Báo cáoThực tập Thiết kế hệ thống ghi âm số

Trong khuôn khổ của một đề tài thực tập, dựa trên các nhu cầu thực té, với nhiệm vụ thiết kế hệ thống ghi âm số điện thoại 8 kênh tự động, em đã tham khảo các mô hình đã có, đưa ra một s

Lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, vai trò của kỹ thuật số, kỹ thuật máy tính ngày càng trở nên to lớn Nó xâm nhập vào mọi lãnh vực của đời sống xã hội Nó thúc đẩy tự động hoá sản xuất, cũng như các sinh hoạt của con người

Trong khuôn khổ của một đề tài thực tập, dựa trên các nhu cầu thực té, với nhiệm vụ thiết kế hệ thống ghi âm số điện thoại 8 kênh tự động, em đã tham khảo các mô hình đã có, đưa ra một số phương án khả thi Phương án tối ưu nhất được thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ ghép nối và các môdule phần mềm

Trong quá trình thực tập em cũng học được nhiều kiến thức và kinh nghiệm mới, tuy nhiên do trình độ còn hạn hẹp, ít kinh nghiệm nên đề tài còn

nhiều thiếu sót

Em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Quốc Anh đã luôn tận tình hướng dẫn

em trong quá trình hoàn thành đợt thực tập này

Thiết hế hệ thống ghi âm số

I.Nhiệm vụ

Hệ thống ghi âm số cần thực hiện những nhiệm vụ sau:

- Thu tín hiệu thoại đồng thời trực tiếp từ 8 kênh thoại

- _ Mã hoá thành tín hiệu số

-_ Tổ chức lưu trữ

- Playback

Phần cứng của hệ thống gồm

-_ Mạch thu và chuyển đổi tín hiệu tiếng nói

- _ Khối điều khiển

Chuyển Khối Playback

8 Phone | đối tín điêu

hiệu khiên

Sơ đồ khối của hệ thống ghi âm

Hệ thống có nhiệm vụ ghi âm điện thoại đồng thời trên 8 kênh Do vậy yêu cầu đầu tiên là phải ghi đây đủ, chính xác mọi cuộc thoại tại tất cả các kênh Các kênh thoại là ngẫu nhiên Trong tình huống lớn nhất là cả 8 kênh cùng có cuộc thoại Do đó hệ thống phải có khả năng xử lý và được thiết kế để có thể thu

âm được cả 8 kênh Các kênh truyền tin, thiết bị điều khiển phải có tốc độ đủ lớn Hệ thống cần xác định được trạng thái của các kênh

Tín hiệu thoại là tín hiệu tiếng nói, để xử lý và lưu trữ cần phải chuyển về tín hiệu số Dựa các đặc tính của tín hiệu tiếng nói ta có thể mã hoá PCM 8bit theo luật ¡ hoặc luật A, vừa tiết kiệm dung lượng lưu trữ, đường truyền vẫn đảm bảo được chất lượng âm thanh

Việc ghi âm các cuộc đàm thoại chủ yếu phục vụ cho việc giám sát, do đó các cuộc thoại phải được lưu trữ hợp lý, dạng cơ sở dữ liệu dé dễ dàng cho việc

tìm kiếm, playback Phải lưu trữ đầy đủ các thông tin của cuộc đàm thoại như thời lượng, thời gian bắt đầu,két thúc Cập nhật các cuộc thoại theo thời gian thực, nên cơ sở dữ liệu cần tổ chức để đáp ứng được tốc độ của hệ thống Các cuộc thoại phải được lưu trữ trong một thời gian nhất định(1,2 năm) nên tiết bị lưu trữ cần có dung lượng đủ lớn

Phát lại các cuộc thoại diễn ra đồng thời với việc ghi âm Hệ thống cần xây dựng chương trình điều khiển soundcard, chương trình ứng dụng để truy

cập cơ sở dữ liệu và phát lại các cuộc thoại thông qua sound card

II Phương án hiện có

Hiện nay, tại một số cơ sở có nhu cầu ghi âm điện thoại được trang bị các máy ghi âm công nghiệp của nước ngoài, giá thành khá cao khoảng vài trăm

+Thiết bị cho phép ghỉ lại các cuộc đàm thoại có thời lượng dài

+Có khả năng thu từ 8 đến 56 kênh htoại đồng thời, có các ché độ 8, 16,

24, 32, 40, 48, 56 kênh

+Tín hiệu tiếng nói được mã PCM 8 bit theo luật

Thiết hế hệ thống ghi âm số

+Thông tin được lưu trữ trên băng từ : DAT (DDS2 standard), 3.5” MO(magneto optical) drive (ISO/IEC CD15041 standard) hoặc 5” MO drive (ISO/IEC CD14517 standard)

+ Playback trong khi recording

+ Có khả năng tìm kiếm các cuộc đàm thoại theo thời gian cuộc gọi hoặc theo số của cuộc gọi

+ Điều chỉnh tốc độ play cho phù hợp với người nghe lại cuộc gọi

+ Có thể phát lẫn nhiều kênh đồng thời

+ Có thể tự động xác định thời điểm bắt đầu cuộc gọi để ghi âm do có hỗ

- _ Ghi âm voice, sử dụng chức năng VOX Khi trên kênh thoại không

có tín hiệu thoại trên 6 giây sẽ kết thúc ghi âm

- _ Ghi âm đặc biệt dùng cho các tín hiệu điều khiển mở rộng

e Ghi 10 chữ số cuối cùng bằng việc xác định tín hiệu DTMF của mỗi cuộc gọi

e Xác định CallerlD

Ghi thông tin về cuộc gọi

- _ Số thứ tự kênh của cuộc gọ -_ Thời điểm bắt đầu cuộc gọ -_ Thời điểm kết thúc cuộc gọi

- _ Số điện thoại gọi(DTMF)

e Ghi thời gian ngày tháng bắt đầu cuộc gọi

e Dual operation

e Serial operation

e Endless operation

e Single operation

+Playback and monitor

e Chức năng monitor: Có thể nghe 4 kênh đồng thời( cũng có thể tất cả các kênh) Trong khi đang, có thể giám sát voice input của mỗi kênh

e Tìm kiếm : Có thể tìm theo thời gian hoặc số cuộc gọi

e Instant recall

e Pause : pause play mode

e Skip Forward va Skip back

e FAST/SLOW

e Fast Forward va rewind

+ Time code

e Xác định thời gian theo : Year, Month, Day, Hour, Minute

e Có thể lựa chọn time code IRIG-B

e Đồng bộ cho hai hoặc nhiều CR-500 cùng hoạt động

+ Điều hành từ xa và báo động

e Điều hành từ xa

- Điều khiển từ xa dùng RS-232C

- Không đồng bộ, 9600(mặc định),19200,38400,57600,115200 bps

- 8 bits data, 1 bit stop, no parity, no procedure

e Báo động khi media end, Idi 6 A,B,HDD, Idi kênh, lỗi time code,Quạt dừng

Thiết hế hệ thống ghi âm số

+ Các chức năng khác:

e Man hinh LCD 4 characters x 4 lines

e UPS cấp nguồn thêm 5 phút kể từ khi mắt nguồn cấp

e Power switch OFF protect

e Chức năng tự kiểm tra khi các thiết bị khi bắt đầu hoạt động

e S/N ratio 40dB hoặc hơn

e Input level (-50 đến 0 dBV) với AGC

e Dải AGC -B0 đến -30 dBV(-48 đến -28dBm) at maximum sensitivity -20 dén 0 dBV(-18 dén 2 dBm) at maximum sensitivity

eTrở kháng đầu vào _ 10kO hoặc hơn(tại 1kHz)

eMonitor output -2.2dBVx1(RCA pin jack, AUX I/Oconnector)

-40dBVx1(3.5 @ jack)

e Speaker output 0.5W

e Dải Biến đổi VOX -50 đến -20 dBV

e BEEP TONE output -30dBm hoặc nhỏ hơn(FCC standard)

+ Hệ thống điều khiển

e Phương tiện ghi âm

-Bang tiv theo chuan DDS standart 60m(1.3GB) 90m(2GB)

e DDS driver theo chudn DDS standard, không nén

e Thời gian ghi âm

-CR-500T 120m tape ghi được 850 giờ kênh

e Đơn vị truyền thông nhỏ nhất : 16 seconds

e Thời gian điều chỉnh đồng hồ: Khoảng 1 tháng

+ Các thông số chung

e Nguồn cấp 90 — 132 VAC, 50/60 Hz

e Tiêu thụ nguồn 160 -200 VA

Đây là một thiết bị ghi âm chuyên dụng, do vậy có nhiều ưu điểm

Có thể ghi âm đồng thời được 56 kênh

Có khả năng xác định tín hiệu thoại: tín hiệu Hook-off, tín hiệu âm thanh

Nhiều chế độ linh hoạt Playbach trộn lẫn nhiều kênh Nhiều chức năng kèm theo khác

Có giao tiếp RS-232 Thiết bị độc lập gọn nhẹ Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm:

Giá thành quá cao

Giao diện kém

Khả năng tìm kiếm không linh hoạt

Sử dụng băng từ nên dung lượng và chất lượng lưu trữ thấp

Thiết hế hệ thống ghi âm số

III.Các phương án đề xuất

Dựa trên phân tích nhiệm vụ của hệ thống, đây là một hệ vi xử lý thời gian

thực Có thể xây dựng hệ thống theo các phương án sau:

- _ Xây dựng hệ nhúng dựa trên các vi điều khiển

- _ Xây dựng vi mạch nối ghép với máy tính

1 Xây dựng hệ thống ghi âm sử dụng vi điều khiển

trạng thái sẽ được đưa đến vi điều khiển Tín hiệu thoại được đưa vào khối mã hoá thành dạng dữ liệu PCM Dữ liệu sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu Khi có yêu cầu playback, dữ liệu sẽ được đưa qua soundcard ra loa

Trên sơ đồ khối, vi điều khiển phải nối ghép với khối thu thoại, khối lưu trữ, khối play back

Vì đây là ứng dụng thời gian thực nên vi điều khiển cũng phải có khả năng xử lý thời gian thực, có thể là các vi điều khiển thuộc dòng RISC

Thiết bị lưu trữ có thể dùng đĩa cứng hoặc flash Tuy nhiên việc phối ghép với đĩa cứng là rất phức tạp Với những vi điều khiển không sử có hệ điều hành,

thì cần lập trình điều khiển đĩa, tổ chức file Do đó chỉ phí cho xây dựng phần

mềm điều khiển là rất lớn Những vi điều khiển có kèm hệ điều hành thì giá thành cao Bộ nhớ sử dụng công nghệ Flash, hiện nay có dung lượng nhỏ và giá thành rất cao Hơn nữa, vẫn phải xây dựng file system

Việc xây dựng khối playback, ta có thể sử dụng các vi mạch DAC, DSP

để thiết kế một soundcard Việc thiết kế này còn phức tạp hơn nhiệm vụ chính của hệ thống ghi âm Có thể tạo các bus mở rộng như ISA để phối ghép với các soundcard có sẵn Ta cũng có thể sử dụng riêng một máy tính PC có soundcard, chạy chương trình ứng dụng truy cập cơ sở dữ liệu để playback

Phương án này đòi hỏi xây dựng phần cứng khá phức tạp Khối lượng cho phần mềm hệ thống cũng rất lớn Do vậy chỉ phí thực hiện sẽ lớn

2 Sử dụng card thu thoại ghép nối với PC

PC là một hệ vi xử lý đa năng Hiện nay PC ngày càng phổ biến và giá thành rẻ PC có nhiều lựa chọn để mở rộng qua các rãnh cắm mở rộng ISA, PCI, USB hoặc các cổng vào ra

Một trong nhưng ưu điểm lớn trong việc sử dụng PC là PC đã có các hệ

điều hành hoàn chỉnh Việc điều khiển phối ghép với đĩa cứng hay soundcard được hệ điều hành hỗ trợ Hệ thống file đã có sẵn

PC có giao diện thuận tiện, dễ xây dựng các ứng dụng trên đó Hơn nữa

ta vẫn có thể sử dụng máy PC cho nhiều chức năng khác ngoài chức năng điều khiển ghi âm

IV Thiết kế hệ thống ghi âm số điều khiển bằng PC

Hệ thống bao gồm các thiết bị phần cứng và các module phần mềm Phần cứng của hệ thống ghi âm số nhiều kênh dùng PC cần phải xây

dựng là card thu thoại nhiều kênh

Các module phần mềm bao gồm:

- _ Phần mềm điều khiển card thu thoại

- _ Tổ chức cơ sở dữ liệu

- Điều khiển soundcard

- Chuong trinh tng dung playback

Thiết hế hệ thống ghi âm số

1 Card thu thoại nhiều kênh

Bản mạch mở rộng có thể được nối ghép với PC qua bus ISA, USB hay cổng máy in Mạch phải có khả năng thu được đồng thời cả 8 kênh Tín hiệu thoại được mã hoá PCM 8 bit, tần số lấy mẫu là 8 kHz, thì tốc độ truyền dữ liệu

âm thanh phải đạt 64kbyte/s Ngoài ra còn có tín hiệu trạng thái, điều khiển và trễ của PC, do vậy tốc độ bus mở rộng phải đạt vài trăm kbyte/s Các bus ISA, USB có thể đáp ứng được tốc độ này, nhưng có thể nối ghép qua cổng LPT vừa đơn giản, vừa đạt yêu cầu tốc độ Cổng LPT ở ché độ EPP có thể truyền dữ liệu với tốc độ từ 500KByte-2Mbyte

Sơ đồ khối của vi mach thu thoại

Card thu thoại gồm các khối chức năng sau:

« Khối xác định trạng thái tín hiệu:

Khôi này có nhiệm vụ xác định loại tín hiệu trên đường điện thoại được đưa tới.Có nhiều cách xác định trạng thái:

- Xác định xem hiện có kết nối hay không kết nối(Hook- on,Hook-off)

-_ Xác định xem có tín hiệu thoại hay không

10

Một máy điện thoại đều phải gồm có hai phần mạch cơ bản, đó là mạch thu phát tín hiệu chuông và mạch đàm thoại Bộ xác định trạng thái sẽ xác định thời điểm máy điện thoại chuyển sang kênh thoại(Hook-on)_ để báo cho hệ thống biết sẵn sàng ghi âm kênh đó Nếu kênh liên tục ở trạng thái ghi âm thì sau 1 chu kỳ ghi âm của kênh(ghi 1 byte dữ liệu dạng PCM), thì khối này lại ghi vào thanh ghi trạng thái thông tin về kênh Các tín hiệu trạng thái kênh kết hợp lại qua cổng AND tạo thành yêu cầu ngắt đưa về CPU

e Codec:

Codec là bộ mã hoá và giải mã tín hiệu Một số vi mạch codec dành riêng cho tín hiệu tiếng nói Khối này có nhiệm vụ chuyển đổi ADC,mã hoá tín hiệu tiếng nói thành dạng PCM 8 bit theo luật ¡ Ví mạch TP3054 của National là một

IC chuyên dùng cho mã hoá tiếng nói Tín hiệu vào là tín hiệu tiếng nói trên điện thoại đưa đến chân VFx.Tín hiệu đưa ra là nối tiếp tại đầu ra 3 trạng thái Dx Chu kỳ lấy mẫu được đưa vào chân FS,(8kHz) Sau 8 chu kỳ đồng hồ tại chân

BCLKx thì TP3054 sẽ đưa ra dữ liệu mã hoá của một mẫu Dữ liệu này sẽ được

đưa qua bộ đệm để chuyển nối tiếp thành song song (SIPO)vào xử lý

e Bộ dồn kênh:

Bộ dồn kênh bao gồm 8 khối Mux 8-1 có khả năng chuyển song song một byte dữ liệu của một kênh được chọn về PC 8 đầu ra của MUX sẽ nối với thanh

ghi dữ liệu của cổng LPT Tín hiệu chọn kênh và tín hiệu chuyển dữ liệu đưa ra

từ PC và được điều khiển bằng chương trình con phục vụ ngắt

e Thanh ghi trạng thái kênh

Thanh ghi này là thanh ghi 8 bit, có thể vào ra song song Mỗi bit của thanh ghi là cờ của kênh, báo hiệu trạng thái của kênh là đang kết nối hay không

Bit ¡ =0 kênh đang rỗi

=1 kênh bận(active) Tín hiệu trạng thái của các kênh được đưa đến đầu vào song song của thanh ghi PC sẽ đọc nội dung của thanh ghi khi xử lý ngắt

Hoạt động :

11

Thiết hế hệ thống ghi âm số

Tín hiệu điện thoại qua khối xác định trạng thái kênh Nếu 1 kênh có kết

nối sẽ tạo một ngắt đưa về PC đồng thời ghi vào thanh ghi trạng thái và chuyển

tín hiệu thoại sang bộ codec Bộ codec sẽ mã hoá tín hiệu âm thanh thành dạng

PCM 8bit, đưa ra bộ đệm SIPO, sau đó chuyển đên MUX Chương trình con

phục vụ ngắt sẽ đọc thanh ghi trạng thái xác định các kênh active, rồi thực hiện

một vòng lặp lấy dữ liệu từ các kênh đang active

#595586

228068 EB?

Trên sơ đồ ghép nối str dung cac IC sau:

IC TP3054 : bộ codec

IC TP3155: khối tạo xung đồng bộ cho TP3054

IC 74LS164: thanh ghi dịch SIPO 8bit

IC 74LS151: MUX 8-1

IC MUX 2-1

IC 74199: thanh ghi vào ra song song 8 bit

2 Tổ chức cơ sở dữ liệu

Dữ liệu lưu trữ là các file âm thanh dưới định dạng file *.wav dang PCM

8 bit Những dữ liệu này sẽ được cập nhật bởi hệ thống ghi âm và được truy

xuất bởi trình ứng dụng playback để giám sát, kiểm tra nội dung các cuộc thoại

Do vậy, dữ liệu cần phải được tổ chức sao cho cập nhật nhanh rong gian thực,

dễ dàng tìm kiếm

Sử dụng PC có sẵn hệ điều hành, thì việc tổ chức lưu trữ trên những đĩa cứng dung lượng lớn trở nên dễ dàng Trong việc giám sát các cuộc gọi, một

thông tin quan trọng nhát để xác định các cuộc gọi là thời gian diễn ra các cuộc

gọi Do đó hệ thống tổ chức lưu trữ các file âm thanh sẽ được lưu theo cơ chế phân cấp về thời gian Dữ liệu lưu trữ của hệ thống sẽ lưu trữ theo từng năm

Tát cả các cuộc gọi ghi được trong năm sẽ lưu trữ theo một thư mục với tên

yearxxxx(xxxx: tên năm) Trong mỗi thư mục năm sẽ có một file ghi thông tinphục vụ cho việc cập nhật và tìm kiếm :info.rcd Mọi truy cập đến các cuộc thoại được ghi trong một năm đều phải truy cập qua file này Mỗi một cuộc thoại của mỗi kênh sẽ được lưu vào các file *wav riêng

File info.rcd chứa một số các cấu trúc dữ liệu cơ bản để phục vụ cho việc cập nhật và tìm kiếm được nhanh chóng

Phần đầu file là một mảng có định hai chiều các bản ghi Mỗi phần tử của mảng này là header của một danh sách liên kết Cấu trúc của phần tử Header

so với các phần tử còn lại trong danh sách liên kết là khác nhau

13