點通過算法確定信號是否有效，頻率范圍100～1.2KHz，可有效濾除風聲、汽車聲、震動聲等非人聲特征音頻，適合短波、超短波在噪聲較高情況下的通信。

COR根據電臺/手臺接收到的載波檢測信號判定，頻率范圍100～3.2KHz，其特征與VOX類似，但COR能夠確保電臺的有效發射，可避免線路干擾造成錯誤的PTT觸發。

3.2噪聲抑制

數字濾波器技術。使用DSP數字濾波器，通過DSP芯片的IIR數字濾波器技術濾除3.2KHz以上高頻以及100Hz以下低頻。

VAD靜音檢測。使用DSP芯片對數字化后的音頻進行VAD檢測，去除隨機噪聲和高斯噪聲的誤判，以判定是否有效音頻輸入。

回聲消除。為了避免囂叫，采用AEC（聲學回聲消除）主流回聲消除技術。

數字均衡器和噪音衰減。通常的語音通信環境可采用10段均衡器，根據不同的語音頻率來進行適當調節，補償音源或音頻輸出設備的缺陷；無線通信設備在信號越差的情況下SNR值（信噪比）越低，語音質量越差，可通過自適應語音增強算法對噪聲進行衰減并提高SNR，提取質量較高的音頻信號。

3.3增益控制

不同語音設備音頻電平存在差異，經過噪聲抑制后的音頻增益顯著降低，數字化后可采用功率控制芯片對音頻數據自動增益控制（AGC），通過交換控制單元調節相應參數，輸入輸出增益范圍為-26dB～+12dB即可基本滿足各類音頻信號的要求。

3.4RoIP（Radio Over IP）技術

為滿足通過IP聯網需要，應考慮設計專有無線電臺通信控制協議，如下圖所示。

RoIP是基于VoIP技術之上的專有無線電臺通信控制協議，RoIP涵蓋了VoIP設備的編碼、傳輸、延遲處理、抖動平滑恢復技術，可對無線電臺設備語音檢測與觸發控制；支持單雙工通信及電臺遠程編程；為便于擴展并適應不同網絡傳輸，協議支持GSM 13Kbps、ADPCM 16Kbps、ADPCM 24Kbps、ADPCM 32Kbps、PCM 64Kbps等語音壓縮編碼標準。

四、綜合通信在消防救援中的應用

4.1聯合應急救援

4.2跨區域作戰中的途中通信

利用公共移動網覆蓋廣和移動互聯終端（語音綜合管理平臺的無線終端）對移動信號、常規無線信號互轉技術，可有效解決跨區域增援中的途中通信問題。當救援編隊在基站信號覆蓋范圍內時，可通過電臺直接與指揮中心通信；當超出常規信號覆蓋范圍時，移動互聯終端自動實現切換，跨區域救援編隊仍可使用電臺與指揮中心電臺通信。

4.3地震救援及山岳救援

在地震導致的公共通信網癱瘓和公共通信覆蓋不足導致山岳等地信號真空的救援中，可利用通信指揮車架設衛星站，建立通信干線，實現前后方的通信聯絡；利用通信指揮車常規網中繼轉信，形成現場3-5公里范圍的救援圈；通過短波和衛星手機，進一步拓展救援范圍，同時利用車載語音綜合管理平臺，實現各種通信手段的融合對接，形成現場中、短距離交叉通信，及前方后的長、短距離直接通信，有利于指揮部對多種救援力量的統一調度和工作部署。

五、結語

綜合語音通信技術通過音頻檢測、噪音抑制、增益控制和ROIP技術解決了多種制式通信系統間的互聯互通問題，實現了語音資源的統一調度與管理，為消防在聯合救援、跨區域通信及地震等災難性救援中提供了統一的語音指揮調度平臺，適應了消防在新形勢下“一體化”、“扁平化”的滅火救援實戰需求。

參考文獻

貝.消防信息系統綜合集成應用研究.消防科學與技術2013，4：406-410[2]《云計算基礎設施和體系架構指南》白皮書，IBM，2009