解決短波通訊語音質量的神器——短波電臺語音質量分析器

短波通訊從誕生之日起就備受關注，由於通訊距離較遠、使用方便、組網靈活等優點使其在無線電通訊行業佔有重要的位置，同時侷限於短波通訊的通訊原理，也存在通訊效果差、通訊穩定性低等缺點。要想盡量規避這些不足，對每次通訊效果的總結尤為重要，基於這種思路，我們提出對每臺短波電臺在使用過程中的通訊效果進行採集和分析，經過大量資料的積累，總結出相關頻率在相關時間的通訊效果預期的方法來提高短波通訊的使用效率。在這個過程中，對電臺語音訊號質量進行分析是重中之重，基於此種需求，我們開發出短波電臺語音質量分析器。

短波電臺語音質量分析器

（以下簡稱分析器）的作用是實時對短波電臺接收到的語音訊號進行分析和處理，並透過有效鏈路將分析結果和有效的資料上傳到控制中心伺服器。具體操作流程是：首先對接收到的語音質量進行處理，得出一個語音質量評分結果，將結果透過網路或者北斗短報文上傳到控制中心的伺服器，其次是對接收到的語音訊號進行降噪處理，提高聲音的信噪比，將處理後的語音訊號本地播放、儲存並上傳到控制中心的伺服器，並且在這個過程中對接收到的聲音訊號進行判斷，只有語音訊號能上傳，短波電臺噪聲不上傳，減少對頻寬的佔用。此短波電臺語音質量分析器由浙江凱池電子公司研發。

分析器採用ARM+DSP的架構，DSP的作用主要是採集短波電臺接收到的語音訊號、對語音訊號進行分析，計算出訊號質量、對語音訊號進行降噪處理，提高信噪比、並對有效的語音訊號播放和傳輸給ARM；ARM主要的作用是接收DSP傳輸過來的語音質量分析資料和有效語音訊號，並透過相關有效的通訊鏈路（有線網路、3G/4G網路、北斗短報文），將這些資料上傳到控制中心伺服器、接收控制中心伺服器的控制指令和本地指令、本地人機互動等功能。

圖1 分析器的硬體框架

分析器的硬體框架：

◆ 分析器的檔案本地儲存功能是在不能透過有效通訊鏈路和控制中心通訊的情況下，將分析器接收到的有效語音訊號和語音訊號分析質量資料儲存到本地儲存卡內進行備份，等到通訊恢復後，再上傳到控制中心；

◆ 分析器提供本地人機互動功能，可以在本地很方便的對分析器進行設定和控制；

◆ 分析器提供有線網路和3G/4G網路兩種大資料量通訊鏈路，可以透過這兩種鏈路將有效語音訊號和語音訊號分析質量資料上傳到控制中心的伺服器或者接收控制中心設定分析器的控制指令；

◆ 分析器提供北斗短報文通訊鏈路來滿足安全、穩定、高效的通訊需求，可以透過北斗短報文的方式將語音訊號分析質量資料等小資料量資料上傳到控制中心伺服器或者接收控制中心設定分析器的控制指令；

◆ 分析器提供本地操作串列埠，可以透過串列埠在本地對分析器進行控制和設定；

◆ ARM和DSP透過USB介面進行資料互動；

◆ 音訊編解碼器透過I2S介面與DSP進行資料互動；

◆ 分析器提供MIC輸入、線輸入、線輸出、功放輸出四種模擬音訊介面，可以很方便的連線到短波電臺的音訊訊號輸出介面，並透過線輸出和功放輸出，可以將分析器處理後的音訊訊號分別連線到有源功放系統和無源功放系統進行本地播放。

圖2 分析器的具體使用方法

分析器的具體使用方法：

◆ 分析器透過音訊線獲得短波電臺接收到的音訊訊號，對音訊訊號進行處理，每2。5s得出一個語音訊號質量分析結果，並將結果透過各種通訊鏈路（北斗短報文、有線網路、3G/4G網路）傳送給控制中心；

◆ 分析器在計算語音訊號質量分析結果的同時，對短波電臺接收到的音訊訊號進行降噪處理和有效語音檢測，透過降噪處理，可以明顯提高短波電臺接收到的音訊訊號的信噪比和語音質量，透過有效語音檢測，可以區分出包含語音訊號的音訊資料和不包含語音訊號的音訊資料，在進行本地儲存和上傳到伺服器時，只處理含有語音訊號的音訊訊號，可以明顯的節省儲存空間、網路頻寬和各級處理器佔用率；

◆ 分析器可以透過各種通訊鏈路（北斗短報文、有線網路、3G/4G網路）接收控制中心的控制指令；

◆ 對於短波移動臺，可以採用北斗短報文和3G/4G網與控制中心進行資料互動。小資料量的資訊，如語音質量分析結果、對分析器的遠端控制指令等，可以採用北斗報文或者3G/4G的方式進行傳輸，大資料量的資料，如分析器需要上傳的語音訊號，可以透過3G/4G的方式進行傳輸。如果此時沒有可用的3G/4G訊號，分析器會自動將資料儲存在本地；

◆ 對於短波基地臺，除了可以使用上述通訊鏈路外，還可以使用更加穩定的有線網，可以使資料傳輸更安全、更及時。

圖3 分析器在短波通訊網中的使用方式

分析器在短波通訊網中的使用方式：

◆ 只需要透過一根音訊線連線到短波電臺，採集電臺接收到的音訊訊號，不影響短波電臺正常通訊；

◆ 每一臺短波電臺連線一臺分析器，分析器對電臺接收到的音訊訊號進行實時分析和處理，將含有語音的音訊資料和語音質量分析結果透過各種有效的通訊鏈路（北斗短報文、3G/4G網路、有線網路）傳送到控制中心；

◆ 每一臺分析器有唯一的ID號，控制中心透過各種有效的通訊鏈路（北斗短報文、3G/4G網路、有線網路）可以分別對每一臺分析器進行控制；

◆ 控制中心可以透過每臺分析器上傳的資料，進行進一步的處理，從而分析出每臺短波電臺在本次通訊過程中的通訊質量。

在使用短波進行通訊時，對通訊質量的判斷往往是透過操作人員的主觀感知獲得的，存在不準確和不一致性，而且不能對通訊結果進行採集、儲存、量化和分析。短波電臺語音質量分析器的出現，很好的解決了這一問題，可以自動的總結該次通訊效果，將每次量化分析的資料進行儲存，為更高層次的資料處理提供資料積累。