牛中伟
(民航中南地区空中交通管理局 广东广州 510405)
摘要：目前民航空管领域使用较多的空管自动化系统和语音记录仪没有实现放音放像同步合成功能，本文在详细分析空管自动化系统和语音记录仪间信息交互流程基础上，设计并实现了视频语音同步合成功能，经验证该功能合成的视频语音一致、画面清晰、信号稳定，效果较为理想。
关键词：空管自动化系统;语音记录仪;同步合成
1．背景
空管自动化系统可以接入多种监视源信号，如雷达、ADSB、MLAT等监视信号，使用多监视源融合处理、飞行计划处理、目标告警计算等先进技术处理后形成综合航迹提供给空中交通管制员监控、指挥航班的系统，俗称“千里眼”。管制员通过语音通信交换系统及甚高频收发系统向机组发布管制指令及与机组进行语音通话。自动化系统提供监视数据记录和回放功能，可以以视频形式回放历史监视数据；管制员的语音通话则是使用语音记录仪系统记录和回放。可见，目前这种视频和语音分开进行独立回放的方式对于管制岗前培训、工作规范化抽查、不安全事件复盘、分析及事故调查等工作带来极大不便，降低工作效率。针对上述问题，本文设计和实现了空管自动化系统视频语音同步合成功能。
2．视频语音同步合成实现
目前，广州白云机场塔台使用THALES作为主用自动化系统，宏天记录仪作为语音记录设备，下面以THALES自动化系统和宏天记录仪为例进行探讨视频语音同步合成功能的实现。
THALES系统通过其ASPB服务器（记录回放服务器）网口或者串口与宏天记录仪相连；THALES系统的回放席位通过视频采集卡及传输线与视频语音合成席位相连；宏天记录仪通过信号线与视频语音合成席位相连。宏天记录仪提供网络语音输出接口和RS232控制接口2种与THALES系统相连的接口，其中，网络语音输出接口可以将记录仪语音信号输出至THALES系统中，但是语音信号数据包占用比较多资源，并且ASPB回放模块需要做改动，有比较大的风险和难度，所以为了保障THALES系统的安全和可靠性，采用RS232接口，使用串口协议进行通信和控制。宏天记录仪根据THALES 系统的ICD(INTERFACE CONTROL DOCUMENT )文件制定交互协议，THALES系统席位放像时，ASPB发出请求，宏天记录仪收到THALES请求后找出相应时间的语音并发送给视频语音合成席位，同时THALES系统的回放席位进行回放的视频信号也通过视频采集卡传送至视频语音合成席位，由视频语音合成席位上的合成软件将视频及语音自动合成并可以输出另存，便于拷贝。
视频语音同步合成功能实现硬件连接如图1：
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具体信息交互过程如下：
（1）THALES系统定期发送记录仪工作状态确认请求及通道状态确认请求至宏天记录仪，宏天记录仪收到请求信息，处理并将其工作状态及各通道状态是否正常回复至THALES系统；
（2）在THALES系统席位界面回放窗口输入回放开始时间、回放时长、回放的语音通道、记录仪主机号等信息；
（3）THALES系统向宏天记录仪申请使用某通道，宏天记录仪将该通道的状态信息回复给THALES系统；
（4）THALES系统收到通道状态信息后，将回放界面中输入的回放信息按照双方制定的交互协议格式进行封装和分发至回放进程和语音记录仪的语音同步进程；
（5）THALES系统的回放进程根据收到的回放信息进行视频回放，并通过视频采集卡传送至视频语音合成席位；
（6）宏天记录仪的语音同步进程根据收到的回放信息进行检索相应的语音内容发送给视频语音合成席位；
（7）视频语音合成席位通过视频语音合成软件自动将由视频采集卡获取的THALES回放视频及由宏天记录仪传送的语音数据进行同步合成。
（8）在THALES系统回放过程中，如果在回放界面进行暂停、快进、停止等控制操作，宏天记录仪得到命令信号，也会做出相应的响应。
在上述功能实现过程中，有两点需要特别注意，第一、因采用RS232串口通信，当传输
线缆过长时，信号就会出现较大衰减，导致信号不稳定情况的出现，因此，为了增强长距离串口传输的稳定性，如果距离超过50m，需要采用将RS232转为RS422或RS485的信号协议转换器，然后再使用信号延迟器连接到传输网络，这样能实现超长距离的稳定传输；第二、
THALES系统及宏天记录仪系统，二者的时标一致性是高质量的视频语音同步合成的基本要求，因THALES系统及宏天记录仪分别接有不同的GPS时钟同步系统，如果其中一个系统的时钟系统出现异常，会造成语音和视频不能同步回放问题。
3．视频语音合成席位软件安装
在视频语音合成席位需安装OBS Studio软件，并进行相关参数配置，可以实现语音和视频的合成，并将合成视频封装为mp4格式视频文件，如图2所示。对于一些空管现场，如果不方便实现在自动化系统与语音记录仪间进行信息交换，则可以采用一种更加简易的实现方案，即只保留THALES系统的回放席位与视频语音合成席位间通过视频采集卡的连接，这样进行回放的视频信号通过视频采集卡传送至视频语音合成席，在视频语音合成席位使用OBS Studio软件将采集到的视频信号生成视频文件，同时手动拷贝语音记录仪上同时段的语音文件，在视频语音合成席位还需要安装如“格式工厂”这样的视频语音制作软件，使用“格式工厂”把视频文件和语音文件进行叠加也可实现视频语音同步合成。
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图2：视频语音同步合成界面
4. 结束语
本文设计和实现的空管自动化系统视频语音同步合成功能在硬件搭建、软件配置及通讯协议等方面都比较简单易操作、易实现、成本低、具有可移植性、对在用系统影响可控。该功能充分、真实、完整的再现当时管制席位态势界面、管制员的操作、管制指令和与机组间的语音通话等管制员指挥机组的整个完整过程，使回放和分析等相关工作更加方便、快捷和高效，得到相关需求部门的认可。今后，希望该实现方法能够对其他不同型号自动化系统及场监系统等需要与语音记录仪间实现类似同步合成功能的设计提供一些借鉴。
参考文献：
[1] 黄耀鹏,宏一语音记录仪与莱斯自动化系统的回放同步控制应用[J],信息与电脑,2019(17):115-116
[2] 韩玉,自动化系统声像同步回放的方法[J],电子技术与软件工程,2018(15):102