本发明涉及战术通信指挥领域，具体地，涉及一种提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置及方法。
背景技术：
每个战斗车辆作为一个小的战斗单元都分配了若干号手，每个号手都有自己的职责，号手之间的沟通和协作显得尤为重要。车内指挥通信系统为车内号手协同作战提供重要的支撑。目前我军战斗车辆在作战指挥中车内噪声非常大，传统的车内指挥通信系统中，话音处理多采用模拟电路，多路耳机串接的方式进行通信，这样的设计大大降低了对话音的可操作性，有很多缺点：
1.降噪能力不强。车内噪声有时能达到100db或者更高，只靠耳机里模拟电路降噪，不能满足需求。
2.混音效果差。使用内部会议功能时，两人以上同时说话，混合后的声音幅值容易溢出，导致破音，质量差容易听不清指令。
3.角色功能分配不合理。每个耳机权限一样，容易多人同时控发，影响对上通信。
4.耳机控发操作繁琐。为了防止空闲时车内噪音进入耳机，耳机设计了对内和对外通信2个档位，号手操作时很容易把档位打错。
5.耳机连接线太短，限制了号手的活动范围。尤其号手需要下车操作时，只能使用无线对讲机，不仅通话变得不可靠，而且容易与相邻的车辆串音。
现代战争对通信质量的要求越来越高，操作流程也在向简易化便捷化发展，所以要对传统的车内指挥通信系统进行升级迫在眉睫。
申请号为201220646738.1的实用新型专利公开了一种用于指挥的对讲降噪扩音装置。该用于指挥的对讲降噪扩音装置包括降噪耳机、向降噪耳机输入音频信号的麦克风、接收降噪耳机输出的音频信号的扩音器和与降噪耳机传输音频信号的对讲机。本实用新型采用降噪耳机，在战斗或者训练中可以有效地降低枪声、炮声等噪音，同时降噪耳机配备了对讲机，使指挥员在战斗或训练中可以清晰地通过对讲机掌握战情或者传递战报，以及降噪耳机配备了扩音器，使指挥员能将战都信息清楚地传递到队员耳中，提高了作战或者训练的效率。但是上述方案不发实现权限的分配，且限制号手的活动范围。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置及方法。
根据本发明提供的一种提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置，包括汇接机、通信控制器、多个降噪耳机以及话音适配器，其中：
通信控制器通过ccu接口连接汇接机；
多个降噪耳机通过话音适配器连接汇接机；
所述降噪耳机包括对上耳机和普通耳机，对上耳机能够控发ptt，
通过ccu接口进入通信控制器与上级指挥中心通信；普通耳机和对上耳机均能够实现内部会议。
2、根据权利要求1所述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置，其特征在于，所述汇接机包括话音接口单元和话音交换单元，其中：
话音接口单元和话音交换单元通过st-bus总线通讯连接；
话音交换单元包括fpga处理器；多个降噪耳机接入话音接口单元；
话音接口单元将接收的模拟话转换成数字话，并通过st-bus总线发送至fpga处理器处理；
fpga处理器通过st-bus总线发送数字话至话音接口单元，话音接口单元将数字话转化为模拟话发送至降噪耳机。
优选地，所述话音接口单元包括tp3094芯片。
优选地，fpga处理器能够完成tp3094的时序控制、pcm话音的线性变换、ptt去抖动、ptt竞争、话音检测、混音算法、话音交换、指示灯功能。
根据本发明提供的一种基于上述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置的方法，包括如下步骤：
pcm转换步骤：汇接机接收模拟话，转化成数字话；
ptt检测步骤：判断是否具有ptt竞争，若判断结果为是，则汇接机通过ccu接口进入通信控制器与上级指挥中心通信，实现语音外部交换；若判断结果为否，则实现内部会议功能，实现语音内部交换。
优选地，还包括语音检测步骤：设置短时能量双门限动态话音检测算法，过滤背景噪声，保留数字话。
优选地，还包括asw算法混合步骤：采用自对自对齐权重法asw，实现数字话的混音输出。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用了st-bus总线结构。每路耳机占用特定的时系，避免了多发多收即总线抢占情况的发生。这种结构能够用于设备间的相互连接，给元器件提供了一致灵活的接口方式。
2、本发明优化了混音算法，通过降噪耳机和汇接机内部的话音检测模块可有效滤除车内噪声，使通话清晰。
3、本发明采用asw自对齐权重混音算法，实现10路耳机的内部会议功能，混音后话音清晰，质量好。
4、合理分配了各耳机的权限，这样各号手分工明确，各司其职，提高了通信效率。
5、本发明耳机通过话音适配器可以实现500米拉远。话音适配器设计小巧，便于携带，大大提高了号手的活动空间，便于在车外执行任务。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置的系统连接图；
图2为提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置的工作原理图；
图3为提升车内高噪环境下指挥通信能力的方法的步骤流程图；
图4为提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置的st-bus时序图；
图5为提升车内高噪环境下指挥通信能力的方法的话音检测流程图；
图6为提升车内高噪环境下指挥通信能力的方法的asw算法电路结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，是本发明的系统连接图，由汇接机，10个降噪耳机、10个话音适配器、通信控制器组成。其中10个耳机分布在驾驶舱、通信舱、指控舱等地方。通过软件配置第7-10路耳机具有对上功能，对上耳机通过ptt(push-to-talk、随按即说)竞争来争夺发言权，通过指示灯来指示哪一路耳机在对上通信。ptt是一种通过按下开关切换送受信状态的通信方式。在不控发ptt的情况下，10个耳机都处在内部会议功能，每个号手可以自由发言。汇接机通过ccu对上接口与通信控制器相连。这样第7-10路耳机控发ptt后声音从ccu接口进入通信控制器，然后经过光纤或者超短波电台传给上级指挥中心。反之，上级的指令通过ccu也可以下达给第7-10路耳机。
图2所示为本发明的工作原理图。汇接机分为话音接口单元和话音交换单元。ccu接口属于话音接口单元，话音接口单元一共11个接口，其中10个是头戴耳机接口，1个是ccu接口，ccu是跟上级通信的接口。ccu接口固定连接通信控制器，通过ccu接口，头戴耳机的话音经过话音交换单元能传到通信控制器，经过通信控制器的处理就能发送给上级。话音接口单元主要对模拟话音信号进行放大和滤波，话音交换单元以fpga作为核心处理器，完成tp3094的时序控制、pcm话音的线性变换、ptt去抖动、ptt竞争、话音检测、混音算法、话音交换、指示灯功能。系统软件流程图如图3所示。
系统通过3片tp3094芯片级联，将10路耳机模拟话音和1路ccu模拟话音进行pcm编解码。tp3094采用st-bus总线，主时钟为2.048mhz，采样脉冲为8khz，共32个时隙。处理器fpga驱动tp3094，在时钟上升沿向st-bus总线发送数据，在时钟下降沿接收总线数据。st-bus时序图如4所示。
tp3094是话音编解码芯片，发送端用于把耳机过来的模拟话转换成数字话，然后通过st-bus交给fpga处理。在接收端，tp3094通过st-bus总线接收fpga送来的数字信号，转成模拟话给头戴耳机。采用st-bus标准总线避免了多发多收即总线抢占情况的发生，规定每个耳机只有在分配的时隙内占用总线，在其他时隙要释放总线。从tp3094得到的是8位的二进制pcm码，不能直接参与运算，后续算法处理前，必须转成13位的线性码。同理，接收端收到的13位线性码要经过编码压缩为8位pcm码才能进tp3094处理。根据a律编码标准，二进制pcm码[b1][b2b3b4][b5b6b7b8]，分为三部分：b1为极性码，0代表负值，1代表正值。[b2b3b4]称为段落码，表示段落的号码，其值为0～7，代表8个段落。[b5b6b7b8]表示每个段落内均匀分层的位置，其值为0～15，代表任一段落内的16个均匀量化间隔。在pcm解码时，根据八比特码确定某段落内均匀分层的位置，然后取其量化间隔的中间值作为量化电平。
为了更好的滤除车内的背景噪声，设计中采用短时能量双门限动态话音检测算法。高门限需要高能量的话音才能到达，低门限则很容易到达。初始判决门限为高门限值，接着进行窗长为128个数据的加窗处理,然后计算该帧的平均能量，如果连续32帧中有18帧超过高门限，判决结果为1。小于8帧，判决结果为0。在18帧和8帧之间则判决结果维持不变。同时判决门限根据判决结果动态改变，判决结果为1，认为是话音，防止话音断续，判决门限变为低门限值；判决结果为0，判决门限变为高门限值，防止话音掉字延一段时间后判为静音。流程图如图5所示
为解决传统混音算法容易溢出的问题，设计采用自对自对齐权重法asw。该算法注重参与混音的多路音频信号自身的特点，以它们自身的比例作为权重，从而决定它们在合成后的输出中所占的比重。假如在会议中，有m个成员参与混音，可得到：
其中：
sgn(x)＝1,x＞0；sgn(x)＝0,x＝0；sgn(x)＝-1,x＜0。公式保证分母不为0，也就是参与混音的各分量之和不为0。如果为0，就说明各路输入分量的幅值为0，也就不需要进行混音了。为了方便算法实现，采用下面图6的的处理结构，某一路分量输入
其中
由所计算的各路分量的中间结果可以得到
本发明采用全新的数字化电路设计，对话音进行pcm编解码，提高了话音质量，优化了车内各号手的权限。经过降噪耳机配合汇接机内话音检测算法可以有效滤除背景噪声，通过内部会议功能，每个号手可以自由发言，协同工作。指挥号手可以通过对上耳机接收上级指令并下达给操作号手，这样各号手分工明确，各司其职，提高了通信效率，极大提升了战斗力。使用标准的st-bus总线，简化了不同模块间的通信。增加了可操作性，合理设计系统架构，包括芯片的选型、接口设计，总线设计、算法设计等。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
1.一种提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置，其特征在于，包括汇接机、通信控制器、多个降噪耳机以及话音适配器，其中：
通信控制器通过ccu接口连接汇接机；
多个降噪耳机通过话音适配器连接汇接机；
所述降噪耳机包括对上耳机和普通耳机，对上耳机能够控发ptt，
通过ccu接口进入通信控制器与上级指挥中心通信；普通耳机和对上耳机均能够实现内部会议。
2.根据权利要求1所述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置，其特征在于，所述汇接机包括话音接口单元和话音交换单元，其中：
话音接口单元和话音交换单元通过st-bus总线通讯连接；
话音交换单元包括fpga处理器；多个降噪耳机接入话音接口单元；
话音接口单元将接收的模拟话转换成数字话，并通过st-bus总线发送至fpga处理器处理；
fpga处理器通过st-bus总线发送数字话至话音接口单元，话音接口单元将数字话转化为模拟话发送至降噪耳机。
3.根据权利要求2所述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置，其特征在于，所述话音接口单元包括tp3094芯片。
4.根据权利要求2所述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置，其特征在于，fpga处理器能够完成tp3094的时序控制、pcm话音的线性变换、ptt去抖动、ptt竞争、话音检测、混音算法、话音交换、指示灯功能。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
pcm转换步骤：汇接机接收模拟话，转化成数字话；
ptt检测步骤：判断是否具有ptt竞争，若判断结果为是，则汇接机通过ccu接口进入通信控制器与上级指挥中心通信，实现语音外部交换；若判断结果为否，则实现内部会议功能，实现语音内部交换。
6.根据权利要求5所述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的方法，其特征在于，还包括语音检测步骤：设置短时能量双门限动态话音检测算法，过滤背景噪声，保留数字话。
7.根据权利要求6所述的提升车内高噪环境下指挥通信能力的方法，其特征在于，还包括asw算法混合步骤：采用自对自对齐权重法asw，实现数字话的混音输出。
技术总结