语音综合通信关键技术及其在消防救援中的应用

【摘要】本文解释了语音综合通信的技术理念，消防语音综合管理平台的部署架构，阐述了音频检测、噪音抑制、增益控制和ROIP等语音综合通信关键技术，并描述了该技术在消防灭火救援等情况下的实战应用。

【关键词】综合通信语音云音频检测应急救援RoIP

一、前言

随着我国社会和经济建设的迅速发展，各类突发性火灾、救援事故与日增多，危害程度大，波及范围广，对语音通信技术手段服务实战提出了更高要求，尤其是多个部队联合作战、多警种协同配合、多个社会联动力量联合处置的情况下，现场的统一指挥，参战力量的默契配合，前后方的衔接与调度管理都迫切需要一种稳定、可靠，同时又能兼容多种制式通信系统的语音综合通信技术。

语音综合管理平台为解决上述问题提供了突破口。

二、技术理念与系统架构

2.1技术理念

借鉴“云计算”和融合语音通信技术的思想，将各类有线/无线、不同频率、制式的语音通信资源通过终端统一转换成IP信号在全网上传输，在省、市一级建立平台，实现资源交换调度，同时利用RoIP技术，对平台内各类语音资源分类、汇接、转换、统一管理，使各类语音资源在全国指挥调度网上呈“网格化”分布，形成覆盖全国的“消防语音云”。

2.2系统架构

按照现行消防管理体制，分别在部消防局、总队、支队建语音管理平台，横向接入各类语音资源，汇聚、管理本级语音资源，下级平台向上级平台通过IP网逐层汇聚，实现分级集成与分布式网络结构相结合的架构方式，下级终端语音资源受上级平台以及更高级平台的直接调度，满足了消防“扁平化”作战指挥的需要。

三、关键技术

3.1音频检测

对于有线、无线、全双工、半双工等多种通信系统接入，可采用VOX（声音）、VMR（语音）、COR（载波）三种检测方法。

VOX根据外部输入声音数字化后的电平值判定，频率范围100～3.2KHz，适用于电话通信、超短波通信、会议通信等在现场噪声较低时情况。

VMR根据声音频率和波形特点通过算法确定信号是否有效，频率范围100～1.2KHz，可有效滤除风声、汽车声、震动声等非人声特征音频，适合短波、超短波在噪声较高情况下的通信。

COR根据电台/手台接收到的载波检测信号判定，频率范围100～3.2KHz，其特征与VOX类似，但COR能够确保电台的有效发射，可避免线路干扰造成错误的PTT触发。

3.2噪声抑制

数字滤波器技术。使用DSP数字滤波器，通过DSP芯片的IIR数字滤波器技术滤除3.2KHz以上高频以及100Hz以下低频。

VAD静音检测。使用DSP芯片对数字化后的音频进行VAD检测，去除随机噪声和高斯噪声的误判，以判定是否有效音频输入。

回声消除。为了避免嚣叫，采用AEC（声学回声消除）主流回声消除技术。

数字均衡器和噪音衰减。通常的语音通信环境可采用10段均衡器，根据不同的语音频率来进行适当调节，补偿音源或音频输出设备的缺陷；无线通信设备在信号越差的情况下SNR值（信噪比）越低，语音质量越差，可通过自适应语音增强算法对噪声进行衰减并提高SNR，提取质量较高的音频信号。

3.3增益控制

不同语音设备音频电平存在差异，经过噪声抑制后的音频增益显著降低，数字化后可采用功率控制芯片对音频数据自动增益控制（AGC），通过交换控制单元调节相应参数，输入输出增益范围为-26dB～+12dB即可基本满足各类音频信号的要求。

3.4RoIP（Radio Over IP）技术

为满足通过IP联网需要，应考虑设计专有无线电台通信控制协议，如下图所示。

RoIP是基于VoIP技术之上的专有无线电台通信控制协议，RoIP涵盖了VoIP设备的编码、传输、延迟处理、抖动平滑恢复技术，可对无线电台设备语音检测与触发控制；支持单双工通信及电台远程编程；为便于扩展并适应不同网络传输，协议支持GSM 13Kbps、ADPCM 16Kbps、ADPCM 24Kbps、ADPCM 32Kbps、PCM 64Kbps等语音压缩编码标准。

四、综合通信在消防救援中的应用

4.1联合应急救援

4.2跨区域作战中的途中通信

利用公共移动网覆盖广和移动互联终端（语音综合管理平台的无线终端）对移动信号、常规无线信号互转技术，可有效解决跨区域增援中的途中通信问题。当救援编队在基站信号覆盖范围内时，可通过电台直接与指挥中心通信；当超出常规信号覆盖范围时，移动互联终端自动实现切换，跨区域救援编队仍可使用电台与指挥中心电台通信。

4.3地震救援及山岳救援

在地震导致的公共通信网瘫痪和公共通信覆盖不足导致山岳等地信号真空的救援中，可利用通信指挥车架设卫星站，建立通信干线，实现前后方的通信联络；利用通信指挥车常规网中继转信，形成现场3-5公里范围的救援圈；通过短波和卫星手机，进一步拓展救援范围，同时利用车载语音综合管理平台，实现各种通信手段的融合对接，形成现场中、短距离交叉通信，及前方后的长、短距离直接通信，有利于指挥部对多种救援力量的统一调度和工作部署。

五、结语

综合语音通信技术通过音频检测、噪音抑制、增益控制和ROIP技术解决了多种制式通信系统间的互联互通问题，实现了语音资源的统一调度与管理，为消防在联合救援、跨区域通信及地震等灾难性救援中提供了统一的语音指挥调度平台，适应了消防在新形势下“一体化”、“扁平化”的灭火救援实战需求。

参考文献

贝.消防信息系统综合集成应用研究.消防科学与技术2013，4：406-410[2]《云计算基础设施和体系架构指南》白皮书，IBM，2009