智慧型办事大厅服务窗口音频监控录音系统解决方案

行政办事厅录音系统设计方案

一、项目概述

1.1项目概况

为满足行政办事厅系统在拾音方面的个性化需求，方便客户更加灵活的运用在不同的环境中。我司针对行政办事厅需求针对项目使用特殊性建议采用我司的网络型网络拾音器。智能网络拾音器，他是集语音降噪、多路音频混音、音频智能分析、远程开关控制、远程背景音乐广播、10段EQ均衡设置等功能为一体的全新网络数字化拾音器产品。它具有数字化传输、抗干扰能力强、音频高采样率、可强力消除动态噪音和静态噪音、高保度真、智能控制、可编程等特点突破了传统拾音器只能单一拾音的缺点，智能型网络拾音器可根据用户使用场景的不同设置不同的参数，从而带到最佳的采音效果。

传统的音视频解决方案是录音设备的模拟音频输入信号和拾音器的音频信号直接连接至录音设备的音频接口后数字化存储设备，录入视频和音频以达到同步录音录像的要求。

随着各行各业对采音需求的普遍应用，拾音器的音频信号被接入到各种设备中，通过数字化处理后和数字视频一起打包传输。在实际的应用中，发现无论是那种数字录音设备，由其采集和压缩后的声音品质都不理想，尤其是经过采用8KHz/16bit采样的音频甚至出现声音失真、对环境噪音和动态噪音不能有效减弱，严重影响到客户使用效果。怎么才能做到高采样率的声音采集合成和不同用户对功能的需求成为业内需要重点解决的问题。

随着视频监控系统全面向全数字化的转变以及在各行各业的广泛应用，对音视频同步录音录像提出了更高更严的要求，对声音品质提高的呼声越来越高。但现实情况是，监控设备生产厂家不重视音频质量，加上生产厂家在音频方面技术的缺失，提高采样率不仅增加设备生产成本，技术上也达不到我们理想的要求。

为适应新的应用需求与要求，需要研制一种全新的数字降噪网络拾音器解决方案，从传输和数字降噪及音频压缩等几个方面着手，彻底的解决目前传统拾音器的音质以及传输等问题。

1.2需求分析

经过前期应用与调研发现，传统的音频解决方案存在一些问题：音质差、听不清，对查处提供证据不足、对人员对话内容无法分辨，等等……，究其原因如下：

传统摄像机内嵌拾音器音质差：传统的设计方案，利用摄像机内嵌的拾音器收集声音，与摄像机视频同步传输，导致音质差有以下原因：

• 拾音器部署在边缘：摄像机为了满足视频覆盖无盲点的布置要求，多数在考点的边缘，这样导致声音采集范围覆盖范围不够，拾音器应该在部署在场景中心
• 内嵌拾音器音频采样率不够：早期摄像机是为了解决监控看的问题，对声音的重要性关注度不够，因此采用的拾音器比较低端，采样率低，音频失真

常见拾音器没有采用特殊技术处理：如拾音器没有采用降噪、回声抑制、抗干扰等专业技术处理，无法获取高保真音源。

随着传统电子考场陆续建设与实践应用，仅仅看得见已经不能满足当前的建设需求，如何在看的清的同时也要听得清，因此高音质、高灵敏度的拾音器的选择势在必行……

二、系统设计原则

本项目必须使用科学的方法来进行规划、设计与建设，以保证系统建设的成功。主要包括以下原则：

2.1   统一规划、统一部署

充分考虑本系统与其他系统的关系，统一规划、设计、部署，避免短期行为，避免未来的投资浪费。

2.2   适合性原则

“适合的才是最好的”，在系统规划、设计中始终坚持这个原则，避免系统建设的盲目性。保真系统的可用性、好用性和可管理性。

2.3   前瞻性原则

在进行系统设计时，规模上既考虑到当前的需求，又充分考虑到今后几年的需求；技术上要考虑到今后的发展趋势；应用上要考虑其他相关系统互联的要求。

2.4   经济性原则

在方案设计和产品选型时，注重合理性和建设成本，降低系统建设成本；在系统规划设计时，考虑减少系统建成后的运维成本。

三、系统设计依据

方案设计中参考以下标准：

GB4943-2001   信息技术设备的安全

GB8898-2001   音频、视频及类似电子设备安全要求

GB16796-1997  安全防范报警设备安全要求和试验方法

GB50057-1994  建筑物防雷设计规范

GB50198-1994  民用闭路监控电视系统工程技术规范

GB50348-2004  安全防范工程技术规范

GA308-2001    安全防范系统验收规则

GA/T74-2000   安全防范系统通用图形符号

GA/T75-94     安全防范工程程序与要求

ISO/IEC-11172-3  MPEG音频编码标准

四、关键技术

关键技术的深入研发与突破是高保真音质、高灵敏度拾音器根本保障，本项目中采用的产品有如下技术特色：

4.1 DSP主动降噪技术

所谓DSP主动降噪技术，实际上就是实现DSP的电磁兼容，

符合下面三个条件，则该系统是电磁兼容的:

• 对其它系统不产生干扰
• 对其它系统的发射不敏感
• 对系统本身不产生干扰

本项目采用降低噪声的技术有三种：

• 抑制源发射
• 使耦合通路尽可能地无效
• 使接收器对发射的敏感度尽量小

4.2 DSP束形拾音技术

产品由多个麦克风排成线形或环形阵列，通过DSP阵列信号处理，以“电子瞄准”方式实现智能语音信号处理。麦克风阵列实现增强语音、环境降噪、音源定位等功能，使输出语音的信噪比大幅度提高，从而获取高质量的语音信号。

阵列麦克风—“电子瞄准” 麦克风阵列增加了一个空间域，对拾取的多路语音信号进行分析与处理，使阵列形成的波束方向图主瓣对准目标语音，“零点”指向干扰源以抑制干扰信号，从而尽可能地获取目标语音。 系统采用自适应降噪和语音增强算法，以“电子瞄准”方式自动跟踪说话人的方向和位置，同时抑制其他说话人的声音及环境噪声，具有很好的空间选择性。

4.3 AFR 反馈抑制技术

AFR 反馈抑制技术是指音频信号经扬声器系统发出声音后，由传声器拾音将声音信号转变为电信号输入至放大器放大，然后由扬声器系统产生声音输出，形成扬声器系统、传声器、放大器、扬声器系统之间的正反馈，导致放大器的输出信号幅度不断地增加而产生某一频率的振荡，出现啸叫。

在室外扩声系统中，声反馈主要由音箱的直达声引起。在室内扩声系统中，除了音箱的直达声外，还有来自各壁界面的反射声。

4.4 AEC回声抑制技术

AEC回声抑制技术的基本原理就是：用一个人为干预的信号波，去消除通讯过程中产生的回音信号，同时保留其它正常的语音信号，以达到通讯的正常使用。

目前各品牌回音消除器产品的方案，基本都是在会场声源的输出端，同步获取一个音频信号，对此信号做一定延时的位移＋反相，同时根据使用条件的不同，将该信号的幅度放大到“二次声源”平均的幅度值范围。处理后的信号与会场声源（话筒）输入端的信号进行逻辑加的处理，从而抵消回音信号。会场其它的语音信号，因为没有抵消信号，所以正常输入系统

五、采音系统目标

根据项目总体业务需求模式，在项目中采用我公司提供的“网络拾音器系统” （以下简称系统）实现监控中心与各个采音终端实现通信互通等业务。

随着行政办事厅对采音质量的需求越来越大，传统模拟拾音器已经不能达到现有需求，急需一个突破性的产品。针对行政办事厅的特殊性，选择的产品能更加灵活的运行在不同的环境中。此次项目中采用广州峰火科技生产研发的网络拾音器。

在办事大厅中，拾音器可实现与视频同步录音录像，能接入支持标准onvif协议的摄像机，实现同步存储。

拾音器采集声音后首先是存储在终端的内置SD卡中，然后通过相互之间互联的网络把各个窗口的语音数据传送到中心管理存储服务器上存储，本次方案采用前端+后端存储功能，可实现中心断网后不会导致数据丢失。采用次种结构可有效的节省施工和设备成本利于维护人员管理。

5.1 系统特点：

传输方式：系统采用网线连接纯数字信号传输方式，支持TCP/IP协议，真正实现音频信号网络化传输方式。

高清音质：音质高清流畅网络延时20ms以内、采样率可达16K-48K多采样率可选。实现了真正高清音质无延时传输。

高降噪比：通过强大的服务器处理能力所有终端设备采集的声音通过网络全部传输到后端服务器降噪处理再回传到前端网络摄像机或其他录音设备，可完美还原现场真实的声音。

开放的标准协议及完善的SDK开发接口：开放清晰的二次开发接口解决了不同系统互联的问题，面向服务的系统架构，解决了资源管理的问题，资源的可视化、自动化管理，结合协议的状态查询和自动化音频质量检测，实现高效的系统资源管理。第三方系统可通过提供的SDK接口对接，实现高品质的音视频同步功能，提升系统整体应用能力。

加密保护：系统对语音编码进行过加密处理，数字化的音频文件需要用专用播放器才能播放。防止窃听，更好的保护用户的隐私安全。

系统扩容方便：只需在IP能网络覆盖的地方将IP对讲终端接入即可实现扩容。

5.2功能点特

1. 单服务器可实现1-300路音频同时存储转发的功能，支持多台服务器级联扩展，使设备接入量无限扩展。
2. 16K-48K音频高保真采样满足不同客户对音质的需求
3. 可实现互联网语音传输功能和云存储功能。满足客户不同网络的音频应用
4. 可精确控制单台设备的工作时间，可实现全时录音、定时录音、事件录音等录音方式。
5. 当管理服务器或设备断网可实现内置SD卡脱机录音方式，保证数据的完整性。
6. 实现1-60分割画面音频点击后实时监听，每个分割画面采取声波的方式显示，分割窗口内容可显示实时分贝参数，单击后选择参数设置可设置前端设备增益、报警分贝、录音方式和时间等参数。
7. 声控报警提示功能，当前端设备音频高于设定值时，自动弹出并提示当前报警设备的实时声音和图像。
8. 客户端SDK，可允许其他平台调用所有设备的实时音频信号和报警、在线、呼叫等状态功能.
9. 10段EQ均衡设置，可对每路音频单独设置均衡数据，针对不同环境采用不同的处理方式，达到用户最满意的效果。
10. 可视化管理界面，用户可通过客户端操作界面一览所有设备的在线及工作状态。
11. 动态降噪算法，可强力消除或减弱特定的背景噪音和动态噪音。
12. 设备自动巡检：网络拾音器采用自动巡检报障设计方式，实时对设备系统运行情况（设备掉线、SD卡读写异常、采集端异常等）进行轮巡检测，提高维护效率，降低设备维护成本。
13. 客户端自动升级：设备通过平台客户端自动升级技术可以有效解决大量用户客户端同步升级的问题。

5.3整体系统结构

5．4 产品选型

1

录音主机

录音通道数量:8路模拟信号同时接入

模拟音频：输入接口：3芯端子(音频、公共地、电源正极)；音频输入阻抗：1000Ω

录音参数：

采样：16K ，码率：32kbps-64kbp；

采样：32K ，码率，64kbps-128kbp；

采样：48K ，码率，64kbps-128kbps

存储格式：支持mp3格式 WAV格式同时存储

录音模式：支持全时录音、定时录音、事件录音三种录音方式

回放与显示模式：

支持40路音频同时在线监听，支持40路音频波形同时在线监视，支持40路音频中任意一路回放

喧哗报警：支持0-100分贝音频喧哗报警功能，可对设备分贝高于设定值自动报警，并联动监控中心

最大容量：支持2个4T硬盘接入存储

音频降噪：三挡降噪可调： 低档 中档 高档

外壳防护等级：样品的外壳防护应符合GB/T 4208-2008中IP20的等级要求

功能接口：

输入接口：8路模拟音频输入；输出接口：8路模拟音频输出

1个RJ45 10M/100M网口、1个USB下载接口

主机操作系统：Windows 7/Windows 2003/ Windows2008

拾音器最大电流：接入拾音器最大电流100mA

电源功耗： AC220V电源，<80W；1个电源开关按键

工作环境：温度-40℃ ～ 75℃

机箱尺寸：430*332*45毫米 1U机箱

2

拾音器

拾音范围 10-100平方米（连续可调）

拾音音头 MEMS硅麦克风

指向特性 全指向增强             灵敏度  -40dB/阵列（1 kHz@94dB SPL）

失真 ≧ 0.3%   （85dB声压、A加权）

最大音压 120dB 声压（1 kHz ≤ 3% THD、A加权.）

频率响应 100Hz ～ 16kHz（1 kHz@94dB SPL）

输出电平 2.5Vpp/（Line Out,1 kHz@94dB）

S/(N+D) 70dB （1 kHz@94dB SPL）

AD/DAC 16Bit, DSP Mode

语音平台 数字信号处理器

核心算法 DSP增强版降噪算法(AGC+EQ+NC)

降噪能力 30dB(自适应降噪）

保护电路 极性保护、错接保护、雷击保护

连接方式 三芯电子线：电源线（红色）、音频（白色）、公共地（黑色）

信号传输 3000米  双绞线、屏蔽电缆（电磁复杂环境请用屏蔽电缆或传输器）

电源电压 线性稳压电源DC 9V－15V（建议使用12V）

电源电流 45mA

工作环境 -40℃ ～ 75℃

电磁兼容性 符合GB 9254-2008

可靠性指标 MTNF≧80000小时

外壳材质 铝合金+ABS（本色）

外形尺寸 85mm(直径)×24mm(高)

符合标准 符合标准欧盟CE标准,美国FCC认证,最高检同步录音录像系统建设规范

5.5 安装方式

根据现场环境和安装要求。在2个办税人员坐席之间安装网络拾音器，办税人员桌面上设置桌面型拾音器，在人员流动比较少的大厅设置吸顶拾音器以达到拾音器效果的充分发挥。

5.6 录音系统的供电要求

网络拾音器采用12V供电的方式，音视频同步录像采用摄像机和拾音器公用监控电源的方式。建议使用12V 3A的电源。网络拾音器接点后自带供电功能可以给拾音器进行供电。

5.7线路及管道敷设要求

随建筑施工同步敷设管道时，有条件的应将管道敷设在建筑体内，并要求按建筑敷设规范选用管道的材料和敷设方式，对不便敷设在建筑体内的管道，宜采用镀锌钢管、PVC管，封闭金属线槽或封闭PVC线槽（各管线之间应该有20公分以上的间隔）。

对大型系统的主干线，应采用封闭金属桥架敷设，强电和弱电桥架应严格分开（不得与照明、电力线同线槽敷设），分别走各自的弱电井。