一、前言
随着通信技术的进步，利用网络进行语音通信已经日趋成熟和普及。网络的语音通信通信成本低廉，又具有较高的通信质量，在很多场景下，已经替代了传统的语音通信手段。目前，软件市场上的网络语音通信的软件种类繁多，不同的语音通信软件往往针对不同的应用场景设计，有的针对陌生人之间的通信场景，有的应用于熟人交际圈，有的基于学术讨论等。
本文深入分析了现有语音通信软件的特点，目标是设计一款基于 Java 的校园语音通信软件，为学校教师和职工提供适用、稳定的语音通信服务。并针对校园语音通信这一应用场景，专门为校园活动、管理而设计，具有如下特点：
- 满足教职工日常办公语音通信的需要。
- 针对校园大型师生活动时的高噪声环境，本文的语音通信软件有较强的抗噪声能力，满足组织人员之间语音通信的需要。
- 针对校园语音信息发布、校园应急指挥的需求，能够结合学校广播系统，提供分区域语音信息发布，分区域喊话的功能。
本文对本项目的研究背景与意义进行了详细分析，同时介绍了本软件所涉及到或直接适用的相关技术及理论，包括 Java 语言、Android 平台、语音采集和输出技术、噪声与回音消除、编码方式、服务器技术等。绘制了用例图帮助分析软件需求，使用用例表描述了系统的需求。从系统架构、语音通信实现方案、编解码方案、降噪方案、数据库架构、UI 等方面来逐渐形成系统的整体设计。并进一步细化设计，实现系统设计要求。之后，本文总结了项目完成后的优势和不足，针对不足之处提出了修改方法。同时，通过分析提出了本软件可改进和发展的方向。
二、项目简介
本文在分析了校园语音通信这一场景下需求的基础上，采用 C/S（客户端/服务器）的软件架构，搭建即时通讯服务器，基于面对对象的 Java 编程语言，在 Android 操作系统上设计实现一个校园语音通信软件系统。
从功能需求和非功能需求两个方面，对软件系统进行需求分析。在功能需求分析中，以教职工日常办公、校园活动组织者、广播播报者三类用户作为分析对象，绘制了用例图，进行了用例描述。在非功能需求分析中，从语音质量、运行环境等方面进行了分析。
根据需求分析，对软件系统的主要模块进行了设计。进行了系统架构设计、及系统功能设计、语音通信方案设计、编解码、降噪方案设计、数据库设计、界面设计，完成了对软件所使用的技术实现方案的设计。
在系统的整体架构设计上，根据软件的需求可知，P2P 通信方式难以满足软件通信的需要，选择采用一般通讯系统常用的 C/S 架构。
在服务器方面，选择 XMPP 协议作为软件的主要通信协议。在 Windows Server操作系统上安装和配置了开源的 Openfire 服务器，作为 XMPP 协议服务器。为了3方面数据操作，安装和配置了 MySQL 数据库，并将数据库与 Openfire 服务器成功连接。
使用 Java 语言在 Android 平台上开发客户端软件。在开发中，使用 AndroidStudio 和 Android SDK 作为基本的集成开发环境，使用 smack 库作为客户端的XMPP 实现库。通过 Smack 库完成了用户登录、一对一文本通信、群组文本通信等即时通讯的基本功能。客户端设计可以有不同的登录形态，可以安装于嵌入式安卓平台，使得使得本软件系统能够方便的连接校园广播，实现语音广播与播放控制。在编解码、降噪方面，首先研究了常用的语音降噪和编码方法，选择使用较为有效的 CELP 算法进行编码，STSA-MMSE 算法进行降噪、语音增强。选择了Speex 库作为语音降噪和编码的实现库，实现了对语音的录制、降噪、编码和解码。
克服了 XMPP 协议不直接支持语音通信的困难，使用数据封装的办法，将语音文件封为 XMPP 协议支持的 XML 数据。实现了 Openfire 服务器、XMPP 协议框架下的语音通信。