CN102740411A

CN102740411A - 一种基于wifi无线网络的无线麦克风系统

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Publication number: CN102740411A
Application number: CN2012101879661A
Authority: CN
Inventors: 张巍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: CN102740411B

Abstract

本发明公开了一种基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，连接于网络音频接收器，其中，所述无线麦克风系统包括：用于对所述无线麦克风系统进行供电的供电模块、用于对所述无线麦克风系统进行管理和控制的管理与控制模块、WIFI无线网络接口、用于采集音频数据的拾音器系统和用于播放音频数据的扬声器系统，所述控制与管理模块分别连接供电系统、WIFI无线网络接口，拾音器系统和扬声器系统。本发明由于采用了WIFI无线网络取代了传统无线麦克风的模拟或者数字无线传输方式，使得无线管理更加方便有效，麦克风音质也更加清晰稳定，另外本发明使用两个不同工作频段的WIFI无线网卡从而避免了电磁信号对无线网卡的干扰。

Description

一种基于WIFI无线网络的无线麦克风系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种基于WIFI无线网络的无线麦克风系统。

背景技术

公知的无线麦克风，通常有采用无线传输模拟音频信号和采用无线传输数字音频信号两种。随着数字化技术的普及，采用无线传输模拟音频信号的无线麦克风已经越来越少，大多无线麦克风都使用了数字音频技术，以提高音频的质量和无线的稳定性。但是现在无线麦克风采用的无线数字传输技术，有两个比较大的问题，一是无线频段匹配和冲突的问题；二是传输距离有限的问题。无线频段匹配和冲突的问题，是因为目前无线麦克风使用的都是独立的无线通讯模块，没有协同频段的协议，所以必须人工匹配（俗称无线对码）才能相互通讯。而当系统中具有多个无线麦克风时，也必须人工规划频段，避免多个无线麦克风相互干扰。传输距离则是每个无线系统都固有的问题，不再赘述。

发明内容

本发明的目的在于提供基于WIFI无线网络的无线麦克风系统。以解决现有技术中的无线麦克风频段管理复杂，传输距离有限，协同工作能力很低的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，连接于网络音频接收器，其中，所述无线麦克风系统包括：用于对所述无线麦克风系统进行供电的供电模块、用于对所述无线麦克风系统进行管理和控制的管理与控制模块、WIFI无线网络接口、用于采集音频数据的拾音器系统和用于播放音频数据的扬声器系统，所述控制与管理模块分别连接供电系统、WIFI无线网络接口，拾音器系统和扬声器系统。

所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其中，所述WIFI无线网络接口具有两个工作频段不同的WIFI无线网卡。

所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其中，所述管理与控制模块采用嵌入式LINUX操作系统，并内置支持AJAX的WEB服务器以对所述无线麦克风系统进行远程配置和管理。

所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其中，所述WIFI无线网卡具有三个工作状态：上电或未播音状态、播音状态及休眠状态，所述WIFI无线网卡的工作状态通过无线网络管理程序进行控制、检测及管理；

在上电或未播音状态下，所述WIFI无线网卡定时扫描WIFI无线网络，并连接当前环境下信号强的WIFI无线网络；

在播音状态下，所述WIFI无线网卡在WIFI无线网络信号达到预定指标情况下，两个WIFI无线网卡进入轮换工作状态：轮换使用WIFI无线网络信号好的WIFI无线网卡；

在休眠状态下，自动关闭所述WIFI无线网卡。

所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其中，所述管理与控制模块采用SOC处理器。

所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其中，所述SOC处理器的芯片为JZ4760B芯片。

所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其中，所述JZ4760B芯片设置有一音频CODEC，所述音频CODEC的麦克风输入端连接一麦克风传感器，所述JZ4760B芯片将所述麦克风传感器拾取到的模拟音频信号数字化，分割成预定时间间隔的音频数据帧，并对音频数据帧进行无损压缩处理生成音频数据包，赋予音频数据包一个特征码。

所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其中，所述供电系统为可充电聚合物锂电池。

有益效果：本发明基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，因为使用了成熟的WIFI无线网络技术作为音频的传输媒介，使得无线麦克风再无需进行人工频段匹配和冲突管理；同时通过WIFI无线网络的易扩展性，也极大地扩大了无线麦克风的传输距离。同时，由于管理和控制模块采用SOC处理器，具有很强的处理能力，可以针对音频的状态，用户的使用状态，以及无线网络状态，灵活地管理系统的状态，以达到高能效，高可靠性的目的。由于SOC处理器的处理能力达到了千MIPS这个级别，之前需要独立的数字音频处理器的场合，也可以将处理器作为软模块直接添加到无线麦克风系统中即可。

附图说明

图1为本发明基于WIFI无线网络的无线麦克风系统的结构框图。

图2本发明的WIFI无线网卡状态图。

图3为本发明的音频数据采集和处理、发送流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。

在目前的无线通讯系统中，有多种可以成系统协同使用的无线协议，目前使用民用频率并易于开发和使用的，一个是我们耳熟能详的WIFI无线网络，一个是用于物联网的ZIGBEE无线网络。考虑到音频数据的流量，和无线网络设备的可获得性，在本发明中选用WIFI无线网络作为音频传输的媒介。WIFI无线网络具备成熟的无线频段管理协议，多个WIFI无线网络设备无须用户干预就可以正常可靠地协同工作；同时WIFI无线网络可以方便地与其它网络连接，例如我们常用的有线局域网络，因而在无线不能或不宜覆盖的区域，可以选择使用其它网络作为传输媒介。因而，采用WIFI无线网络的无线麦克风比较传统的无线麦克风具有使用更便捷、传输距离更长的优点。

下面结合附图对本发明基于WIFI无线网络的无线麦克风系统进行详细的描述。

请参阅图1，其为本发明基于WIFI无线网络的无线麦克风系统结构框图。如图所示，所述无线麦克风系统包括：供电系统200、管理与控制模块100、WIFI无线网络接口300、拾音器系统400和扬声器系统500，所述管理与控制模块100分别连接供电系统200、WIFI无线网络接口300、拾音器系统400和扬声器系统500。

具体来说，所述供电系统200用于为整个无线麦克风系统提供电力供应，保证无线麦克风具备足够的续航时间。所述拾音器系统400用于采集音频数据，所述扬声器系统用于播放音频数据。

所述管理与控制模块100为本发明的无线麦克风系统的核心，其采用SOC（系统级芯片）处理器，具体可选用JZ4760B芯片作为中央处理器，并配备了256MB的工作内存，采用NAND存储器作为非易失存储器，提供了多个USB和SDIO（SD外设接口）接口来与外部设备连接。因为JZ4760B内部具有一个音频CODEC（编译码器），具备最高24BIT，96KHZ的采样能力，在通常的音质要求下，不需要额外配置外部音频CODEC。在所述音频CODEC的麦克风输入端连接一麦克风传感器，并由音频CODEC提供给所述麦克风传感器一个偏置电压，麦克风传感器拾取到的模拟音频信号就进入了JZ4760B，并按要求进行数字化，分割成预定时间间隔的音频数据帧，并对音频数据帧进行无损压缩处理生成音频数据包，赋予音频数据包一个特征码。在本发明中使用了44.1KHZ，16BIT的采样方式，这个音频质量已经能够满足很高的音质要求了。

JZ4760B通过WIFI无线网络接口例如USB接口连接WIFI无线网卡，可设置两个USB接口，每个USB接口各连接一个WIFI无线网卡。对于WIFI无线网卡的控制、状态检测和管理，可通过wpa_supplicant（无线网络管理程序）接口进行，它可以方便地控制WIFI无线网卡的工作状态，扫描无线AP等。这样两个可以完全独立工作的WIFI无线网卡，可以多种方式协同工作，例如设计一个WIFI无线网卡工作于2.4G ISM（Industrial Scientific Medical，工业科学医学）频段，而另一个WIFI无线网卡工作于5G ISM频段。所述JZ4760B芯片将所述麦克风传感器拾取到的模拟音频信号数字化，分割成预定时间间隔的音频数据帧，并对音频数据帧进行无损压缩处理生成音频数据包，赋予音频数据包一个特征码，音频数据包及相应的特征码完全一致的网络封包，会向网络音频接收器各发送一份。也就是说，每一个音频数据封包后，网络状态良好时，网络音频接收器会接收内容完全一样的两个音频数据包，只是不同音频数据包的头部标识来自无线麦克风系统的不同WIFI无线网卡，而特征码完全相同的音频数据包，网络音频接收器只需保留一个。因为网络音频接收器的CODEC需要和无线麦克风系统同等速度的音频数据流，如果数据流速度过低，可以检测到网络通讯的延时；第二，因为特征码的低8位是一个连续的8BIT整数，所以通过这个8BIT的整数，网络音频接收器也能够确定是否存在数据包丢失；第三，在至少有一路音频数据流正常的情况下，它可以对比两个通道的通讯状态，在预定时间间隔不断地将两个通道的通讯状态回报给无线麦克风系统。

如图2所示，两个WIFI无线网卡分别为WIFI网卡一和WIFI网卡二，WIFI无线网卡在上电或未播音状态时，因为没有严苛的数据通讯要求，会定时扫描无线网络AP（即WIFI无线网络），以连接当前环境下信号最强的WIFI无线网络AP。当进入播音状态后，两个WIFI无线网卡同时开始发送音频数据包至网络音频接收器，如果从网络音频接收器得到的响应，两个网络通道的通讯状态在达到预定指标即都足够好的情况下，则进入轮换工作状态。轮换工作状态下，两个WIFI无线网卡会在用户指定的扫描间隔，定期去扫描当前环境的无线网络AP，发现有信号更强的无线网络AP则进行切换。而当发现其中一个WIFI无线网卡通讯质量不高时，信号正常的WIFI无线网卡进入连续工作状态，信号不能满足通讯需求的无WIFI线网卡会持续扫描无线网络AP，直到找到信号满意的无线网络AP。如果经过指定时间（可由用户设定）仍然不能获得信号满意的无线网络AP，则向用户提示网络有异常。因为两个WIFI无线网卡轮换工作，所以不会对音频数据通讯造成干扰，而同时轮换工作可以方便WIFI无线网卡自动适应变化的网络环境。在WIFI无线网卡进入休眠状态时，例如用户长时间未操作的情况下，可关闭WIFI无线网卡，以节省能源。

这样的设计解决了WIFI无线网络的固有问题，一是无线麦克风系统的易受干扰问题，无线麦克风系统易于收到其它电磁信号的干扰，但是电磁干扰的频谱能量一般相对集中，同时将这个两个WIFI无线网卡的频段都干扰的可能性很低；二是实现了无线麦克风系统在播音过程中的自动漫游，特别是极大降低了当前WIFI无线网络协议中存在的误丢包漏洞对音频应用的影响，使得本发明基于WIFI无线网络的无线麦克风系统具有实际可用性。

所述管理与控制模块100采用了嵌入式LINUX操作系统，音频处理接口则使用了ALSA（LINUX声音架构）。如图3所示，麦克风传感器将电信号发送至音频CODEC并进行数字化处理，音频CODEC将数字化音频发送至ALSA，当采集到的音频数据满足设定的数量时，例如设定256个音频采样数据为一帧，ALSA会通知管理与控制模块100数据采集完毕，在本发明的无线麦克风系统中还内设有一无线麦克风系统应用程序用于对音频数据进行处理、无损压缩、求取特征码、封装音频数据网络封包等操作，该无线麦克风系统应用程序会提取对应的音频数据，并使用无损压缩的算法对这256个音频数据进行压缩获得音频数据包，并发送至网络音频接收器。

压缩完成后，音频数据包的长度是根据音频数据内容而变化的。因此可同时赋予每一个无线麦克风系统一个32BIT长度的唯一识别码。音频数据采集的时间可使用音频数据包的序号，也就是开始播音的第一个音频数据包序号为零，后续每获得一个新的音频数据包，这个序号增加一。音频数据包序号使用了32BIT的数据长度。使用FNV-1A的散列算法提取上述数据的特征码，代码如下：

unsigned long fnv_32a_buf(unsigned char *buf, size_t len,

unsigned long dataSer,

unsigned long hval) {

unsigned char *bp;

//计算麦克风识别码

bp = (unsigned char *)&MACHINE_ID;

for(int i=0; i<4; i++) {

hval ^= (unsigned char)*bp++;

hval += (hval<<1) + (hval<<4) + (hval<<7) + (hval<<8) + (hval<<24);

}

//计算音频数据包序号

bp = (unsigned char *)& dataSer;

for(int i=0; i<4; i++) {

hval ^= (unsigned char)*bp++;

hval += (hval<<1) + (hval<<4) + (hval<<7) + (hval<<8) + (hval<<24);

}

//计算压缩后的音频数据

bp = buf;

for (int i=0; i<len ; i++) {

hval ^= (unsigned char)*bp++;

hval += (hval<<1) + (hval<<4) + (hval<<7) + (hval<<8) + (hval<<24);

}

//返回计算得到的32BIT散列值，作为数据包的特征码

//高24位对应散列码，低8位是音频数据包序号的低8位

return (hval&0xffffff00)|(dataSer&0xff);

}

因为JZ4760B内部集成了GPU和LCD驱动接口，我们可以采用3.5-7寸的LCD液晶屏配合电阻触摸屏使用的显示模块，提供本地用户一个美观友好的操作界面。在显示模块中，提供了实时的音频数据图形显示，无线网络信号状态显示，以及电池电量显示等。因为具有便于操作的界面，用户可以方便地选择网络音频接收器，开始和停止播放，以及调节音量和调节音频效果处理方式。

为了方便用户进行远程配置，以及对多个麦克风进行统一管理。可在无线麦克风系统中内置一嵌入式WEB服务器，它通过JSON（JavaScript Object Notation，数据交换格式）协议与客户端浏览器进行数据交换，以实现基于AJAX（Asynchronous JavaScript and XML，网页开发技术）的客户端程序。客户端浏览器中只要指定URL为/JSON开始的请求，嵌入式WEB服务器都认为那是一个JSON请求，并解析后续的JSON字符串，来完成客户端浏览器的数据操作请求。例如，/JSON/READ，对这个URL进行操作会进行一个读取数据对象的操作；/JSON/WRITE，对这个URL进行操作会进行一个保存数据对象的操作；/JSON/UPDATE，则会更新一个数据对象；/JSON/DELETE，会删除一个数据对象。由于嵌入式WEB服务器支持JSON数据通讯，使用成熟的JQUERY（Javascrīpt框架）来提供给用户一个非常友好并且功能强大的UI界面，可以如同本地操作一样通过WEB浏览器来远程操作无线麦克风系统，这对于例如会场这样需要很多麦克风的场合，极大地方便了管理人员的管理。

进一步地，所述供电系统200使用3.7V聚合物可充电锂电池，并采用外置充电器进行充电。无线麦克风系统的供电系统200可由无线麦克风系统应用程序智能管理，当用户在触摸屏有操作时，打开LCD液晶屏的背光，并设置两个WIFI无线网卡进入工作状态。当超过触摸屏空闲时间（这个时间由用户设定，例如30秒钟）用户即没有进行播音操作，也没有进行触摸屏操作时，无线麦克风系统应用程序会关闭LCD液晶屏的背光。如果触摸屏空闲状态下，用户依然没有任何操作，超过设备空闲时间（这个时间也由用户设定），无线网络麦克风应用程序会关闭无线信号较差的那个WIFI无线网卡。当设备空闲状态达到一定时间后，无线麦克风系统应用程序会关闭所有网卡，并进入休眠状态。进入休眠状态后，触摸屏操作不再响应，而要通过短按无线麦克风的电源键，才能唤醒设备。

综上所述，本发明由于采用了WIFI无线网络作为传输数字音频的媒介，简化了无线的管理和应用，同时采用了不同频段的两个互为备份的无线网卡，也极大地提高了无线传输的稳定性和可靠性。因为WIFI无线网络具有成熟可靠的频段管理协议，多个无线麦克风同时工作，无需用户为了无线频段的分配而烦恼；因为WIFI无线网络可以十分简便地实现无线桥接，以及与有线网络整合，所以长距离的传输，也不再会如传统无线麦克风那样受限于无线麦克风与无线接收机的距离，这样传输范围也极大地扩展了。由于使用了SOC处理器，智能的电源管理也提供了更高的能效，增加了无线麦克风的续航时间，方便了进行电源管理、音频管理和处理，以及最优化的无线管理，以提供更高的能效、性能和稳定性。随着WIFI无线网络的日益普及，基于WIFI无线网络的无线麦克风也将得到广泛的普及和应用。另外，WIFI无线网络在国内外都得到了大力的推广，许多城市完成WIFI无线网络的城市级别覆盖，也为WIFI无线网络无线麦克风系统的可用性提供了保证，而嵌入式系统提供的多种丰富操作方式，也使得WIFI无线网络无线麦克风十分易用，因而其具有很好的市场推广性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，连接于网络音频接收器，其特征在于，所述无线麦克风系统包括：用于对所述无线麦克风系统进行供电的供电模块、用于对所述无线麦克风系统进行管理和控制的管理与控制模块、WIFI无线网络接口、用于采集音频数据的拾音器系统和用于播放音频数据的扬声器系统，所述控制与管理模块分别连接供电系统、WIFI无线网络接口，拾音器系统和扬声器系统。

2.根据权利要求1所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其特征在于，所述WIFI无线网络接口具有两个工作频段不同的WIFI无线网卡。

3.根据权利要求1所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其特征在于，所述管理与控制模块采用嵌入式LINUX操作系统，并内置支持AJAX的WEB服务器以对所述无线麦克风系统进行远程配置和管理。

4.根据权利要求2所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其特征在于，所述WIFI无线网卡具有三个工作状态：上电或未播音状态、播音状态及休眠状态，所述WIFI无线网卡的工作状态通过无线网络管理程序进行控制、检测及管理；

在休眠状态下，自动关闭所述WIFI无线网卡。

5.根据权利要求1所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其特征在于，所述管理与控制模块采用SOC处理器。

6.根据权利要求5所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其特征在于，所述SOC处理器的芯片为JZ4760B芯片。

7.根据权利要求6所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其特征在于，所述JZ4760B芯片设置有一音频CODEC，所述音频CODEC的麦克风输入端连接一麦克风传感器，所述JZ4760B芯片将所述麦克风传感器拾取到的模拟音频信号数字化，分割成预定时间间隔的音频数据帧，并对音频数据帧进行无损压缩处理生成音频数据包，赋予音频数据包一个特征码。

8.根据权利要求1所述基于WIFI无线网络的无线麦克风系统，其特征在于，所述供电系统为可充电聚合物锂电池。