基于LabVIEW实现网络语音通信

摘要：为了实现虚拟仪器的远程网络语音通信，依托LabVIEW强大的网络通信能力，采用NI公司开发的基于TCP/IP协议的DataSocket技术，编程实现远程语音数据的点对点传输。用此技术可以很大程度上简化甚至免除网络通讯编程，可以很容易在网络上实现高速语音数据传递。

引言

LabVIEW具有强大的信号采集功能和网络通信功能，这些功能使得LabVIEW的用户可以很容易编写出具有强大网络通讯能力的LabVIEW应用软件，实现远程虚拟仪器。为了将人的语音或某个地点现场的声音信号远传，可以依托LabVIEW这些功能，将联网计算机声卡上采集的语音信号，进行远程语音数据的点对点传输。应用环境的网络拓扑图，如图1所示。

1 利用DataSocket技术传输语音

LabVIEW实现网络通信有3大类方法：(1)使用网络通信协议编程实现网络通信，可以使用的通信协议类型包括TCP/IP协议、UDP、串口通信协议等;(2)使用基于TCP/IP的数据传输协议DSTP的DataSocket技术实现网络通信;(3)使用共享变量实现网络通信。由于网络语音通信要求实时性强。本文采用第二种方法即DataSocket技术实现网络语音通信。

DataSocket是NI公司提供的一种实时数据传输技术，可用于一个计算机内或网络中多个应用程序之间的数据交换，是专门面向测量和自动化工程的网络实时高速数据交换的编程技术。DataSocket克服了传统TCP/IP传输协议需要较为复杂的底层编程、传输速率较慢(特别是对动态数据)等缺点，大大简化了实时数据传输问题，它提供了一种易用、高效、可编程的软件接口，能够很方便地实现网络上的多台计算机之间的实时数据交换^[1]。

DataSocket包括了DataSocket Server Manager、DataSocket Server和DataSocket函数库这几个工具软件，以及DSTP(DataSocket transfer protocol，DataSocket传输协议)、URL(uniform resource locator，通用资源定位符)和文件格式等技术规范[2]。在LabVIEW中，用户可以很方便地使用这些工具来实现远程数据采集。

语音传输程序用到以下两个DataSocket VI：

(1)读取DataSocket函数(ReadDataSocket.vi)：该节点用于从打开的URL连接中读取数据。

(2)写入DataSocket函数(Write DataSocket.vi)：该节点用于向打开的URL连接中写入数据。这里的数据可以是单个或数组形式的字符串、逻辑(布尔)量和数值量等多种类型。

2 语音采集

利用声卡采集语音信号实现语音信号双声道模拟输入。将麦克风(话筒)插在声卡的话筒输入端口，并将其插入声卡上的标记为“Mic In”的插孔中。通过该端口可以采集人的语音信号。

语音采集程序用到以下三个声音处理相关VI：

(1)配置声音输入函数(Sound Input Configure.vi)：利用该VI配置声卡，并开始进行语音采集。采样率设置为44.1kHz。通道数为2(即立体声双声道输入)，每采样比特数(即采样位数为16位，采样模式为连续采样，缓存大小设置为每通道10000个样本。

(2)读取声音输入函数(Sound Input Read.vi)：利用该VI从缓存中读取数据。程序中，为了连续采集语音信号，将“读取声音输入VI”放在了一个While循环中，用于从缓存中连续读取语音数据，设置每次从每个通道中读取样本数为4410个。

(3)声音输入清零函数(Sound Input Clear.vi)：利用该VI停止采样，并进行清除缓存和清除占用的内存等操作。

3 语音播放

利用声卡输出语音信号实现语音信号双声道模拟输出。将扬声器(喇叭)插在扬声器输出端口，并将其插入声卡上的标记为“Speaker”或“SPK”的插孔中。通过该端口可以外接音箱的音频线插头，从而播放通过网络传输过来的语音信号。

语音播放程序用到以下四个声音处理相关VI：

(1)配置声音输出函数(Sound Output Configure.vi)：利用该VI配置声卡，并开始声音输出。采样率设置为44.1kHz。通道数为2(即立体声双声道输入)，每采样比特数(即采样位数为16位，采样模式为连续采样，缓存大小设置为每通道10000个样本。

(2)调用读取声音输入函数(Sound Input Write.vi)：该VI用于向缓存中写入信号，本项目用来向缓存中写入由网络传输过来的语音信号。程序中，在其外边添加一个While循环，实现连续写入语音数据。

(3)设置声音输出音量函数(Sound Output Set Volume.vi)：该VI使用时串接在“设置声音输出音量VI”上，用于控制输出音量大小。

(4)声音输出清零VI(Sound Output Clear.vi)：该VI用于停止输出并执行相应的清除操作。

4 程序实现

程序采用C/S(Client/Server)模式，即客户/服务器模式，包括一个服务器VI和一个客户机VI。这种模型设计人员要做两方面的开发，一是客户端采集程序和数据远程发布的程序的设计，另