CN101009504A - 一种基于紫蜂技术的语音传输还原系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于紫蜂技术的语音传输还原系统及方法，属于短距离的低成本、低功耗无线通信技术领域。系统由中央管理系统和紫蜂设备组成，可以收集和处理无线传感器网络采集到的各种数据，并控制整个网络的运行。管理人员还可以通过计算机与持紫蜂语音终端的人员进行语音通信。紫蜂设备包括紫蜂网关、紫蜂路由器和紫蜂语音终端，这三种设备组成了紫蜂无线网络。基于紫蜂技术的语音传输还原方法包括两个部分，第一部分是基于存储还原技术的准实时语音传输方法，第二部分是基于控制技术的实时语音传输方法。其优点在于：即时的语音通信与低成本、低功耗的紫蜂无线通信设备相结合，提供了一种便捷的现场人员语音通信方法。
Description
技术领域
本发明涉及短距离的低成本、低功耗无线通信技术领域，特别是一种基于紫蜂技术的语音传输还原系统及方法。
背景技术
紫蜂(ZigBee)是一种新的短距离无线通信技术，它强调低成本、低功耗等特点。紫蜂技术的物理层采用直接序列扩频方式，数据传输速率介于20千比特每秒到250千比特每秒之间，随着传输距离的增加，数据传输速率会减慢。例如发射功率在1毫瓦的紫蜂产品在10米的距离内可达250千比特每秒的传输速率，但若是将传输距离拉长至20米，则速度将降至约30千比特每秒。不过通过提高发射功率，可以在100米的传输距离内，达到每秒250千比特每秒的传输速率。此外，紫蜂具备低耗电的特性，在传感器网络的应用方面，具有相当大的优势，例如在工厂内的作业温度测量、水电瓦斯计度的记录、保全防护的监控上，厂商就不需经常更换电池或布建供电网络，且只需极少的人力与设备，即可取得所需的信息。紫蜂技术不但可以应用于工业、企业现场，还可以应用于家庭以及消费类电子产品，例如：一般家庭可将紫蜂应用于空调系统的温度控制器、灯光、窗帘的自动控制、老年人与行动不便者的紧急呼叫器、电视与音响的万用遥控器、无线键盘、鼠标、摇杆、烟雾侦测器、智能型卷标，以及玩具等产品。
紫蜂联盟的规范(ZigBee Alliance，ZigBee Specification version 1.0，June 27，2005)规定目前的紫蜂技术只能支持数据传输，不适合进行语音传输。但是，有些场合只有简单的数据是不够的，例如一些工业现场的工作人员需要进行语音交流，只能支持数据传输的紫蜂设备就不能使用。本发明提出利用紫蜂技术来传输语音信号，较传统语音通信设备来讲有以下优点：首先，基于紫蜂技术的语音传输设备，成本和功耗都很低；其次，基于紫蜂技术的语音设备可以实现动态组网；最后，基于紫蜂技术的语音网络铺设容易，且易于维护。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于紫蜂技术的语音传输还原系统以及实现方法。此系统由中央管理系统和紫蜂设备组成，中央管理系统由1～3台计算机构成，可以收集和处理无线传感器网络采集到的各种数据，并控制整个网络的运行。管理人员还可以通过计算机与持紫蜂语音终端的人员进行语音通信。
紫蜂设备包括紫蜂网关、紫蜂路由器和紫蜂语音终端，这三种设备组成了紫蜂无线网络。
紫蜂网关是连接中央管理系统和紫蜂无线网络的桥梁，它与中央计算机通过有线的方式连接；同时它还具有紫蜂协调器的功能，为建立和启动紫蜂无线网络这一过程设置参数，其中包括选择一个射频信道、唯一的网络标识符以及一系列操作参数。
紫蜂路由器作为远程设备之间的中继器来进行通信，能够用来拓展网络的范围。紫蜂网关和紫蜂路由器的位置根据现场的特点，合理的放置在不同的地点。它们的作用是组成紫蜂无线骨干网。
本发明提出的紫蜂语音终端由工作人员随身携带，既可以主动发起呼叫，也可以接收其它终端节点发来的语音信息。因此，该语音终端集成了中央处理器、射频模块、存储器、音频处理模块以及按键模块。中央处理器可以选用Microchip公司的低功耗单片机，射频芯片有TI公司的CC2420、CC2430等，存储器可以选用三星公司的K9F系列的非易失性的存储器，音频芯片可以选用STA013或VS1003等。
本发明提出的基于紫蜂技术的语音传输还原方法包括两个部分，第一部分是基于存储还原技术的准实时语音传输方法，第二部分是基于控制技术的实时语音传输方法。
基于存储还原技术的准实时语音传输方法：携带语音终端的工作人员想要发起会话，首先通过键盘输入呼叫号码，终端设备将号码转换成设备物理地址；然后工作人员按下录音键，启动紫蜂语音终端的录音功能；终端将已经录好的语音数据编码后打包，紧接着将数据包发往呼叫的设备；结束录音时工作人员需要再次按下录音键，表示录音结束，同时将本次通话语音数据包的数量发送至呼叫设备。在发送方录音的同时，接收方的紫蜂语音终端将接收到的语音数据包解码后按照序号依次放入存储器中。语音信息接收完后，紫蜂语音终端启动音频处理模块，将话音信息播放出来。
基于控制技术的实时语音传输方法：紫蜂语音终端事先存有一些话音信息，并且每一条话音都对应有一个编号，中央管理系统知道每个紫蜂语音终端设备中每条语音的编号。当管理人员发现紧急情况，需要及时向工作人员发送警报，于是发送一个简单的控制信号，当语音终端收到此控制信号后，取出要播放的话音序号，然后在存储器中找到该话音信息进行播放。
所述的紫蜂语音终端采用自适应差分编码技术将数字语音的数据率降至32千比特每秒。
本发明的优点：根据紫蜂技术的特点，提出利用此技术来传输语音信号，从而实现了一种低成本、低功耗的语音传输系统。并且提出了两种语音传输还原方法，可以根据需要选择一种最合适的方法进行语音通信。本发明可以广泛应用于工矿安全管理系统、施工现场语音辅助管理系统等。
附图说明
图1为本发明的基于紫蜂技术的语音传输还原系统示意图。
图2为本发明的紫蜂语音终端系统结构示意图。
图3为本发明的准实时语音传输方法的发射端流程图。
图4为本发明的准实时语音传输方法的接收端流程图。
图5为本发明的实时语音传输方法的发射端流程图。
图6为本发明的实时语音传输方法的接收端流程图。
具体实施方式
图1为本发明的基于紫蜂技术的语音传输还原系统示意图。该系统由中央管理系统、紫蜂网关、紫蜂路由器以及紫蜂语音终端组成。中央管理系统由一台或多台计算机构成，可以收集和处理无线传感器网络采集到的各种数据，并控制整个网络的运行。紫蜂网关是连接中央管理系统和紫蜂无线网络的桥梁，它与中央计算机通过有线的方式连接；同时它还具有紫蜂协调器的功能。紫蜂路由器作为远程设备之间的中继器来进行通信，能够用来拓展网络的范围。紫蜂网关和紫蜂路由器的位置根据现场的特点，合理的放置在不同的地点，并且这两个设备都没有语音采集和播放功能，它们的作用是组成紫蜂无线骨干网。紫蜂语音终端由工作人员随身携带，既可以主动发起呼叫，也可以接收其它终端节点发来的语音信息。
图2为本发明的紫蜂语音终端系统结构示意图。由图可以看出语音终端集成了中央处理器、射频模块、存储器、音频处理模块以及按键模块。该节点为嵌入式系统，具有很小的体积，易于工作人员随身携带；该节点的中央处理器以及其它主要模块都选用低功耗的芯片，这样可以降低终端的耗电量；该节点的软件设计也考虑了低功耗的要求，当终端不需要语音通信时自动进入休眠状态，从而延长了电池的工作时间。
图3为本发明的准实时语音传输方法的发射端流程图，详细步骤如下：
步骤1：携带语音终端的工作人员想要发起会话，首先需要通过键盘输入呼叫号码，语音终端设备将号码转换成设备的物理地址；
步骤2：拨完号码后工作人员需要按下录音键；
步骤3：当紫蜂语音终端检测到录音键按下后就启动音频模块开始录音；
步骤4：终端将已经录好的语音数据编码后打包，并在每个数据包的头部填加一个序号，紧接着将数据包发往呼叫的设备；
步骤5：重复步骤4，直到工作人员想要结束录音，然后需要再次按下录音键，表示录音结束；
步骤6：最后发送录音结束标志，并将本次通话语音数据包的数量发送至呼叫设备。
图4为本发明的准实时语音传输方法的接收端流程图，详细步骤如下：
步骤1：紫蜂语音终端接收到语音数据包；
步骤2：将接收到的语音数据包解码后按照序号依次放入缓冲区中；
步骤3：当缓冲区被填满后将语音数据倒入外部非易失性存储器中；
步骤4：重复以上步骤1、2、3，直到接收到语音通信结束标志；
步骤5：将之前存储的语音信息播放出来。
图5为本发明的实时语音传输方法的管理中心发起呼叫的流程图。紫蜂语音终端事先存有一些话音信息，并且每一条话音都对应有一个编号，当管理中心需要与终端语音通信时，只需要发射语音序号到终端，终端接收到语音序号后，将与该序号对应的语音信息播放出来。详细步骤如下：
步骤1：管理中心查找呼叫设备编号；
步骤2：查找设备中语音信息编号；
步骤3：选择需要设备播放的语音信息序号，并打包发往设备。
图6为本发明的实时语音传输方法的接收端流程图，详细步骤如下：
步骤1：语音终端接收到控制语音数据包；
步骤2：从接收到的控制命令数据包中提取音频文件序号；
步骤3：根据序号查找语音信息存放的时间物理地址；
步骤4：将语音数据送入音频模块播放出来。
Claims (7)
1.一种基于紫蜂技术的语音传输还原系统，其特征在于：由中央管理系统和紫蜂设备组成，紫蜂设备包括紫蜂网关、紫蜂路由器和紫蜂语音终端组成了紫蜂无线网络；紫蜂网关是连接中央管理系统和紫蜂无线网络的桥梁，同时它还具有紫蜂协调器的功能，与中央计算机通过有线的方式连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：紫蜂网关和紫蜂路由器的位置根据现场的特点放置，它们的作用是组成紫蜂无线骨干网。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：紫蜂语音终端由工作人员随身携带，属于移动节点；该语音终端集成了中央处理器、射频模块、存储器、音频处理模块以及按键模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：中央管理系统由1～3台计算机构成，收集和处理无线传感器网络采集到的各种数据，并控制整个网络的运行；管理人员通过计算机与持紫蜂语音终端的人员进行语音通信。
5.一种基于紫蜂技术的语音传输还原方法，其特征在于：该方法包括两个部分，第一部分是基于存储还原技术的准实时语音传输方法，第二部分是基于控制技术的实时语音传输方法；
基于存储还原技术的准实时语音传输方法：携带语音终端的工作人员想要发起会话，首先通过键盘输入呼叫号码，终端设备将号码转换成设备物理地址；然后工作人员按下录音键，启动紫蜂语音终端的录音功能；终端将已经录好的语音数据编码后打包，紧接着将数据包发往呼叫的设备；结束录音时工作人员需要再次按下录音键，表示录音结束，同时将本次通话语音数据包的数量发送至呼叫设备；在发送方录音的同时，接收方的紫蜂语音终端将接收到的语音数据包解码后按照序号依次放入存储器中；语音信息接收完后，紫蜂语音终端会启动音频处理模块，将话音信息播放出来。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：基于控制技术的实时语音传输方法：紫蜂语音终端事先存有一些话音信息，并且每一条话音都对应有一个编号，中央管理系统知道每个紫蜂语音终端设备中每条语音的编号；当管理人员发现紧急情况，需要及时向工作人员发送警报，于是发送一个简单的控制信号，当语音终端收到此控制信号后，取出要播放的话音序号，然后在存储器中找到该话音信息进行播放。
7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述的紫蜂语音终端采用自适应差分编码技术将数字语音的数据率降至32千比特每秒。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN102073290A (zh) * | 2010-12-13 | 2011-05-25 | 宋四海 | 一种基于Zigbee协议的PID参数整定控制器 |
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| US9167521B2 (en) | 2011-08-10 | 2015-10-20 | Acer Incorporated | Wireless communication method with low power consumption |
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