專利名稱：語言接口板及以太網(wǎng)語音實時通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及語音通信在計算機(jī)上的應(yīng)用。
語音接口板是在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)語音通信的基礎(chǔ)，它的基本功能是通過硬件電路和語音編碼/解碼技術(shù)把由話筒輸入的語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存在計算機(jī)中，或把計算機(jī)中相應(yīng)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號由喇叭放出。這樣就通過語音接口板把語音編碼技術(shù)與微型機(jī)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來了。
要在以太網(wǎng)上實現(xiàn)語音的雙工實時通信，除了語音接口板之外，還需要相應(yīng)的硬件環(huán)境和與之配套的語音通信軟件。
86年美國Speech公司研制的語音接口板可在單機(jī)上實現(xiàn)語音的錄音、放音、存盤等功能。它只能在單機(jī)上進(jìn)行語音的錄、放，不具有語音通信的功能。語音的錄放采用的是查詢方式，把主機(jī)CPU的時間全部占用了，這對于高檔的微機(jī)將是很大的浪費(fèi)。
美國3Com公司是專門研制生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的公司，于1982年按Ethernet協(xié)議在IBM PC機(jī)上推出以太網(wǎng)產(chǎn)品-EtherSeries，84年、85年又先后推出了改進(jìn)的2.2版和2.4版。提供了以服務(wù)器為中心的電子郵件功能。用戶之間的通信以信件方式進(jìn)行。發(fā)送方把編輯好的信件發(fā)送到服務(wù)器的電子郵箱中。這時接收方并不能及時得知自己有信件。當(dāng)接收方在自己的工作站運(yùn)行電子郵件通信程序時，再向服務(wù)器查詢，這時方能知道有無自己的信件，隨后可把發(fā)給自己的信件由服務(wù)器取到本站。
1986年3Com公司推出了新的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品3Plus(即3+)。該系統(tǒng)仍以服務(wù)器為中心但擴(kuò)充了網(wǎng)間互聯(lián)和遠(yuǎn)程通信功能。86年6月3Com公司又推出了郵件監(jiān)視軟件，可定時(如1分鐘)監(jiān)視服務(wù)器有無自己的郵件，若有，則可在屏幕上給予提示。但要了解郵件內(nèi)容，仍需退出當(dāng)前運(yùn)行的程序，返回操作系統(tǒng)后，再運(yùn)行電子郵件通信程序，方能從服務(wù)器取回自己的郵件。這和以前盲目地向服務(wù)器查詢，無疑是一大進(jìn)步，但還不是實時的。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種語音接口板，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)成一個語音通信系統(tǒng)。本發(fā)明不但可在單機(jī)上實現(xiàn)語音的錄、放、存盤等基本功能，而且減少對主機(jī)CPU的占用時間，還可利用已有的網(wǎng)絡(luò)接口板，配上本申請人自行開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信軟件，構(gòu)成語音雙工實時通信系統(tǒng)，實現(xiàn)普通電話方式的通信、會議電話方式的通信以及語音郵件方式的通信。
本發(fā)明設(shè)計的這種語音接口板，由輸入/輸出接口電路、編碼/解碼及濾波電路、串/并、并/串轉(zhuǎn)換電路、與微機(jī)總線的接口電路、時序控制電路等部分所組成。其特征有兩點(diǎn)一是編碼/解碼及濾波電路中采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)方式;二是語音主體電路與微機(jī)總線的接口電路采用中斷方式，即在所說的語音接口板對語音處理準(zhǔn)備好之后，由所說的時序控制電路發(fā)出中斷請求，通過中斷處理程序?qū)崿F(xiàn)錄音或放音的具體操作。
本發(fā)明提出的上述語音接口板，由于采用PCM編碼方式，解碼后的語音質(zhì)量好，保證了語音通信的質(zhì)量。在錄音、放音時采用了中斷方式，CPU的時間得以充分利用，為在高檔微機(jī)上實現(xiàn)語音與圖形、圖象的同步傳輸提供了技術(shù)條件，這對于辦公自動化系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。該語音接口板適用于IBM PC系列機(jī)及國產(chǎn)長城系列機(jī)各種機(jī)型，如PC、XT、AT、0520CH、286、386等。在這些微機(jī)上插入該語音接口板和網(wǎng)絡(luò)接口板，并配上相應(yīng)的語音實時通信軟件，就可在站點(diǎn)之間實現(xiàn)語音的雙工實時通信。
附圖簡要說明

圖1為本發(fā)明的語音接口板設(shè)計方案示意圖。
圖2為語音錄/放主程序流程圖。
圖3為錄音中斷處理程序流程圖。
圖4為放音中斷處理程序流程圖。
圖5為本發(fā)明的以太網(wǎng)語音實時通信系統(tǒng)示意圖。
圖6為語音實時通信主程序流程圖。
圖7 65H中斷處理程序流程圖。
圖8 OAH中斷處理程序流程圖。
圖9 語音通信系統(tǒng)啟動程序流程圖。
圖1為本發(fā)明提供的一種語音接口板實施例的總體方案框圖，由五個部分組成輸入/輸出接口電路，編碼/解碼和濾波電路、串/并、并/串轉(zhuǎn)換電路、和微機(jī)總線接口電路、時序控制電路。結(jié)合附圖對各部分電路的構(gòu)成及功能詳細(xì)描述如下1.輸入/輸出接口電路輸入電路(即圖中的前置放大器部分)由兩級運(yùn)算放大器組成，把由話筒送來的語音信號放大約50倍，以保證編碼部分有足夠的信號幅度。
輸出電路(即圖中的功率放大器部分)主要是一級功率放大器，以提供足夠的輸出功率來驅(qū)動喇叭。另外，還有一個可變電阻，用于調(diào)節(jié)語音的輸出音量，以滿足不同的用戶需要。
其中前置放大器采用美國國家半導(dǎo)體公司的雙運(yùn)算放大器LM358組成兩級放大器，把話筒送來的語音信號放大約50倍。功率放大器采用通用功率放大器LM386。
2.編碼/解碼和濾波電路編碼采用PCM編碼技術(shù)，采樣頻率為8KHZ，每次采樣產(chǎn)生8位串行數(shù)據(jù)。語音信號在編碼之前，通過濾波器濾掉可能含有的高頻成份。
解碼部分把8位串行的數(shù)字信號還原成模擬的語音信號，然后通過低通濾波器濾掉高頻成分，再把語音信號送給輸出電路。
本實施例選用Intel2914器件(集成化的PCM編碼/解碼和濾波器)，用來實現(xiàn)編碼/解碼和濾波的功能。
3.串/并、并/串轉(zhuǎn)換電路串/并轉(zhuǎn)換電路用于把PCM編碼后產(chǎn)生的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)以便送給主機(jī)處理。
并/串轉(zhuǎn)換電路則是把來自主機(jī)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成解碼所需要的串行數(shù)據(jù)。
本實施例的串/并轉(zhuǎn)換電路采用8位串入并出移位寄存器74LS164。并/串轉(zhuǎn)換電路采用8位并入串出移位寄存器74LS166。
4.和微機(jī)總線的接口電路因為語音接口板是作為PC機(jī)的插件板插在PC機(jī)總線擴(kuò)展槽中，所以必須和PC機(jī)總線接口相匹配。和微機(jī)總線的接口電路主要包括數(shù)據(jù)接口電路和地址接口電路。其中數(shù)據(jù)接口電路又包括輸入、輸出兩部分。輸出部分通過三態(tài)輸出的驅(qū)動電路把8位并行數(shù)據(jù)送到PC機(jī)的數(shù)據(jù)總線上。輸入部分則把PC機(jī)數(shù)據(jù)總線上來的有效數(shù)據(jù)通過鎖存器送到并/串轉(zhuǎn)換電路。地址接口電路除了和PC機(jī)地址總線接口的三態(tài)輸出驅(qū)動電路之外，還有為便于用戶選擇語音板的端口地址而設(shè)置的開關(guān)和比較器，當(dāng)?shù)刂房偩€上的地址和開關(guān)設(shè)置的地址一致時，則由比較器產(chǎn)生選通信號，起到地址譯碼的作用，從而控制向總線發(fā)送數(shù)據(jù)或從總線接收數(shù)據(jù)。
語音板與微機(jī)的數(shù)字接口電路中的輸出部分采用8位三態(tài)總線驅(qū)動器74LS244，數(shù)字接口電路的輸入部分采用D觸發(fā)器，74LS374作為鎖存器。地址接口電路中采用8位三態(tài)總線驅(qū)動器74LS244作為和地址總線接口的三態(tài)驅(qū)動電路，選擇語音板端口地址的開關(guān)采用微型開關(guān)SW-DIP6，比較器采用DM8131。
5.時序控制電路時序控制電路是設(shè)計語音接口板的難點(diǎn)。它由晶體振蕩器及時序電路和組合電路所組成，為編碼/解碼電路、串/并、并/串轉(zhuǎn)換電路、和微機(jī)總線接口電路等有關(guān)部分提供一系列的控制信號，從而達(dá)到統(tǒng)一控制各個部分按照嚴(yán)格的時序關(guān)系協(xié)調(diào)工作的目的。
另外，為了和主機(jī)以中斷方式進(jìn)行通信，還需要由時序控制電路提供向主機(jī)發(fā)出的中斷請求信號。
時序控制電路部分的晶體振蕩器由4MHZ晶體和施密特觸發(fā)反向器74LS14組成，產(chǎn)生4MHZ的時鐘信號。時序電路包括兩級十六分頻電路和一級四分相電路。十六分頻電路采用同步二進(jìn)制計數(shù)器74LS163。四分相電路采用雙D觸發(fā)器74LS74。4MHZ時鐘信號通過分頻和分相電路，最終得到8KHZ的方波信號。組合電路采用雙四輸入與非門74LS20和四雙輸入與非門74LS00組合成所需要的控制信號，其中包括向主機(jī)發(fā)出的OAH中斷請求信號，以便主機(jī)能進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理程序。
僅僅有語音接口板還不能錄音和放音，還必須配上相應(yīng)的軟件，這樣才能組成一個完整的可在PC系列機(jī)上運(yùn)行的語音系統(tǒng)。因此與之配套的軟件是整個語音系統(tǒng)不可缺少的一部分。用于錄音和放音的主程序及中斷處理程序的流程圖分別如圖2、3、4所示。其中圖2為主程序流程圖，首先對段寄存器進(jìn)行初始化，然后把中斷處理程序首地址送入DX寄存器，再利用INT 21H系統(tǒng)調(diào)用命令設(shè)置OAH中斷向量。在內(nèi)存需開辟一個緩沖區(qū)，用于存放數(shù)字化的語音信息，為此應(yīng)設(shè)置緩沖區(qū)指針，以便依次進(jìn)行錄音或放音。最后對操作系統(tǒng)作適當(dāng)?shù)男薷?，以清除對OAH中斷的屏蔽。這里應(yīng)說明一點(diǎn)，即語音系統(tǒng)的錄音和放音都采用OAH中斷，根據(jù)主程序中給出的不同的中斷處理程序首地址，分別進(jìn)入錄音或放音處理程序，從而實現(xiàn)不同的功能。錄音或放音時，每次只處理一個PCM數(shù)據(jù)，然后就退出。錄音時，先從語音接口板讀取一個PCM數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)，隨后修改緩沖區(qū)指針，為存放下一個PCM數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備。然后結(jié)束本次中斷，再判斷緩沖區(qū)是否滿了，一旦緩沖區(qū)滿了，就把OAH中斷屏蔽掉，從而結(jié)束錄音過程，若未滿，則不斷地重復(fù)執(zhí)行錄音過程，直到緩沖區(qū)滿為止。在進(jìn)入中斷處理程序時，先關(guān)中斷，是為了防止系統(tǒng)中其他中斷源對本中斷處理過程的干擾，在退出中斷處理程序前，加開中斷，以介除系統(tǒng)的關(guān)中斷狀態(tài)。放音和錄音的程序如圖3、圖4所示，他們的結(jié)構(gòu)非常類似，而執(zhí)行過程恰好相反。前者是從緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)送到語音板，而后者是從語音板取數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū);前者是判斷緩沖區(qū)是否空了，而后者是判斷緩沖區(qū)是否滿了。放音時，一旦緩沖區(qū)空了，就把OAH中斷屏蔽掉，放音過程也就結(jié)束了。
本發(fā)明采用上述的語音接口板及其相應(yīng)的語音通信軟件，設(shè)計出一種以太網(wǎng)語音實時通信系統(tǒng)。它由語音接口板，話筒、喇叭、計算機(jī)主機(jī)和在主機(jī)擴(kuò)展槽中插入的網(wǎng)絡(luò)接口板，以及在主機(jī)內(nèi)存運(yùn)行的語音實時通信軟件等組成。如圖5所示。當(dāng)A方講話時，語音信息通過語音板轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息送到緩沖區(qū)，一旦緩沖區(qū)滿了，就通過網(wǎng)絡(luò)板發(fā)送到B方，B方通過網(wǎng)絡(luò)板接收A方發(fā)來的數(shù)字化語音信息，放入緩沖區(qū)，然后通過語音板把緩沖區(qū)中的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬信息，送到喇叭。反之，B方講話，通過語音板變?yōu)閿?shù)字信息，由網(wǎng)絡(luò)板送到A方，A方由網(wǎng)絡(luò)板收到后，再通過語音板變?yōu)槟M信息，由喇叭發(fā)出聲音。從而實現(xiàn)語音的雙工實時通信。
語音實時通信軟件又分為兩部分。一部分常駐在內(nèi)存，在機(jī)器啟動后即可裝入，這部分軟件是語音實時通信軟件的核心部分，用于實現(xiàn)語音雙工實時通信的基本功能。語音實時通信軟件的主程序和65H、OAH中斷處理程序流程圖分別如圖6、7、8所示。其中圖6為主程序，先關(guān)中斷，對段寄存器進(jìn)行初始化，然后分別設(shè)置65H和OAH中斷向量，再開中斷，并使65H和0AH中斷處理程序能夠常駐內(nèi)存。圖7為65H中斷處理程序，它是以太網(wǎng)和語音處理程序之間的軟件接口部分，主要用于啟動接收方的OAH中斷處理程序，以便把由以太網(wǎng)接收到的語音信息通過OAH中斷處理程序進(jìn)行放音處理。圖8為OAH中斷處理程序，包括放音和錄音兩部分，因為語音通信過程是隨機(jī)的、實時的，所以在處理之前要保護(hù)現(xiàn)場，退出之前要恢復(fù)現(xiàn)場，其他部分和單機(jī)上的錄音、放音處理過程是類似的。錄音過程不同之處在于，緩沖區(qū)滿后，不是結(jié)束錄音過程，而是發(fā)送信息幀，即把緩沖區(qū)中的語音信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到對方，于是緩沖區(qū)中又可存放新錄入的語音信息，從而使錄音過程不斷地進(jìn)行下去，直到停止講話為止。
還有一部分程序是當(dāng)用戶主動進(jìn)行語音通信時，用于啟動語音實時通信系統(tǒng)的。這部分程序的流程圖如圖9所示。首先對段寄存器進(jìn)行初始化，然后給出提示信息，以便讓用戶明確現(xiàn)在可以講話了。再對操作系統(tǒng)進(jìn)行修改，以清除對OAH中斷的屏蔽。這時OAH中斷處理程序開始運(yùn)行，系統(tǒng)進(jìn)入實時通信狀態(tài)，用戶講話時，對方的喇叭就可以發(fā)出聲音了。
權(quán)利要求
1.一種語音接口板，由輸入/輸出接口電路、編碼/解碼及濾波電路、串/并、并/串轉(zhuǎn)換電路、與微機(jī)總線的接口電路及時序控制電路等所組成，其特征在于所說的編碼/解碼及濾波電路中采用脈沖編碼調(diào)制的編碼方式，所說的與微機(jī)總線的接口電路采用中斷方式，即在所說的語音接口板對語音處理準(zhǔn)備好之后，由所說的時序控制電路發(fā)出中斷請求，通過中斷處理程序?qū)崿F(xiàn)錄音或放音的具體操作。
2.如權(quán)利要求1所述的語音接口板，其特征在于所說的時序控制電路由晶體振蕩器、時序電路和組合電路所組成，其中所說的時序電路包括兩級十六分頻電路和一級四分相電路。
3.一種采用權(quán)利要求1所述語音接口板的以太網(wǎng)絡(luò)語音雙工實時通信系統(tǒng)，其特征在于還包括錄、放音軟件、話筒、喇叭、計算機(jī)主機(jī)、插入該主機(jī)擴(kuò)展槽中的網(wǎng)絡(luò)接口板，以及在主機(jī)內(nèi)存運(yùn)行的語音實時通信軟件等組成。
全文摘要
語音接口板及以太網(wǎng)語音實時通信系統(tǒng)，屬于計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計出一種語音接口板，不但可在單機(jī)上實現(xiàn)語音的錄、放、存盤等基本功能，而且能減少主機(jī)CPU的占用時間。該語音接口板配上網(wǎng)絡(luò)接口板以及本申請人自行開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信軟件，構(gòu)成語音雙工實時通信系統(tǒng)，能實現(xiàn)普通電話方式的通信、會議電話方式的通信，以及語音郵件方式的通信。
文檔編號G06F3/16GK1051992SQ9010936
公開日1991年6月5日 申請日期1990年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月30日
發(fā)明者史嘉權(quán), 戴梅萼 申請人:清華大學(xué)