Trong khuôn khổ của một đề tài thực tập, dựa trên các nhu cầu thực tế, 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
Trang 1Lời 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 đây 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 tế, 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
Trang 2Thiết hế hệ thống ghỉ âm so
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
- Mach thu va chuyén đổi tín hiệu tiếng nói
- _ Khối điều khiển
8 Phone | đôi tín điêu
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
Trang 3Tín 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 u 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 để 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,kết 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 triệu VND
Tại trung tâm điều độ lưới điện miền Bắc A1, đang sử dụng thiết bị ghi âm
CR500T comunication recorder cua hang TEAC corporation
Thiết bị này sử dụng một hệ vi xử lý chuyên dụng, ghi âm trực tiếp từ đường điện thoại Sau đây là một số đặc điểm kỹ thuật của thiết bị này
1 Mô tả sơ bộ
+Thiết bị cho phép ghi lại các cuộc đàm thoại có thời lượng dài
+Có khả năng thu từ 8 đến 56 kênh htoại đồng thời, có các chế độ 8, 16,
24, 32, 40, 48, 56 kênh
+Tín hiệu tiếng nói được mã PCM 8 bit theo luật u
Trang 4Thiết hế hệ thống ghỉ âm so
+Thông tin được lưu trữ trên băng từ : DAI (DDS2 standard), 3.5” MO(magneto optical) drive (ISO/IEC CD15041 standard) hoac 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
+ C6 thé ty động xác định thời điểm bắt đầu cuộc gọi để ghi âm do có hỗ
trợ VOX
3 Các khối chức năng chính
+Recording
e Thiét bi nay hé tro’ 3 kiéu ghi Am Mỗi kênh có thể sử dụng một kiểu
ghi am khac nhau:
- _ Ghi âm từ thời điểm bắt đầu liên lạc(OFF HOOK) đến thời điểm kết thúc liên lạc(ON HOOK) bừng cách xác định dòng điện trên đường dây điện thoại
- - 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 CallerlID
Trang 5eGhi thông tin về cuộc gọi
Số thứ tự kênh của cuộc gọi Thời điểm bắt đầu cuộc gọi 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 Xac dinh thoi 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, lỗi kênh, lỗi time code,Quạt dừng
Trang 6Thiết hế hệ thống ghỉ âm so
+ Các chức năng khác:
e Man hinh LCD 4 characters x 4 lines
e UPS cấp nguồn thêm 5 phút kể từ khi mất 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 Dai AGC -50 đến -30 dBV(-48 đến -—28dBm) at maximum
sensitivity -20 dén 0 dBV(-18 dén 2 dBm) at maximum sensitivity
eTrở kháng đầu vào = 10kQ_hoac hon(tai 1kHz)
eMonitor output -2.2dBVx1(RCA pin jack, AUX |/Oconnector)
-40dBVx1(3.5 @ jack)
e Speaker output 0.5W
e Earphone output 1mW
se 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
-Băng từ theo chuẩn DDS standart 60m(1.3GB) 90m(2GB)
e DDS driver theo chuẩn 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
Trang 7e 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
Trang 8Thiết hế hệ thống ghỉ âm so
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
Sơ đồ khối của hệ thống
Tín hiệu thoại được đưa qua bộ phận xác định trạng thái tín hiệu trên
đường dây điện để xác định xem kênh thoại có được kết nối hay không Tín hiệu 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,
Trang 9thì 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 thê 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
Trang 10Thiết hế hệ thống ghỉ âm so
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 chế độ EPP có thể truyền dữ liệu với tốc độ từ 500KByte-2Mbyte
e Khôi 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:
Select
⁄ Data
PC
- 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
Trang 11Một 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 u Vi 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 thi TP3054 sé dua 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
se 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
Thanh ghi này là thanh ghi 8 bit, có thê 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
Trang 12Thiết hế hệ thống ghỉ âm so
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
hnnel ache Clk, oe BoSBE