如何利用LabVIEW實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)語音通信

LabVIEW具有強(qiáng)大的信號采集功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能，這些功能使得LabVIEW的用戶可以很容易編寫出具有強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通訊能力的LabVIEW應(yīng)用軟件，實現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬儀器。為了將人的語音或某個地點現(xiàn)場的聲音信號遠(yuǎn)傳，可以依托LabVIEW這些功能，將聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)聲卡上采集的語音信號，進(jìn)行遠(yuǎn)程語音數(shù)據(jù)的點對點傳輸。應(yīng)用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，如圖1所示。

1 利用DataSocket技術(shù)傳輸語音

LabVIEW實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信有3大類方法：(1)使用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議編程實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，可以使用的通信協(xié)議類型包括TCP/IP協(xié)議、UDP、串口通信協(xié)議等;(2)使用基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議DSTP的DataSocket技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信;(3)使用共享變量實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。由于網(wǎng)絡(luò)語音通信要求實時性強(qiáng)。本文采用第二種方法即DataSocket技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)語音通信。

DataSocket是NI公司提供的一種實時數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可用于一個計算機(jī)內(nèi)或網(wǎng)絡(luò)中多個應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換，是專門面向測量和自動化工程的網(wǎng)絡(luò)實時高速數(shù)據(jù)交換的編程技術(shù)。DataSocket克服了傳統(tǒng)TCP/IP傳輸協(xié)議需要較為復(fù)雜的底層編程、傳輸速率較慢(特別是對動態(tài)數(shù)據(jù))等缺點，大大簡化了實時數(shù)據(jù)傳輸問題，它提供了一種易用、高效、可編程的軟件接口，能夠很方便地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的多臺計算機(jī)之間的實時數(shù)據(jù)交換[1]。

DataSocket包括了DataSocketServer Manager、DataSocketServer和DataSocket函數(shù)庫這幾個工具軟件，以及DSTP(DataSockettransfer protocol，DataSocket傳輸協(xié)議)、URL(uniform resource locator，通用資源定位符)和文件格式等技術(shù)規(guī)范[2]。在LabVIEW中，用戶可以很方便地使用這些工具來實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。

語音傳輸程序用到以下兩個DataSocketVI：

(1)讀取DataSocket函數(shù)(ReadDataSocket.vi)：該節(jié)點用于從打開的URL連接中讀取數(shù)據(jù)。

(2)寫入DataSocket函數(shù)(WriteDataSocket.vi)：該節(jié)點用于向打開的URL連接中寫入數(shù)據(jù)。這里的數(shù)據(jù)可以是單個或數(shù)組形式的字符串、邏輯(布爾)量和數(shù)值量等多種類型。

2 語音采集

利用聲卡采集語音信號實現(xiàn)語音信號雙聲道模擬輸入。將麥克風(fēng)(話筒)插在聲卡的話筒輸入端口，并將其插入聲卡上的標(biāo)記為“Mic In”的插孔中。通過該端口可以采集人的語音信號。

語音采集程序用到以下三個聲音處理相關(guān)VI：

(1)配置聲音輸入函數(shù)(Sound Input Configure.vi)：利用該VI配置聲卡，并開始進(jìn)行語音采集。采樣率設(shè)置為44.1kHz。通道數(shù)為2(即立體聲雙聲道輸入)，每采樣比特數(shù)(即采樣位數(shù)為16位，采樣模式為連續(xù)采樣，緩存大小設(shè)置為每通道10000個樣本。

(2)讀取聲音輸入函數(shù)(Sound Input Read.vi)：利用該VI從緩存中讀取數(shù)據(jù)。程序中，為了連續(xù)采集語音信號，將“讀取聲音輸入VI”放在了一個While循環(huán)中，用于從緩存中連續(xù)讀取語音數(shù)據(jù)，設(shè)置每次從每個通道中讀取樣本數(shù)為4410個。

(3)聲音輸入清零函數(shù)(Sound Input Clear.vi)：利用該VI停止采樣，并進(jìn)行清除緩存和清除占用的內(nèi)存等操作。

3 語音播放

利用聲卡輸出語音信號實現(xiàn)語音信號雙聲道模擬輸出。將揚聲器(喇叭)插在揚聲器輸出端口，并將其插入聲卡上的標(biāo)記為“Speaker”或“SPK”的插孔中。通過該端口可以外接音箱的音頻線插頭，從而播放通過網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的語音信號。

語音播放程序用到以下四個聲音處理相關(guān)VI：

(1)配置聲音輸出函數(shù)(Sound Output Configure.vi)：利用該VI配置聲卡，并開始聲音輸出。采樣率設(shè)置為44.1kHz。通道數(shù)為2(即立體聲雙聲道輸入)，每采樣比特數(shù)(即采樣位數(shù)為16位，采樣模式為連續(xù)采樣，緩存大小設(shè)置為每通道10000個樣本。

(2)調(diào)用讀取聲音輸入函數(shù)(Sound Input Write.vi)：該VI用于向緩存中寫入信號，本項目用來向緩存中寫入由網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的語音信號。程序中，在其外邊添加一個While循環(huán)，實現(xiàn)連續(xù)寫入語音數(shù)據(jù)。

(3)設(shè)置聲音輸出音量函數(shù)(Sound Output Set Volume.vi)：該VI使用時串接在“設(shè)置聲音輸出音量VI”上，用于控制輸出音量大小。

(4)聲音輸出清零VI(Sound Output Clear.vi)：該VI用于停止輸出并執(zhí)行相應(yīng)的清除操作。

4 程序?qū)崿F(xiàn)

程序采用C/S(Client/Server)模式，即客戶/服務(wù)器模式，包括一個服務(wù)器VI和一個客戶機(jī)VI。這種模型設(shè)計人員要做兩方面的開發(fā)，一是客戶端采集程序和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)布的程序的設(shè)計，另一個是客戶端數(shù)據(jù)的接收程序的設(shè)計。

程序的URL輸入端口設(shè)置數(shù)據(jù)連接網(wǎng)絡(luò)地址，可以使用psp、opc、ftp、http和file等通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，本程序根據(jù)寫入數(shù)據(jù)的類型及網(wǎng)絡(luò)配置使用dstp協(xié)議。dstp協(xié)議是LabVIEW專門為測試數(shù)據(jù)的安全快速的傳輸而設(shè)置[3-4]。

(1)服務(wù)器端VI采集語音信號，并利用寫入DataSocket節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)布到URL“dstp://127.0.0.1/TestWave” 指定的位置中。服務(wù)器VI的程序框圖如圖2所示。

(2)客戶端VI，將傳輸過來的語音信號通過聲卡播放出來?？蛻魴C(jī)VI利用讀取DataSocket節(jié)點將數(shù)據(jù)從URL“dstp://127.0.0.1/TestWave”指定的位置讀出，并還原為原來的語音數(shù)據(jù)送到聲卡中。客戶端VI的程序框圖如圖3所示。

本程序的URL輸入端口地址配置為：dstp://127.0.0.1/TestWave，即只使用一臺電腦模擬網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外，需要注意的是，在利用上述兩個VI進(jìn)行DataSocket通信之前，必須首先運行DataSocketServer[5]。

5 結(jié)束語

DataSocket面向測量和網(wǎng)上實時高速數(shù)據(jù)交換，可用于一個計算機(jī)內(nèi)或者網(wǎng)絡(luò)中多個應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換。使用DataSocket技術(shù)，可以更加方便地編寫出LabVIEW的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序。所以本例利用DataSocket技術(shù)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)語音通信模塊既能實現(xiàn)開發(fā)快速，又能實現(xiàn)軟件模塊的高效可靠。