引言

　　隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，為了進(jìn)一步提高煤礦安全生產(chǎn)及現(xiàn)代化管理水平，基于工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場總線的數(shù)字化自動控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的語音廣播系統(tǒng)，正在礦用語音廣播領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注和重視。目前，在國內(nèi)礦用CAN總線語音廣播系統(tǒng)產(chǎn)品中，很多公司的產(chǎn)品都選擇了基于話音的壓縮編碼技術(shù)（AMBE、CVSD等），把話音壓縮成很低的速率進(jìn)行傳輸并解碼還原播放。這類低壓縮率的編碼技術(shù)對于話音有比較好的還原播放效果，但是對于質(zhì)量較高的音頻信號（MP3文件、WAV文件等），在解壓后的播放效果非常不理想，從而只能采用上位機(jī)點(diǎn)播的方式進(jìn)行本地播放，終端設(shè)備上必須安裝大容量的存儲設(shè)備，存儲內(nèi)容在井下的更新和修改很不方便。另一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的語音廣播系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳輸距離，需要在井下鋪設(shè)光纖，成本非常高，加上井下工作環(huán)境復(fù)雜危險，光纖一旦折斷損壞，在井下現(xiàn)場進(jìn)行熔接修理很不方便，維護(hù)成本很高。

　　相對于國內(nèi)外市場現(xiàn)有的基于以太網(wǎng)的語音廣播系統(tǒng)，本文所介紹的基于CAN總線的語音廣播對講系統(tǒng)具有造價成本低、安裝維護(hù)方便的優(yōu)勢；而相對于國內(nèi)市場上的CAN總線型廣播系統(tǒng)而言，增加了遠(yuǎn)距離、低帶寬條件下高品質(zhì)音頻信號實(shí)時播放的功能，為煤礦井下數(shù)字化語音廣播領(lǐng)域提供了一個低成本、低功耗、多功能的新型解決方案。

　　1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

　　本系統(tǒng)的總體構(gòu)架如圖1所示。該語音系統(tǒng)主要由井下語音終端節(jié)點(diǎn)、CAN轉(zhuǎn)TCP／IP網(wǎng)關(guān)、地面調(diào)度上位機(jī)、通信電纜等組成。地面可以通過調(diào)度上位機(jī)對井下各個語音終端進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)話音和高質(zhì)量音頻文件以點(diǎn)播方式、組呼方式和全呼方式進(jìn)行傳輸，井下各個語音終端節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)話音的組呼或者調(diào)度呼叫。同時，調(diào)度上位機(jī)傳輸各種控制命令對各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)巡檢、監(jiān)聽、聯(lián)機(jī)等功能。

　　本系統(tǒng)中CAN總線的傳輸速率為20 khps，傳輸距離不小于2 km，CAN總線終端設(shè)備通過一對雙絞線即可實(shí)現(xiàn)連接通信，在井下的安裝布線方便，維護(hù)成本很低。在該系統(tǒng)中，選用了Cortex-M3內(nèi)核的微處理器LPC1768，最高速率可以達(dá)到100MHz，足以滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)功能需要。

　　為了實(shí)現(xiàn)CAN總線的遠(yuǎn)距離傳輸，必須以犧牲傳輸波特率為前提。在該系統(tǒng)中，選擇和實(shí)現(xiàn)一種低碼速、高音質(zhì)的語音壓縮編碼是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。共軛代數(shù)碼激勵線性預(yù)測（CS-ACELP）的8 kb／s語音編碼G．729方法延遲小，可以提供與32 kb／s的ADPCM相同的語音質(zhì)量。其音質(zhì)是同檔次碼速率中最優(yōu)的，而且在噪聲較大的環(huán)境中也會有較好的語音質(zhì)量，廣泛地應(yīng)用于多種數(shù)字語音通信領(lǐng)域。

　　在嵌入式平臺上實(shí)現(xiàn)G．729壓縮編碼算法是該項(xiàng)目開發(fā)中的難點(diǎn)，在本系統(tǒng)中選用了一種單芯片的解決方案，利用一款多類別語音編解碼芯片CMX7261，配合Cortex-M3內(nèi)核的嵌入式軟硬件平臺實(shí)現(xiàn)了語音信號的G．729A壓縮編碼。