CN102361506A - 无线音频通信系统、以及用于发射音频信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线音频通信系统、以及用于发射音频信号的方法和设备。所述用于发射音频信号的方法包括：将模拟音频信号转换为数字音频信号；在数字压缩器中压缩所述数字音频信号的动态范围；将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号；发射所述无线通信信号。所述用于发射音频信号的设备包括：模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；数字压缩器，用于压缩所述数字音频信号的动态范围；数字调制器，用于将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号；发射天线，用于发射所述无线通信信号。本发明可以提高压扩器的线性度，同时使得发射端的压缩器与接收端的扩展器得到更好的匹配。

Description

无线音频通信系统、以及用于发射音频信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种无线音频通信系统、以及用于发射音频信号的方法和设备。

背景技术

如图1A所示，为现有技术中一种无线麦克风发射机的结构示意图，包括麦克风11、第一放大器12、模拟压控振荡器13和发射天线14，麦克风11输出的模拟音频信号经第一放大器12放大，放大后的模拟音频电压信号经模拟压控振荡器13转化为模拟调频信号，该模拟调频信号经发射天线14发射出去。如图1B所示，为现有技术中一种无线麦克风接收机的结构示意图，可以包括接收天线15、第二放大器16、混频器19、模拟解调器17和播放器18，接收天线15接收模拟调频信号，第二放大器16放大该模拟调频信号，混频器19将该模拟调频信号下变频到固定的中频，模拟解调器17对变频后的模拟调频信号进行解调得到模拟音频信号，播放器18将解调后的模拟音频信号转化为声音。

在图1A和图1B所示发射接收系统中，系统的信噪比受限于发射机的调频部分，而作为发射机的调频部分的压控振荡器的信噪比比较低，一般在70dB以下，从而使得该发射接收系统的信噪比较差。为了改善图1A和图1B所示发射接收系统的信噪比，在图1A和图1B所示发射接收系统中采用了音频压扩技术。音频压扩技术是在发射端将所传输的音频信号的动态范围进行有效地压缩后再传输，在接收端再对接收的音频信号的动态范围进行扩展；在发射端，不但压缩音频信号，并且还压缩额外的噪声；而在接收端，在扩展音频信号的同时减少额外的噪声；采用此技术可以产生更加清晰的话音，使得在嘈杂的环境中仍能保持畅通的联系，很具有实用价值。

如图2A所示，为现有技术中另一种无线麦克风发射机的结构示意图，在图1A所示结构示意图的基础上增加了模拟压缩器21，连接在第一放大器12和模拟压控振荡器13之间，模拟压缩器21包括第一可变增益放大器211和第一全波整流器212，第一可变增益放大器211的输入端与第一放大器12连接，第一可变增益放大器211的输出端与模拟压控振荡器13连接，第一全波整流器212的输入端与第一可变增益放大器211的输出端连接，第一全波整流器212的输出端与第一可变增益放大器211的输入端连接，模拟压缩器21对放大后的模拟音频信号进行压缩。如图2B所示，为现有技术中另一种无线麦克风接收机的结构示意图，在图1B所示结构意图的基础上增加了模拟扩展器22，连接在模拟解调器17和播放器18之间，模拟扩展器22包括第二可变增益放大器221和第二全波整流器222，第二可变增益放大器221的输入端与模拟解调器17连接，第二可变增益放大器221的输出端与播放器18连接，第二全波整流器222的输入端与模拟解调器17连接，第二全波整流器222的输出端与第二可变增益放大器221的输入端连接，模拟扩展器22对解调后的模拟音频信号进行扩展。其中，由于模拟压缩器21放大弱信号的能力大于放大强信号的能力，所以模拟压缩器21压缩了信号的动态范围，降低了对无线通信信道的信噪比要求。模拟扩展器22与模拟压缩器21的作用相反，模拟扩展器22将被压缩信号恢复到原动态范围。

但是，图2A和图2B所示发射接收系统存在如下缺陷：模拟压缩器和模拟扩展器的线性度较差；另外，模拟压缩器和模拟扩展器主要采用双级型工艺集成电路和分立元件制造，因此模拟压缩器与模拟扩展器的匹配度较差，音频信号经过压缩器和扩展器产生了失真。

发明内容

本发明提供一种无线音频通信系统、以及用于发射音频信号的方法和设备，用以实现提高压扩器的线性度，同时使得发射端的压缩器与接收端的扩展器得到更好的匹配。

本发明提供一种用于发射音频信号的设备，包括：

模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；

数字压缩器，用于压缩所述数字音频信号的动态范围；

数字调制器，用于将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号；

发射天线，用于发射所述无线通信信号。

本发明还提供一种用于接收音频信号的设备，包括：

接收天线，用于接收无线通信信号；

数字解调器，用于将所述无线通信信号解调为数字音频信号；

数字扩展器，用于扩展所述数字音频信号的动态范围；

数字模拟转换器，用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号；

播放器，用于将所述模拟音频信号转换为声音信息。

本发明还提供一种用于发射音频信号的方法，包括：

将模拟音频信号转换为数字音频信号；

在数字压缩器中压缩所述数字音频信号的动态范围；

将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号；

发射所述无线通信信号。

本发明还提供一种用于接收音频信号的方法，包括：

接收无线通信信号；

将所述无线通信信号解调为数字音频信号；

在数字扩展器中扩展所述数字音频信号的动态范围；

将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号；

将所述模拟音频信号转换为声音信息。

本发明还提供一种无线音频通信系统，包括：

音频发射设备，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，在压缩器中压缩所述数字音频信号的动态范围，将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号，发射所述无线通信信号；

音频接收设备，用于接收所述无线通信信号，将所述无线通信信号解调为数字音频信号，在扩展器中扩展所述数字音频信号的动态范围，将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号，将所述模拟音频信号转换为声音信息。

本发明采用了数字压扩器，由于数字处理较模拟处理的精度高，所以压扩器的线性度得到了大幅度地提高，另外，由于数字化处理较模拟处理不受制造工艺的影响，所以使得发射端的压缩器和接收端的扩展器获得更好的匹配。

附图说明

图1A为现有技术中一种无线麦克风发射机的结构示意图；

图1B为现有技术中一种无线麦克风接收机的结构示意图；

图2A为现有技术中另一种无线麦克风发射机的结构示意图；

图2B为现有技术中另一种无线麦克风接收机的结构示意图；

图3为本发明无线音频通信系统实施例的结构示意图；

图4为本发明用于发射音频信号的设备实施例的结构示意图；

图5为本发明用于发射音频信号的设备实施例中数字压缩器的工作原理示意图；

图6为本发明用于接收音频信号的设备实施例的结构示意图；

图7为本发明用于接收音频信号的设备实施例中数字扩展器的工作原理示意图；

图8为本发明用于发射音频信号的方法实施例的流程示意图；

图9为本发明用于接收音频信号的方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图3所示，为本发明无线音频通信系统实施例的结构示意图，可以包括音频发射设备31和音频接收设备32，音频接收设备32与音频发射设备31通过无线电波空中链路连接。

音频发射设备31将模拟音频信号转换为数字音频信号，在压缩器中压缩数字音频信号的动态范围，将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号，发射无线通信信号。

音频接收设备32接收无线通信信号，将无线通信信号解调为数字音频信号，在扩展器中扩展数字音频信号的动态范围，将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号，将模拟音频信号转换为声音信息。

在本实施例中，音频发射设备31中的压缩器和音频接收设备32中的扩展器均采用了数字处理，由于数字处理较模拟处理的精度高，所以压扩器的线性度得到了大幅度地提高，另外，数字化处理较模拟处理不受制造工艺的影响，所以使得发射端的压缩器和接收端的扩展器得到更好的匹配。

如图4所示，为本发明用于发射音频信号的设备实施例的结构示意图，可以包括模拟数字转换器41、数字压缩器42、数字调制器43和发射天线14，模拟数字转换器41与声音传感器40连接，数字压缩器42与模拟数字转换器41连接，数字调制器43与数字压缩器42连接，发射天线与数字调制器43连接。

其中，模拟数字转换器41用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；数字压缩器42用于压缩数字音频信号的动态范围；数字调制器43用于将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号，可选地，该无线通信信号具体可以为调频信号或调幅信号，优选地，数字调制器43具体可以为数字压控振荡器；发射天线14用于发射无线通信信号。

在本实施例中，模拟数字转换器41将该模拟音频信号转换为数字音频信号，然后，数字压缩器42用于压缩该数字音频信号的动态范围，数字调制器43再将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号，最后，发射天线14发射该无线通信信号，本实施例采用了数字压缩器，由于数字处理较模拟处理的精度高，所以压扩器的线性度得到了大幅度地提高，另外，由于数字化处理较模拟处理不受制造工艺的影响，所以使得发射端的压缩器和接收端的扩展器获得更好的匹配。

进一步地，在本实施例中，模拟音频信号可以来自于两种途径：一种途径是直接从发射机外部输入；另一种途径是发射机本身获取的，参见图4所示示意图，本实施例还可以包括声音传感器40，与模拟数字转换器41连接，用于将声音信息转换为模拟音频信号。优选地，声音传感器40可以为麦克风。

进一步地，再参见图4所示示意图，数字压缩器42可以包括第一数字可变增益放大器421和第一数字整流器422；第一数字可变增益放大器421连接在模拟数字转换器41和数字调制器43之间；第一数字整流器422的一端与第一数字可变增益放大器421连接，另一端连接在第一数字可变增益放大器421和数字调制器43之间。

其中，第一数字可变增益放大器421用于根据预设增益，放大数字音频信号。第一数字整流器422用于对放大后的数字音频信号进行整流处理。第一数字可变增益放大器421还用于根据整流处理后的数字音频信号，控制预设增益。

下面通过具体实例说明数字压缩器的原理。如图5所示，为本发明用于发射音频信号的设备实施例中数字压缩器的工作原理示意图，假设数字压缩器的输入信号的幅度为A_in，输出信号的幅度为A_out，数字压缩器的增益为G，满足如下关系：

A_out＝A_in×G

另外，通过调整第一数字整流器422，使得如下关系式成立：

$G=\frac{1}{A_{\mathrm{out}}}$

由上述两式可以推导出：

$A_{\mathrm{out}}=\sqrt{A_{\mathrm{in}}}$

由上式可以看出，经过动态范围压缩后，音频信号的动态范围被压缩为原动态范围的，例如：高达110dB动态范围的音频信号被压缩至55dB动态范围，可以经过信噪比为60dB的FM信道传输，从而实现了高动态范围的音频信号在低信噪比信道的传输。

另外，在本实施例中，优选地，数字压缩器42可以为基于CMOS工艺的数字压缩器，成本低而且便于集成。

如图6所示，为本发明用于接收音频信号的设备实施例的结构示意图，可以包括接收天线15、数字解调器61、数字扩展器62、数字模拟转换器63和播放器18。数字解调器61与接收天线15连接，数字扩展器62与数字解调器61连接，数字模拟转换器63与数字扩展器62连接，播放器18与数字模拟转换器63连接。

在本实施例中，接收天线15用于接收无线通信信号；数字解调器61用于将无线通信信号解调为数字音频信号；数字扩展器62用于扩展数字音频信号的动态范围；数字模拟转换器63用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号；播放器18用于将模拟音频信号转换为声音信息。

在本实施例中，接收天线15接收无线通信信号后，数字解调器61将无线通信信号解调为数字音频信号，然后，数字扩展器62扩展数字音频信号的动态范围，数字模拟转换器63再将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号，最后，播放器18将模拟音频信号转换为声音信息，本实施例采用了数字扩展器，由于数字处理较模拟处理的精度高，所以压扩器的线性度得到了大幅度地提高，另外，由于数字化处理较模拟处理不受制造工艺的影响，所以使得发射端的压缩器和接收端的扩展器获得更好的匹配。

近一步地，在再参见图5所示结构示意图，数字扩展器62可以包括第二数字可变增益放大器621和第二数字整流器622；第二数字可变增益放大器621连接在数字解调器和数字模拟转换器之间；第二数字整流器622一端与第二数字可变增益放大器连接，另一端连接在第二数字可变增益放大器和数字解调器之间。

第二数字可变增益放大器621用于根据预设增益，放大数字音频信号；第二数字整流器622用于对解调得到的数字音频信号进行整流处理；第二数字可变增益放大器621还用于根据整流处理后的数字音频信号，控制预设增益。

下面通过具体实例说明数字扩展器的工作原理。如图7所示，为本发明用于接收音频信号的设备实施例中数字扩展器的工作原理示意图，假设数字扩展器的输入信号的幅度为A_in，输出信号的幅度为A_out，数字压缩器的增益为G，满足如下关系式：

A_out＝A_in×G

通过调整第二数字整流器622，使得如下关系式成立：

G＝A_in

由上述两式可以推导出：

A_out＝A_in ²

由上式可以看出，经过动态范围扩展后，音频信号的动态范围被扩展为原动态范围的2倍，例如：55dB动态范围的音频信号被扩展至110dB。

另外，在本实施例中，优选地，数字扩展器62可以为基于CMOS工艺的数字扩展器，价格便宜而且便于集成。

如图8所示，为本发明用于发射音频信号的方法实施例的流程示意图，可以包括如下步骤：

步骤82、将模拟音频信号转换为数字音频信号；步骤83、在数字压缩器中压缩数字音频信号的动态范围；

步骤84、将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号；

可选地，该无线通信信号可以为调频信号或调幅信号；

步骤85、发射无线通信信号。

本实施例采用了数字压缩器，由于数字处理较模拟处理的精度高，所以压扩器的线性度得到了大幅度地提高，另外，由于数字化处理较模拟处理不受制造工艺的影响，所以使得发射端的压缩器和接收端的扩展器获得更好的匹配。

可选地，再参见图8所示示意图，步骤82之前还可以包括如下步骤：

步骤81、将声音信息转换为模拟音频信号。

优选地，在本实施例中，步骤83可以通过如下步骤实现：根据预设增益，放大数字音频信号；对放大后的数字音频信号进行整流处理；根据整流处理后的数字音频信号，控制预设增益。步骤83的具体实例可以参见图5所示示意图，在此不再赘述。

如图9所示，为本发明用于接收音频信号的方法实施例的流程示意图，可以包括如下步骤：

步骤91、接收无线通信信号；

具体地，该无线通信信号可以为调幅信号或调频信号；

步骤92、将无线通信信号解调为数字音频信号；

步骤93、在数字扩展器中扩展数字音频信号的动态范围；

步骤94、将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号；

步骤95、将模拟音频信号转换为声音信息。

本实施例采用了数字扩展器，由于数字处理较模拟处理的精度高，所以压扩器的线性度得到了大幅度地提高，另外，由于数字化处理较模拟处理不受制造工艺的影响，所以使得发射端的压缩器和接收端的扩展器获得更好的匹配。

优选地，在本实施例中，步骤93可以通过如下步骤实现：根据预设增益，放大数字音频信号；对解调得到的数字音频信号进行整流处理；根据整流处理后的数字音频信号，控制预设增益。步骤93的具体实例可以参见图7所示示意图，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于发射音频信号的设备，其特征在于，包括：

模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；

数字压缩器，用于压缩所述数字音频信号的动态范围；

数字调制器，用于将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号；

发射天线，用于发射所述无线通信信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数字压缩器包括：

第一数字可变增益放大器，连接在所述模拟数字转换器和所述数字调制器之间，用于根据预设增益，放大所述数字音频信号；

第一数字整流器，一端与所述第一数字可变增益放大器连接，另一端连接在所述第一数字可变增益放大器和所述数字调制器之间，用于对放大后的数字音频信号进行整流处理；

所述第一数字可变增益放大器还用于根据整流处理后的数字音频信号，控制所述预设增益。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，还包括：

声音传感器，用于将声音信息转换为所述模拟音频信号。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述数字压缩器为基于CMOS工艺的数字压缩器。

5.一种用于接收音频信号的设备，其特征在于，包括：

接收天线，用于接收无线通信信号；

数字解调器，用于将所述无线通信信号解调为数字音频信号；

数字扩展器，用于扩展所述数字音频信号的动态范围；

数字模拟转换器，用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号；

播放器，用于将所述模拟音频信号转换为声音信息。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述数字扩展器包括：

第二数字可变增益放大器，连接在所述数字解调器和所述数字模拟转换器之间，用于根据预设增益，放大所述数字音频信号；

第二数字整流器，一端与所述第二数字可变增益放大器连接，另一端连接在所述第二数字可变增益放大器和所述数字解调器之间，用于对解调得到的数字音频信号进行整流处理；

所述第二数字可变增益放大器还用于根据整流处理后的数字音频信号，控制所述预设增益。

7.根据权利要求5或6所述设备，其特征在于，所述数字扩展器具体为基于CMOS工艺的数字扩展器。

8.一种用于发射音频信号的方法，其特征在于，包括：

将模拟音频信号转换为数字音频信号；

在数字压缩器中压缩所述数字音频信号的动态范围；

将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号；

发射所述无线通信信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将模拟音频信号转换为数字音频信号之前还包括：将声音信息转换为所述模拟音频信号。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述压缩所述数字音频信号的动态范围包括：

根据预设增益，放大所述数字音频信号；

对放大后的数字音频信号进行整流处理；

根据整流处理后的数字音频信号，控制所述预设增益。

11.一种用于接收音频信号的方法，其特征在于，包括：

接收无线通信信号；

将所述无线通信信号解调为数字音频信号；

在数字扩展器中扩展所述数字音频信号的动态范围；

将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号；

将所述模拟音频信号转换为声音信息。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述扩展所述数字音频信号的动态范围包括：

根据预设增益，放大所述数字音频信号；

对解调得到的数字音频信号进行整流处理；

根据整流处理后的数字音频信号，控制所述预设增益。

13.一种无线音频通信系统，其特征在于，包括：

音频发射设备，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，在数字压缩器中压缩所述数字音频信号的动态范围，将压缩后的数字音频信号调制为无线通信信号，发射所述无线通信信号；

音频接收设备，用于接收所述无线通信信号，将所述无线通信信号解调为数字音频信号，在数字扩展器中扩展所述数字音频信号的动态范围，将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号，将所述模拟音频信号转换为声音信息。

Images