摘 要：本文基于Altera公司的高性能Stratix器件，利用SOPC Builder、DSP Builder、Matlab和Simulink等軟件設計實現了一種新型的自動語音記錄系統（AVRS），實現了對多路電話的通話進行同期監控錄音，可廣泛應用于需要經常性語音記錄的部門。
關鍵詞：自動語音記錄系統；SOPC；Nios；Stratix
1 引言
目前各行業對電話進行通話錄音變得越來越普遍，如政府機構出于國家安全的原因需要在線錄音監控；安全部門對一些重點監控對象的往來通信需要錄音和實時監聽；責任重大的政府部門及重要生產部門對有些重要指令需錄音；金融銀行或證券機構及與大宗金錢有關的交易需要錄音；而一些商務、服務領域則把錄音資料作為語音記錄和提高服務質量的一種手段。目前，各行業使用的電話語音記錄設備主要包括磁帶式電話語音記錄設備、基于PC機的電話語音記錄設備和基于FLASH芯片的電話語音記錄設備。這些電話語音記錄設備由于體積過大或記錄時間較短等缺點在實際應用時滿足不了某些用戶的特殊需求，因此亟需一種超大存儲容量、性能可靠和體積小巧的語音記錄設備。
針對這種現狀，我們研制了一種新型的自動語音記錄系統（AVRS），它可對多路電話的通話進行同期監控錄音，將通話內容轉換為數字信息，以語音文件形式存儲于硬盤上，并可通過電話檢索方式進行查詢，查詢到的語音文件可通過電話直接播出。本系統采用FPGA及大容量的筆記本硬盤，集成度高、存儲信息大，信息可長期保存于硬盤中，文檔管理方便、保密性強。
2 系統結構和功能
自動語音記錄系統（AVRS）的應用結構圖如圖1所示，它通常由PSTN、交換機、自動語音記錄系統、計算機和電話機構成。本文所設計的自動語音記錄系統（AVRS）具有如下功能：
（1）提供了高密度的解決方案，以分機并線方式可進行多達4路到64路的通話錄音，支持ADPCM、G.711、G.729壓縮格式，可兼容世界主流交換機。
（2）可以提供多通道通話全程實時錄音；提供多種錄音啟動方式，如摘機控制、連接通話控制或聲音控制等；操作人員可在任何時間啟動監聽功能；實時監聽對通話雙方及通話質量沒有任何影響。
（3）對于呼叫信息的記錄可以實現在錄制通話語音文件的同時同步記錄呼叫信息，提供完整的呼叫信息記錄，包括主叫號碼、被叫號碼、呼叫方向、通話時間和通話時長等。
（4）可以實現遠程監控管理的功能，通過預留的電話遠程撥入，在語音引導下可實時監視所有通道的運行狀態；可以按多種查詢條件（按通道、日期時間、主叫號碼、被叫號碼等）查詢或刪除錄音記錄；可以實現80,000多個通道小時的在線存儲量，錄音記錄除可存儲在自動語音記錄系統（AVRS）中的硬盤上，還可通過設備上的USB口傳輸到計算機中。
3 硬件設計
自動語音記錄系統由Stratix EP1S125、Nios軟核處理器、SDRAM、IDE接口筆記本硬盤、PCM編解碼電路、配置器件MAX7128S、LCD顯示模塊、鍵盤、時鐘電路、USB接口電路、電話線接口電路和電源等組成，電路原理框圖如圖2所示。
3.1 Stratix FPGA
現代大容量、高速度的FPGA一般都內嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS以及硬件乘法累加器等DSP模塊，用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、易于測試及硬件升級。
Altera公司于2002年推出了新一代Stratix FPGA，它采用0.13微米和銅工藝制造，1.5V核心電壓，Stratix器件的DSP模塊提供了高于DSP處理器的數據處理能力，并且更為靈活和經濟。每一Stratix DSP模塊可提供多達8個運行在250MHz的并行乘法器，數據吞吐能力高達2GMACS。最大的Stratix器件EP1S125包括28個DSP模塊，可完成高達224個并行乘法操作，并提供56GMACS的總線數據吞吐能力，而傳統的DSP處理器最多僅可同時進行8個并行乘法操作，數據吞吐量也只有8.8GMACS。除了DSP模塊中的專用乘法器以外，還可利用邏輯單元（LE）實現乘法器和DSP功能。例如，可在Stratix器件中利用大約9600個邏輯單元實現一個256階FIR濾波器。Stratix系列的EP1S120包括大約114,140個邏輯單元，可以容納11個這樣的濾波器。每一濾波器可運行在200MHz，這意味著通過利用LE可提供563GMACS的器件總吞吐能力。結合DSP模塊提供的56GMACS數據吞吐能力，Stratix器件可提供高達620GMACS的數據總吞吐能力，因此Stratix器件適用于大數據量數字信號處理[1]。
本系統的設計中采用了Stratix EP1S125，利用它可完成對多通道通話全程實時監測、錄音和存儲等功能。
3.2 Nios軟核處理器
Nios軟核處理器是一種流水線技術、單指令流的32位RISC內嵌處理器，其性能超過200 DMIPS。它針對Altera的可編程邏輯器件和片上可編程系統的設計思想做了相應優化。作為一種可配置的通用RISC處理器，它可以與用戶自定義邏輯結合構成SOC系統，并下載到Altera的可編程器件中去。32位Nios軟核處理器結合外部閃存以及大容量存儲器，可構成一個功能強大的32位嵌入式處理器系統，其大部分指令可以在一個時鐘周期內完成。Nios軟核處理器家族包括32位和16位兩種版本的體系結構。
3.3 PCM編解碼電路
本系統設計中的PCM編解碼電路采用了IDT821064編解碼芯片，它提供了4個獨立模擬音頻通道，適合用于企業和運營商級的網絡、無線網絡、接入網絡市場中的通信設備，具備完善的可編程性而無需外部組件，設計中根據所需要錄音的通道數可以通過增加相應的IDT821064即可滿足要求。IDT821064可進行阻抗匹配、音調生成、混合線圈平衡響應修正和增益設定，可依據系統結構選擇適當的微處理器接口（MPI）或通用通信接口（GCI），它采用64腳的PQFP封裝[2]。
設計中Nios軟核需要針對每個IDT821064提供GCI接口控制信號，考慮到控制指令一般只發送一兩次，沒有必要占用過多的資源，并且為了方便調試，選用了可以獨立操作的PIO，通過軟件對它們置位和復位來發送控制命令。
