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摘 要
随着铁路、电力等部门对语音记录的需求不断增长，出现了许多数字录音设备。普通的录音设备只能对单独一处的语音源进行记录，当需要对分散在各个地方的多处语音源进行集中录音时，就显得无能为力。而本文介绍的网络录音盒便是为解决这一问题而开发的，它利用现在日益普及的计算机网络，将录音盒采集的语音信号传输至远程的PC机中进行存储。多个录音盒和一台PC机以及连接它们的网络，就可以实现对分散各处的语音源进行集中的录音和管理。
本文以网络录音盒为实例，从理论上对网络录音技术进行了研究，从实际设计上对该设计实例的各个部分进行了介绍和分析。第一章介绍了网络录音技术产生的背景。第二章介绍了网络录音的理论基础，包括语音编码原理和网络传输原理。第三章介绍了网络录音盒的硬件设计，包括微控制器、语音编码器、以太网控制器以及器件间接口的设计。第四章介绍了网络录音盒的软件设计，包括微控制器上网络协议栈的实现和PC机上录音程序的实现。第五章总结了已经实现的功能，展望了应用的前景，并提出了有待完善的问题。http://www.16sheji8.cn/
关键词：网络，数字录音，PCM，C8051F020，RTL8019AS
Abstract
With the growth of the need for sound record in the department of Railway and Electric Power, many devices for sound record have appeared. One normal record device can only record sound at one place, when we need collect sound which spread around several places, it becomes helpless. The thesis has introduced a kind of Network recorder which can resolve this problem. It uses increasingly popular computer network to transmit sound signals, which is collected by recorder, to remote PC. And these sound signals are stored by the PC. Several Network recorders, one PC and the Network connecting them can implement the purpose that record and manage sound which spread around different places.
Taking this recorder as example, this thesis does theoretical research into the technology of the Network speech recording, introduce and analyze the practical designing of each parts of the recorder. At first chapter, the thesis introduce the background of Network recorder’s appearance. In chapter 2, the theoretical basis of the technology of the Network recording is introduced, including the theory of sound coding and Network. In chapter 3, the hardware design of Network recorder is discussed, including microcontroller, voice coder, Ethernet controller and the design of the interfaces between these chips. In chapter 4, the thesis discuss the software design of Network recorder, including the Network stack on microcontroller and the record program on PC. Chapter 5 summarizes the functions has implemented, then it states the prospect of the application of this recorder and put forward some problems to be improved.http://www.16sheji8.cn/
Keywords: Network, digital recording, PCM, C8051F020, RTL8019AS
目 录
第一章 引言 1
第二章 总体设计 2
2.1 模拟语音的数字编码 2
2.1.1语音 2
2.1.2采样 2
2.1.3量化和编码 2
2.1.4语音编码器 4
2.2 语音编码的网络传输 4
2.2.1以太网 4
2.2.2 TCP/IP协议简介 6
2.2.3 ARP协议 8
2.2.4 IP协议 10
2.2.5 ICMP协议 13
2.2.6 UDP协议 13
2.2.7网络微控制器和通用微控制器的比较 15
2.3 总体结构 16
第三章 硬件设计 17
3.1 微控制器C8051F020 17http://www.16sheji8.cn/
3.2 语音编码器MSM7570 19
3.3 将编码器连接到微控制器EPM3064A 20
3.3.1 MAX3000A系列可编程逻辑器件 20
3.3.2使用VHDL语言描述自定义器件 20
3.3.3分频和串并转换的实现 20
3.4 以太网控制器RTL8019AS 20
3.4.1 RTL8019AS简介 20
3.4.2 RTL8019AS内部结构 20
3.4.3 RTL8019AS数据帧的组成 20
3.4.4 RTL8019AS与微控制器的连接 20
3.5 完整的硬件设计 20
第四章 软件设计 20
4.1 在微处理器上运行的程序 20
4.1.1对以太网控制器中寄存器的访问 20
4.1.2物理地址的设置 20
4.1.3以太网帧的发送和接收 20
4.1.4 ARP协议的实现 20
4.1.5 IP协议的实现 20
4.1.6 ICMP协议的实现 20
4.1.7 UDP协议的实现 20
4.1.8微处理器上完整的软件设计 20
4.2 在PC机上运行的程序 20
4.2.1 WAVE文件的结构 20
4.2.2从远程接收语音编码 20
第五章 安装与测试 20
结 论 20
参考文献 20
致 谢 20http://www.16sheji8.cn/
第一章 引言
随着社会经济和通信行业的迅速发展，电话已成为人们日常生活和工作中非常重要的联络工具，以前需要见面或书信才能解决的问题，现在只需要一个电话就办妥了，但这种方便快捷的同时也带来了一个弊端，那就是有些事情事后记不清、说不明，容易造成不必要的麻烦。另外，对于重要的行业和部门的特殊用途电话，出于安全和保密的考虑，需要记录所有的通话，以便在出现问题时提供参考，出现事故时作为证据。为解决这一问题，电话录音设备应运而生。
目前的电话录音设备多种多样，最为常见也是最早出现的便是录音电话机，这种电话机将传统电话和录音机相结合，当需要录音时便启动录音机对电话线路上的语音进行录制。这种电话机采用磁带作为存储介质，当需要长时间录音时，须经常更换磁带，大量磁带的管理和保存成为十分棘手的问题，同时数量众多的磁带也使得这种方式的成本过于昂贵。
随着个人计算机的迅速普及，人们开始注意到计算机硬盘巨大的存储空间和操作系统完善的文件系统为电话录音的存储和管理提供了极为便利的条件，于是出现了使用模拟－数字转换器件将模拟语音信号数字化，再通过计算机串口传输到计算机内进行存储和管理的串口录音盒。
近几年来出现的USB接口，由于速度快、支持热插拔等诸多优点，开始动摇计算机串口的地位，并逐渐开始取代后者，在新的个人电脑上现在只能见到一个串口或根本就不存在。这种趋势也影响着电话录音系统的演进，串口电话录音盒开始被USB电话录音盒所取代。http://www.16sheji8.cn/
USB录音盒可以对集中在一起的多路电话进行方便的录音和管理。然而对于分散在多处的电话进行集中录音时却显得无能为力，这是受到USB本身的传输距离所限，即使USB的传输距离可以很长，铺设这样一条USB专用线路将付出巨大的代价。于是，人们开始考虑是否可以利用现有的计算机网络，传输分散在各处的电话录音到一台PC机中进行集中的记录和管理。
本设计即是对上述设想的一次尝试，期望实现网络录音盒所应完成的两个主要功能：语音的采集和语音数据的网络传输。
在网络录音盒的基础上加上电话接口电路，就能实现对于电话的网络录音，可以广泛的应用于商业电话、热线服务电话、关键岗位电话的录音，具有广泛的应用领域和良好的市场前景。
第二章 总体设计
2.1 模拟语音的数字编码
2.1.1 语音
语音信号是模拟信号，频率范围在300Hz到3400Hz之间，在此范围内的音频信号是人类可以发出和接收的。当然这一范围对不同的人是不一样的，通常比上述范围要小。作为模拟信号的语音要想在网络上传输并记录在PC中，必须要将其转化为数字信号。本系统中采用脉冲编码调制（PCM）实现模拟语音信号到数字信号编码的转换。PCM主要包括采样、量化和编码三个过程，如图2 1所示。在此之前通常还会对输入的模拟语音信号进行滤波，滤波的目的是将语音信号中夹杂的声音频带以外的信号去掉。如果频带限定过窄，将会丢掉一些人耳可以听到的频率，进而引起频带失真。
图2 1 PCM编码过程http://www.16sheji8.cn/
2.1.2 采样
经过滤波的语音信号转化为数字脉冲序列的过程是从以等时间间隔对语音信号进行采样开始的，这些时间间隔是由抽样定理决定的。抽样定理是指：一个频带限制在(0,fH)赫兹的时间连续信号m(t)，如果以T≤1/2fH秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定[1] 。也就是说只要对某一信号采样的频率至少为该信号中最高频率的两倍以上，则该信号便可以被这些采样完全的再生出来。电话系统在全世界都使用8kHz的采样频率，由于语音信号的最高频率在4kHz以内，这样，8kHz的采样频率即可满足抽样定理。当语音波形被采样以后，一组脉冲序列便产生出来，每个脉冲代表波形在某一次特定采样时刻的幅值。这一过程被称为脉冲幅度调制（PAM），如图2 2所示。
2.1.3 量化和编码
PAM采样仍然使用模拟量来表示语音信号。为了以后的数字传输，还要对其进行进一步的处理。就是把采样得到的声音信号幅度转换成数字值，这一过程称为量化。量化有好几种方法，但可归纳成两类：一类称为均匀量化，另一类称为非均匀量化。http://www.16sheji8.cn/
