一种网关及警用数字集群系统论文和设计-周阳

全文摘要

本实用新型涉及通信技术领域，公开了一种网关及警用数字集群系统。警用数字集群系统包括IP话机、SIP服务器、手台、PDT服务器及网关；IP话机与SIP服务器连接；SIP服务器通过网关与PDT服务器连接；PDT服务器与手台连接。且系统中的网关包括，CPU、交换器、多个声码器；CPU与交换器连接；交换器与外部网络的服务器连接；多个声码器与交换器连接，且通过交换器与CUP处理器连接。由于网关实现信令的转换，将SIP信令转换成PSIP信令和PDT端通信，同时网关中的声码器实现语音的编解码，对IP话机的码流进行编码后给手台，对手台的语音信息解码后给IP话机，实现IP话机和手台间的互联互通。

主设计要求

1.一种网关，其特征在于，所述网关包括，中央处理器CPU、交换器、多个声码器，其中：所述CPU与所述交换器连接；所述交换器通过网口与外部网络的服务器连接；所述多个声码器与所述交换器连接，且通过所述交换器与所述CUP处理器连接。

设计方案

1.一种网关，其特征在于，所述网关包括，中央处理器CPU、交换器、多个声码器，其中：

所述CPU与所述交换器连接；

所述交换器通过网口与外部网络的服务器连接；

所述多个声码器与所述交换器连接，且通过所述交换器与所述CUP处理器连接。

2.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关还包括，至少一个加密器；

所述加密器与所述多个声码器连接。

3.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述多个声码器包括：支持高级多频段激励AMBE编码格式的第一声码器、支持语音压缩NVOC编码格式的第二声码器、支持AMBE编码格式及NVOC编码格式的第三声码器中的至少一种。

4.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述交换器为交换芯片。

5.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述交换器包括交换芯片、数字信号处理DSP、复杂可编程逻辑器件CPLD，其中：

所述交换芯片与所述DSP连接，且所述交换芯片通过网口与外部网络服务器连接；

所述DSP与所述CPLD连接。

6.如权利要求5所述的网关，其特征在于，所述CPU与所述交换器连接，包括：

所述CPU与所述交换器中的CPLD通过串行外设接口SPI接口连接；

所述CPU与所述交换器中的交换芯片连接。

7.如权利要求5所述的网关，其特征在于，所述多个声码器与所述交换器连接，包括：

所述多个声码器通过SPI接口与所述交换器中的CPLD连接；或

所述多个声码器通过音频总线接口I2S接口与所述交换器中的CPLD连接。

8.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述声码器为单片机。

9.如权利要求1所述的网关，其特征在于，与所述交换器连接的外部网络的服务器包括：

初始会话协议SIP服务器和警用数字集群PDT服务器。

10.一种警用数字集群系统，其特征在于，所述系统包括，IP话机、SIP服务器、手台、PDT服务器及权利要求1～9任一所述的网关，其中：

所述IP话机与所述SIP服务器连接；

所述SIP服务器通过所述网关与所述PDT服务器连接；

所述PDT服务器与所述手台连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种网关及警用数字集群系统。

背景技术

PDT(Police Digital Truncking，警用数字集群)标准是中国自主研发的集群通信标准，由公安部牵头多个厂商共同制定的通信标准。PDT标准主要定位与公共安全，公共事业，工商业等专业用户群体。PDT技术主要用于手台上，实现手台之间的语音编解码，进而使手台之间进行通信。

IP话机11(网络电话)是通过互联网或其他IP技术的网络来实现新型的电话通信，IP话机11之间一遍采用SIP(Session Initiation Protocol，会话初始协议)进行通信控制。

随着通信技术的发展，需要手台与IP话机11直接互通，但是现有技术中并不能实现手台直接和IP话机11互通，只能实现手台之间的互通，及IP话机11之间的互通。

实用新型内容

本实用新型提供了一种网关及警用数字集群系统，用以解决现有技术中手台和IP话机11之间不能直接互通的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种网关，所述网关包括，CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、交换器、多个声码器，其中：

所述CPU与所述交换器连接；

所述交换器通过网口与外部网络的服务器连接；

所述多个声码器与所述交换器连接，且通过所述交换器与所述CUP处理器连接。

上述网关，网关中的交换器通过网口接收外部网络服务器的语音信息，将语音信息转发给CPU，CPU对获得的语音进行的声码器分配，并将获取到的语音信息发给对应声码器，声码器对接收到的语音信息进行编解码处理后发送给CPU，CPU通过交换器将编解码后的语音信息转发给其他的外部网络服务器，实现不同外部网络服务器之间可以进行互联互通。

进一步的，所述网关还包括，至少一个加密器；

所述加密器与所述多个声码器连接。

进一步的，所述多个声码器包括：支持AMBE(advanced multi-band excitation，高级多频段激励)编码格式的第一声码器、支持NVOC(Voice compression，语音压缩)编码格式的第二声码器、支持AMBE编码格式及NVOC编码格式的第三声码器中的至少一种。

进一步的，所述交换器为交换芯片。

进一步的，所述交换器包括交换芯片、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)，其中：

所述交换芯片与所述DSP连接，且所述交换芯片与外部网络服务器连接；

所述DSP与所述CPLD连接。

进一步的，所述CPU与所述交换器连接，包括：

所述CPU与所述交换器中的CPLD通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口连接；

所述CPU与所述交换器中的交换芯片连接。

进一步的，所述多个声码器与所述交换器连接，包括：

所述多个声码器通过SPI接口与所述交换器中的CPLD连接；或

所述多个声码器通过I2S(Inter-IC Sound，音频总线)接口与所述交换器中的CPLD连接。

进一步的，所述声码器为单片机。

进一步的，与所述交换器连接的外部网络的服务器包括：

SIP服务器和PDT服务器。

进一步的，所述系统包括，IP话机11、SIP服务器、手台、PDT服务器及权利要求1～9任一所述的网关，其中：

所述IP话机11与所述SIP服务器连接；

所述SIP服务器通过所述网关与所述PDT服务器连接；

所述PDT服务器与所述手台连接。

上述网关可以实现不同外部网络服务器之间的互联互通，当所述网关与SIP服务器及PDT服务器连接时，网关可以将SIP服务器的SIP信令转换成PSIP信令，进而和PDT服务器通信，并将SIP服务器侧的语音数据通过声码器进行编码后发送个PDT服务器，将PDT服务器侧的语音信息进行解码后发送个SIP服务器，由于SIP服务器与IP话机11连接，PDT服务器与手台连接，因此可以实现IP话机11与手台之间的互联互通。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种警用数字集群系统的结构图；

图2为本实用新型提供的网关的第一种结构图；

图3为本实用新型提供的网关的第二种结构图；

图4为本实用新型提供的网关的第三种结构图；

图5为本实用新型提供的网关的第一种整体结构示意图；

图6为本实用新型提供的网关中交换器为交换芯片时，网关的工作流程图；

图7为本实用新型提供的网关的第二种整体结构示意图；

图8为本实用新型提供的网关中交换器包括交换芯片、DSP、CPLD时，网关进行编码时的工作流程图；

图9为本实用新型提供的网关中交换器包括交换芯片、DSP、CPLD时，网关进行解码时的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种网关及警用数字集群系统，本实用新型提供的网关主要用于警用数字集群系统中，所述网关中的交换器通过网口与外部网络的服务器相连接，其中所述外部网络服务器为警用数字集群系统中的SIP服务器及PDT服务器，网关中的交换器获取其中一个外部网络服务器的码流信息，并将获取的码流信息发送给CPU，由CPU分配声码器，并将获取的码流信息通过交换器发送给声码器，由声码器对码流信息进行编解码后，返回给CPU，由CPU中发送给交换器，最终由交换器将编解码后的码流信息发送给另一个外部网络服务器，实现SIP服务器与PDT服务器之间的信息交换；

由于在本实用新型的警用数字集群系统中，SIP服务器与IP话机相连，PDT服务器与手台相连，因此SIP服务器将接收到的码流信息传输给IP话机，PDT服务器将接收到的码流信息传输给手台，使IP话机和手台之间可以直接互通。

具体的，如图1所示，本实用新型提供的一种警用数字集群系统，该系统包括，IP话机11、SIP服务器12、手台13、PDT服务器14及网关15，其中：

所述IP话机11与所述SIP服务器12连接；

所述SIP服务器12通过所述网关15与所述PDT服务器14连接；

所述PDT服务器14与所述手台13连接。

在本实用新型的警用数字集群系统中，SIP服务器12将从IP话机11获取的码流信息上报给网关15，由网关15对接收到的SIP服务器12上报的码流信息进行编解码处理后，下发到PDT服务器14，有PDT服务器14将接收到的网关15下发的编解码后的码流信息传输给手台13，手台13接收到IP话机11发送的信息，同理IP话机11也可以接收到手台13发送的信息，实现手台13和IP话机11之间的互通。

其中，所述警用数字进群系统的网关15为本实用新型提供的网关15；具体的，如图2所示，本实用新型实施例提供的网关15的第一种结构示意图，该网关15包括，CPU21，交换器22；多个声码器23，其中：

所述CPU21与所述交换器22连接；

所述交换器22通过网口24与外部网络的服务器连接；

所述多个声码器23与所述交换器22连接，且通过所述交换器22与所述CUP处理器21连接。

其中，与交换器22相连接的外部网络的服务器为SIP服务器12和PDT服务器14；

即所述交换器22通过其中一个网口24与SIP服务器12连接，通过另一个网口24与PDT服务器14连接；

在所述网关15工作时，以从SIP侧到PDT侧进行举例说明；

所述交换器22从SIP服务器12获取码流信息，并将获取的码流信息发送给CUP处理器，由CPU21确定具体使用哪一个声码器23，并将获取的码流信息通过交换器22发送给声码器23，声码器23对接收到的码流信息进行编解码后返回给CPU21，CPU21将声码器23编解码后的码流信息通过交换器22转发给PDT服务器14。

上述网关15，网关15中的交换器22通过网口24与外部网络的服务器连接，获取外部网路服务器的码流信息，将获取到的码流信息转发给CPU21，CPU21将获取的码流信息转发给声码器23，由声码器23对码流信息进行编解码后，将编解码后的码流信息返回给CPU21，由CPU21通过交换器22转发给其他外部网络的服务器，所述网关15实现不同外部网络服务器的码流信息的相互转换，并将其中一个外部网络服务器经过转换后的码流信息发送给另一个外部网络服务器，进而实现外部网络服务器互通功能。

在上述实施方式的基础上，所述网关15中还包括至少一个加密器25，所述加密器25与多个所述声码器23连接。

其中，所述加密器25主要用于对接收到的码流信息进行加密或解密处理。

假设所述网关15中有10个声码器23，一个加密器25，则10个声码器23将连接到同一个加密器25上，具体的如图3所示，为本实用新型提供的网关15的第二种结构图；或所述网关15中包括10个声码器23，10个加密器25，则每个声码器23将连接一个加密器25，具体的如图4所示，为本实用新型提供的网关15的第三种结构图；或所述网关15中包括10个声码器23，5个加密器25，则将10个声码器23平均分配到5个加密器25上，及一个加密器25将与3个声码器23连接。

需要说明的是，上述声码器23的数量、加密器25的数量，以及声码器23与加密器25的连接关系只是举例说明，具体的根据实际生产情况而定。

在上述实施方式的基础上，所述网关15中的声码器23可以为支持AMBE编码格式的第一声码器231、支持NVOC编码格式的第二声码器232、支持AMBE编码格式及NVOC编码格式的第三声码器233中的至少一种。

比如，在网关15中存在10个声码器23，所述10个声码器23可以全部为支持AMBE编码格式的第一声码器231；或全部为支持NVOC编码格式的第二声码器232；或全部为支持AMBE编码格式及NVOC编码格式的第三声码器233；或10个声码器23中有3个第一类声码器231，3个第二类声码器232，4个第三类声码器233，具体的根据实际情况进行设定。

其中，所述支持AMBE编码格式及NVOC编码格式的第三声码器233可以同时处理AMBE编码和NVOC编码。

具体的，当CPU21接收到码流信息时，根据选择不同的声码器23来实现不同的编解码功能。

在本实用新型中所述声码器23的功能可以由单片机实现，所述声码器23为单片机。

在本实用新型中，由于存在的多个声码器23之间各个相互对立，所以耦合性小，可以保证网关15工作的稳定性，且当存在一个声码器23不可用时，还可以选择其他可用的声码器23进行语音的编解码，实现G711语音和编码语音之间的相互转换，且由于上述网关15中存在多个声码器23，因此可以同时实现多路通话，即多个声码器23可以同时工作。

在上述实施方式的基础上，所述交换器22为交换芯片，或所述交换器22由交换芯片、DSP223及CPLD224组成。下面针对上述两种结构分别进行介绍。

结构一：所述网关15中的交换器22为交换芯片221。

具体的，所述网关1515包括，CPU21、交换芯片221、多个声码器23，其中：

所述CPU21与所述交换芯片221连接；

所述交换芯片221通过网口24与外部网络的服务器连接；

所述多个声码器23与所述交换芯片221连接，且通过所交换芯片221与所述CPU21连接。

其中，与所述交换芯片221相连接的外部网络的服务器为SIP服务器12和PDT服务器14。

如图5所示，为本实用新型提供的网关15的第一种整体结构示意图，以每个声码器23连接一个加密器25进行举例，且所述网关15包括两个网口24，以使所述交换芯片221通过第一网口24与SIP服务器12连接，通过第二网口24与PDT服务器14连接。

其中，所述交换芯片221具有Vlan(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)划分功能，对外的网络和声码器23之间不能直接通信，保证内部网络的独立和纯净。

具体的，以SIP服务器12到PTD服务器网关15的工作流程进行举例说明；

交换芯片221通过RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)获取SIP服务器12传输的G711码流，所述交换芯片221将获取的G711码流发送给CPU21，由CPU21将获得的G711码流通过交换芯片221分发给声码器23进行编码；

相应的，所述声码器23接收到G711码流后，对G711码流进行编码处理生成编码码流，并将生成的编码码流通过交换芯片221返回给CPU21，CPU21将所述编码码流通过交换芯片221转发给PDT服务器14。

当在对所述G711码流进行编码处理时，若确定需要进行加密处理，则所述声码器23将对所述G711码流进行编码处理后的编码码流发送给对应的加密器25，由加密器25进行加密处理后返回给声码器23，声码器23将加密后的编码码流发送给CPU21，最终由CPU21进行转发。

相返的，当PTD服务器到SIP服务器12时，交换芯片221接收PDT服务器14发送的PDT码流信息，并将接收到的PDT码流信息发给CPU21，CPU21将接收到的PDT码流信息通过交换芯片221发送给声码器23，由声码器23对所述PDT码流信息进行解码处理，在解码过程中如果需要进行解密处理，则先将PDT码流信息发送个对应的加密器25进行解密处理后，在进行解码处理，声码器23将解码处理后生成的G711码流发送给CPU21，由CPU21转发给SIP服务器12。

需要说明的是，在SIP服务器12与PDT服务器14进行信息交换之前，需要进行呼叫流程，当从SIP服务器12到PDT服务器14，开始呼叫时，SIP呼叫协议通过网络发给CPU21，CPU21获得呼叫的号码后转换为PSIP协议发送给PDT服务器14，CPU21接收PDT服务器14返回的成功信息，并将接收到的成功信息发送给SIP服务器12，此时呼叫流程走通，之后SIP服务器12与PDT服务器14之间可以进行互通。

如图6所示，当所述网关中交换器为交换芯片时，网关的工作流程图，具体的包括如下步骤：

步骤600，CPU接收SIP服务器的SIP协议；

步骤610，CPU所述SIP协议转化成PSIP协议发送给PDT服务器；

步骤620，PDT服务器接收CPU发送的PSIP协议，并根据所述PSIP协议返回连接成功信息给所述CPU；

步骤630，CPU将接收到的PDT服务器返回的成功信息发送给SIP服务器；

步骤640，SIP服务器将G711码流通过交换芯片发送给CPU；

步骤650，CPU将所述G711码流通过交换芯片发送给声码器；

步骤660，所述声码器对接收到的G711码流进行编码处理生成编码码流，并将所述声码器将生成的编码码流返回给CPU；

步骤670，所述CPU将接收到的编码码流转发给PDT服务器；

步骤680，PDT服务器根据接收到的编码码流向所述CPU返回PDT码流信息；

步骤690，CPU接收PDT服务器返回的PDT码流信息，并将接收到的码流信息发送给声码器；

步骤691，声码器对PDT服务器返回的PDT码流信息进行解码处理生成G711码流，并将解码出的G711码流返回给CPU；

步骤692，CPU将接收到的解码出的G711码流转发给SIP服务器。

上述网关15中的CPU21与声码器23之间支持网络通信，实现SIP服务器12与PDT服务器14之间的互联互通。

结构二：所述网关15中的交换器22包括交换芯片222、DSP223、CPLD224。

具体的所述网关15包括，CPU21、交换芯片222、DSP223、CPLD224、多个声码器23，其中：

所述CPU21与所述交换芯片222连接，且所述CPU21与所述CPLD224通过SPI接口连接；

所述交换芯片222与所述DSP223连接，且所述交换芯片222通过网口24与外部网络服务器连接；

所述DSP223与所述CPLD224连接；

所述CPLD224与所述多个声码器23通过SPI接口连接；或所述CPLD224与所述多个声码器23通过I2S接口连接。

其中，与所述交换芯片222相连接的外部网络的服务器为SIP服务器12和PDT服务器14。

具体的，如图7所示，为本实用新型提供的网关15的第二种整体结构示意图，以每个声码器23连接一个加密器25进行举例，且所述网关15包括两个网口24，以使所述交换芯片222通过第一网口24与SIP服务器12连接，通过第二网口24与PDT服务器14连接。

其中，所述交换芯片222具有Vlan划分功能，对外的网络和声码器23之间不能直接通信，保证内部网络的独立和纯净。

将图7与图5结合可知，COU处理器并不只与交换芯片222连接，在本结构中还与CPLD224连接，且CPLD224与声码器23连接，且CPLD224与声码器23通过不同的接口与声码器23连接，CPLD224与声码器23连接时的接口不同，声码器23执行的操作不同，当CPLD224与声码器23通过I2S接口连接时，声码器23执行编码操作；当CPLD224与声码器23通过SPI连接时，声码器23执行解码操作，具体的下面分情况介绍。

情况一：网关15执行编码操作。

具体的，当交换芯片222通过网口24获取SIP服务器12的G711码流后，将所述G711码流发送给CPU21，CPU21为接收到的G711码流分配声码器23，CPU21通过交换芯片222将G711码流传输到DSP223，DSP223将G711码流转换成线性的PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)数据，同时将PCM数据通过CPLD224发送到声码器23，在CPLD224将PCM数据发送给声码器23时，CPLD224将PCM数据发送到声码器23的I2S接口，即声码器23通过I2S接口接收PCM数据；

相应的，声码器23对接收到的PCM数据进行编码处理生成编码码流，并将生成的编码码流通过声码器23的SPI接口发送个CPLD224，以使CPLD224通过SPI接口将获取的编码码流发送给CPU21。

需要说明的是，由于CPU21只有一路SPI，因此需要切换CPLD224的通路去获取编码码流。

如图8所示，本实用新型提供的网关15中交换器22包括交换芯片222、DSP223、CPLD224时，网关15编码时的流程图，具体包括如下步骤：

步骤800，交换芯片通过网口获取SIP服务器的G711码流；

步骤810，交换芯片将获取的G711码流发送给CPU；

步骤820，CPU通过交换芯片将G711码流发送个DSP；

步骤830，DSP将G711码流转换成PCM数据，并将所述PCM数据发送给CPLD；

步骤840，CPLD将接收到的PCM数据发送给声码器的I2S接口；

步骤850，声码器对接收到的PCM数据进行编码，并将编码后的码流通过SPI接口返回给CPLD；

步骤860，CPLD通过SPI接口将所述编码后的码流发送给CPU；

步骤870，CPU通过交换芯片将获取的编码后的码流转发给PDT服务器。

情况二：网关15执行解码操作。

具体的，当交换芯片222获取到PDT码流后，将获取的PDT码流转发给CPU21，由CPU21为所述PDT码流分配声码器23，CPU21将接收到的PDT码流通过SPI接口发送给CPLD224，由CPLD224将所述PDT码流发送给声码器23，在CPLD224将所述PDT码流发送给声码器23时，CPLD224将PDT码流发送到声码器23的SPI接口，即声码器23通过SPI接口接收PDT码流；

相应的，声码器23对PDT码流进行解码处理生成PCM格式的码流，并将生成的PCM格式的码流通过声码器23的I2S接口发送给CPLD224；

进而CPLD224根据不同的时隙将PCM格式的码流分发给DSP223，DSP223将接收到的PCM格式的码流转换成G711码流，并通过交换芯片222将G711码流发送给CPU21，最终由CPU21通过交换芯片222将G711码流转发。

如图9所示，本实用新型提供的网关15中交换器22包括交换芯片222、DSP223、CPLD224时网关15解码时的流程图，具体包括如下步骤：

步骤900，交换芯片获取PDT码流信息，并将获取的PDT码流信息发送给CPU；

步骤910，CPU通过SPI接口将获取的PDT码流发送给CPLD；

步骤920，CPLD将获取的PDT码流发送到声码器的SPI接口；

步骤930，声码器通过SPI接口接收PDT码流，将PDT码流解码成PCM格式的码流，并将所述PCM格式的码流通过I2S接口发送给CPLD；

步骤940，CPLD根据不同的时隙将PCM格式的码流分发给DSP；

步骤950，DSP将接收到的PCM格式的码流转换成G711码流，并将G711码流转发给CPU；

步骤960，CPU将接收到的G711码流通过交换芯片转发给SIP服务器。

需要说明的，若在编码过程中需要进行加密，则在所述声码器23进行编码后，将编码后生成的码流信息传输到加密器25进行加密处理后，返回CPU21；或若在解码过程中需要进行解密，则在声码器23进行解码之前需要将接收到的码流信息传输到加密器25进行解密，所述加密器25在进行解密后将解密后的码流信息传输到声码器23进行解码处理。

在本实用新型中，CPU21和声码器23之间还可以采用I2S和SPI组合模式实现语音的编解码，进而实现IP话机11和手台13之间的互联互通，且由于CPU21和声码器23相互独立，因此本实用新型的网关15具有很强的去耦合功能。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

设计图

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