CN103563400A

CN103563400A - 无线声传输系统和方法

Info

Publication number: CN103563400A
Application number: CN201180071326.8A
Authority: CN
Inventors: A·埃尔-霍伊迪; M·塞卡利
Original assignee: Phonak AG
Current assignee: Sonova Holding AG
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: US9681236B2; US20170245067A1; US20140056451A1; US9826321B2; EP2692152A1; CN103563400B; EP2692152B1; DK2692152T3; WO2012130297A1

Abstract

本发明涉及一种用于向至少一个用户（13）提供声音的方法，包括：从音频信号源（17）向包括数字发射机（28）的发射单元（10）供应音频信号（52），用于应用数字调制方案；压缩所述音频信号以产生压缩的音频数据（51，51A，51B，51C）；经由数字无线链路（12）从所述发射单元向包括至少一个数字接收机（61）的至少一个接收机单元（14，14A，14C）发射压缩的音频数据；对所述压缩的音频数据解压以产生解压的音频信号（54）；以及根据从所述接收机单元供应的解压音频信号刺激用户的听觉；其中在特定时间期间内，中断压缩音频数据的传输，以便于经由数字无线链路经由数字无线链路传输所述发射单元产生的至少一个控制数据块（50），从而由控制数据块传输替代该音频数据传输，由此暂时中断所接收压缩音频数据的流动，每个控制数据块包括被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记以及被用于控制所述接收机单元的命令。

Description

无线声传输系统和方法

本发明涉及将声音提供给至少一名用户的系统和方法，其中，来自音频信号源（例如，捕获讲话者声音的麦克风）的音频信号通过无线链路被传输到接收机单元（例如，用于助听的音频接收机），从这里将音频信号供应到用于刺激用户听觉的装置，例如助听器扬声器。

通常，无线麦克风用于教室中老师为听力受损学生上课（其中，老师的无线麦克风捕获到的音频信号被传输到正在听课的听力受损学生佩带的多个接收机单元），或者用于几个人向一个听力受损人士讲话的情境（例如，在专业会议中，其中为每个演讲者都提供了无线麦克风，听力受损人士就可以通过接收机单元从所有无线麦克风接收音频信号）。另一个例子是在音频旅游指导中，其中导游使用无线麦克风。

无线音频系统的另一典型应用是将发射单元设计成辅助听力装置的情况。在这种情况下，发射单元可以包括特别从离用户比较近的演讲者接收环境声音的无线麦克风，和/或通往外部音频装置的网关，例如，移动电话；这里，发射单元通常仅用于用户佩带的接收机单元提供无线音频信号。

通常，无线音频链路是工作在200MHz频带中的的FM（调频）无线电链路。EP1864320A1和WO2008/138365A1中描述了模拟无线FM系统，尤其是适合于学校应用的无线FM系统的范例。

在最近的系统中，采用数字调制技术取代了模拟FM传输技术进行音频信号传输，它们中的大部分都工作于先前200MHz频带之外的其他频带。

US2005/0195996A1涉及一种听力辅助系统，包括由不同讲话者佩带的多个无线麦克风以及佩带于讲话者颈部周围一圈的接收机单元，声音由连接到接收机单元的头戴耳机产生，其中利用扩展频谱数字信号将音频信号从麦克风传输到接收机单元。接收机单元控制数据的传输，还通过经由无线链路发送相应的控制信号来控制每个发射单元中应用的前置放大增益电平。

WO2008/098590A1涉及一种听力辅助系统，包括具有至少两个间隔开的麦克风的发射单元，其中独立的音频信号信道专用于每个麦克风，且其中用户在两耳佩带的两个接收机单元中的至少一个能够接收两个信道并通过考虑两个信道在耳朵水平执行音频信号处理，例如声束形成。

在无线数字声音传输系统中，不仅要传输音频数据，而且要传输控制数据，例如，用于控制音频信号的回放音量，配置装置的操作模式，查询装置的电池状态等。与仅仅传输音频数据相比，传输这样的控制数据导致系统电流消耗的开销和/或延迟，这些应当被最小化。

已知有一些方法用于同时传输音频数据和控制数据。图11A到11D中示出了这种同时传输的基本类型的示意图。

通常，可以在“带外”或“带内“进行控制数据的传输。在当前上下文中，“带外”表示为音频数据传输和控制数据传输使用不同的逻辑通信信道，即，在独立的数字流中传输音频和控制数据。例如，这样的技术用于移动和固定电话网络中。“带内”表示将控制数据以某种方式与音频数据组合再加以传输。在音频信号的数字传输中，通常在传输之前利用适当的音频编解码器压缩由模数转换器提供的音频数据。可以逐个样本地，即作为实质连续流，或在样本分组中传输所得的压缩音频数据流。

图11D示出了如何可以将控制数据以带内方式插入逐样本传输的音频流中的一种方式。在图11D中所示的范例中，在压缩之前将控制信息增加到音频信号流52或与之混合，其中可以由可听DTMF信号（例如参见ITU建议G.23）表示控制信息，或者可以利用不可听扩展频谱技术（例如参见US2008/0267390A1）将控制信息插入音频带中。控制信息和音频信息的混合物49然后进行压缩，之后被发射。

图11A中示出了用于逐样本音频传输的带内控制数据传输的另一已知范例，其中在压缩的音频数据流中将控制数据比特与音频数据比特交织，由此形成组合数据流55。例如，每个八位位组中一个或两个最低有效音频比特可以由控制数据比特构成，例如参见ITU建议G.722、G.725和H.221，这些标准用于电话网络中。

图11B中示出了用于基于分组的音频数据传输的带内控制数据传输的类似原理，其中在每个音频数据分组中保留控制字段用于在公共分组55A、55B、55C中与音频数据一起传输控制数据，例如参见WO2007/045081A1，其涉及从无线麦克风向多个听力器械传输无线音频信号。

在图11C中，示出了带外控制数据传输的范例，其中将控制数据作为独立于音频数据分组51A、51B、51C的专用控制数据分组50传输。US2006/0026293A1中描述了这种数据传输的范例。这样的方法也用于头戴送受话器分布型的蓝牙标准中，其中与分配给音频数据的时隙（使用SCO链路）不同的时隙（使用ACL链路）中传输控制数据。

任何这种组合的音频和控制数据传输方法或者在控制命令的传输中引入大的延迟，或者在为控制流量保留的比特率方面引入大的开销，该开销被转换成功耗开销。

本发明的目的是提供一种数字声音传输方法和系统，其中实现控制数据传输，使得控制数据传输中的功耗开销和延迟都被最小化。

根据本发明，这个目的分别是由权利要求1、15中定义的方法以及权利要求20和21中定义的系统实现的。

本发明的益处在于，通过由控制数据块替代音频数据的一部分，可以使命令传输中的延迟保持很小（例如，与图11A中所示的交织控制数据传输相比），同时不需要因传输控制数据造成的功耗开销，每个控制数据块包括被接收机单元识别为控制数据块的标记以及被用于控制接收机单元的命令。为了至少部分补偿控制数据对音频数据一部分的替代，优选采取动作来掩蔽所接收音频数据的暂时缺失，例如产生掩蔽输出音频信号，例如蜂鸣信号，使接收机单元的音频信号输出静音或向接收的压缩音频数据分组应用分组损失隐蔽外插算法。在权利要求15和21中所述的方法中，包括冗余的音频数据分组传输，可以使用被控制数据分组替代的音频数据分组冗余副本来掩蔽所接收音频数据的暂时缺失。

在从属权利要求中界定了本发明的优选实施例。

在下文中，将参考附图例示本发明的范例，其中：

图1是能够用于根据本发明的系统的音频部件示意图；

图2到4是根据本发明的系统各种范例的使用的示意图；

图5是要用于本发明的发射单元范例的方框图；

图6是要用于本发明的接收机单元范例的方框图；

图7是本发明数字链路的TDMA帧结构的范例；

图8是用于根据本发明的系统中的数字链路协议范例的图示；

图9是根据本发明的系统中的接收机单元如何侦听经由数字音频链路传输的信号的范例图示；

图10是用于根据本发明的系统的几个接收机的辅助侦听应用范例中的数字音频链路协议范例的图示；

图11A到11D是根据现有技术的组合式音频数据/控制数据传输范例的图示；

图12是控制数据传输所需开销相对于控制数据传输的延迟的图示，其中将本发明与根据现有技术的方法比较；

图13到16是根据本发明的组合式音频数据和控制数据传输原理的范例；以及

图17示出了用于操控图16方法中的控制数据的算法。

在图12中，相对于控制数据传输的延迟，示出了在根据图11A到11C的现有技术方法中，控制数据传输所需的（功耗中的）开销的一些范例。从图12中可以看出，在开销和延迟之间有一种折中关系，即实现小延迟的实施方式需要大的开销，反之亦然。在下文中，将更详细地解释图12的曲线。

首先，将分析使用与音频数据比特交织的控制数据比特的图11A的方法。假设必须要传输比特率为D_A的音频流，并且每k比特音频增加一个比特的控制。那么，组合式音频/控制信道的总比特率为

系统的控制信道开销由下式给出

D_{C} = D_{AC} - D_{A} = D_{A} (\frac{k + 1}{k} - 1) = \frac{D_{A}}{k}

控制信道导致的开销将被计算成控制比特率和音频比特率之间的比例O₁=D_C/D_A。

控制消息是从起始帧定界符（例如大小为一个字节）开始，继之以命令数据（例如大小为最小2个字节），并终止于CRC（大小为最小16比特）的分组。这样给出了大小为5字节的控制帧。通过控制信道获得这种消息的延迟是

T_{1} = \frac{5 \cdot 8}{D_{C}}

图12中给出了这种方法1的开销与延迟曲线。在使用G.722编解码器时，指定的元数据潜在模式是在使用56kbps音频比特率时每7比特音频数据增加1比特控制数据（G.722模式2）或在使用48kbps音频比特率时每6比特音频数据增加2比特控制数据（G.722模式3）。在图12中利用标记1-2和1-3将这两个操作点示为圆。这些工作点引入了5ms和2.5ms的低迟延，但引入了14%和33%的高开销。

接下来，将分析利用音频数据分组中专用控制字段中控制数据的传输的图11B方法。令N_A=256为分组中音频比特的数量，N_C为控制比特的数量，而N_O=60为开销比特的数量（包括20比特的接收机等待传输开始的防护时间，3直接的地址和2字节的CRC）。

所得的总比特率为

D_{AC} = \frac{N_{A} + N_{C} + N_{O}}{T_{A}},

其中T_A=4ms是音频分组之间的间隔。

将开销计算为为控制保留的比特数量除以音频和基础开销比特数量的比例：

O_{2} = \frac{N_{C}}{N_{A} + N_{O}}

对于方法1而言，考虑5字节的控制帧大小，包括一个字节的开始帧划界符，2个字节的命令和2个字节的CRC。将延迟计算为传输5字节的控制帧所需的4ms周期数量：

在控制比特的数量N_C等于控制消息大小时，延迟变为最小T₂=T_A。

图12中给出了这种方法的开销与延迟曲线。

如果在模式2中使用G.722标准，如果音频分组之间的间隔保持为4ms，那么音频比特数量变为N_A=224。如果音频分组限于256比特，这将为控制信息留下32比特。在这种情况下延迟将是4ms，因为可以在单个音频分组中传输2字节的命令和2字节的CRC。不需要开始帧划界符，因为在这种情况下，不在几个音频分组上分割控制帧。在这种情况下开销为

在图12中将这个操作点用标记2-2示为圆。

最后，将分析使用与音频数据分组独立的专用控制数据分组的图11C方法。专用控制分组的尺寸在无线电开销比特N_O=60和控制消息（无开始帧划界符）大小N_C=32的最小值。开销（在耳朵高度的接收机上）和延迟取决于接收控制分组的时间。令T_C为控制分组接收期间。开销是接收控制分组的功率和接收音频分组所需功率之间的比例：

O_{3} = \frac{(N_{O} + N_{C}) / T_{C}}{(N_{O} + N_{A}) / T_{A}}

这种方法的（最大）延迟是信标接收之间的间隔

T₃=T_C

图12中给出了这种方法的开销与延迟曲线。在图12中由标记为3-128的圆表示T_C=128ms的操作点。

本发明涉及一种用于向至少一个用户提供听力辅助的系统，其中利用包括数字发射机的发射单元从音频信号源，经由无线数字链路向至少一个接收机单元发射音频信号，从接收机单元将音频信号供应给用于刺激用户听觉的模块，通常为扬声器，其中要经由数字链路传输控制数据，从而避免图11A到11D的现有技术方法中涉及的控制命令传输中的延迟与引入大功耗开销之间的折中关系。

如图1所示，发射侧使用的装置可以是例如由听众房间中的讲话者使用的无线麦克风；具有集成的或电缆连接的麦克风的音频发射机，由教室中的教师用于听力受损的学生；音响报警系统，像门铃、火警或婴孩监视器；音频或视频播放机；电视装置；电话装置；通往像移动电话、音乐播放器的音频源的网关等。发射装置包括身体佩带的装置以及固定装置。接收机侧的装置包括头戴耳机、各种助听器、耳机，例如演播室应用中的提示装置或隐蔽通信系统，以及扬声器系统。接收机装置可以用于听力受损的人士或听力正常的人士。而且在接收机一侧可以使用网关，其将经由数字链路接收的音频信号中继到包括刺激模块的另一装置。

该系统可以包括发射侧上的多个装置和接收机侧的多个装置，用于实现通常为主从拓扑结构的网络架构。

发射单元通常包括或连接到用于俘获音频信号的麦克风，其通常由用户佩带，用户的语音通过无线音频链路传输到接收机单元。

接收机单元通常经由音频靴连接到助听器或集成于助听器之内。

除了音频信号之外，在发射单元和接收机单元之间还双向传输控制数据。这样的控制数据可以包括，例如音量控制或关于接收机单元或连接到接收机单元的装置的状态的查询（例如电池状态和参数设置）。

在图2中，示意性地示出了典型的使用情况，其中教师11在教室中使用包括麦克风17的身体佩带发射单元10，经由数字链路12向多个接收机单元14发射对应于教室语音的音频信号，接收机单元14集成于听力受损学生佩带的助听器16中或连接到其上。数字链路12还用于在发射单元10和接收机单元14之间交换控制数据。典型地，在广播模式中使用发射单元10，即，向所有接收机单元14发送相同的信号。

图3中示出了另一种典型使用情况，其中由佩带接收机单元14的听力受损人士使用具有集成麦克风的传输10，接收机单元14连接到或集成于助听器16中，用于俘获向该人13讲话的人11的语音。经由数字链路12向接收机单元14传输俘获的音频信号。

图4中示出了图3使用情况的修改，其中将发射单元10用作中继，以将从远程发射单元110接收的音频信号中继到听力受损人士13的接收机单元14。远程发射单元110由讲话者11佩带，包括用于俘获讲话者11语音的麦克风，由此充当伴随麦克风。

根据图2到4中所示实施例的变体，可以将接收机单元14设计成颈部佩带的装置，包括用于经由感应链路向耳朵佩带的装置，例如助听器发射所接收音频信号的发射机。

发射单元10、110可以包括用于连接到音频装置的音频输入，音频装置例如是移动电话、FM收音机、音乐播放机、电话或TV装置，作为外部音频信号源。

在这样的使用情况的每种中，发射单元10通常包括音频信号处理单元（图2到4中未示出），用于在发射音频信号之前处理由麦克风俘获的音频信号。

图5中示出了发射单元10的范例，其包括用于从相应讲话者11的语音俘获音频信号的麦克风装置17，用于处理所俘获音频信号的音频信号处理单元20，用于将处理过的音频信号作为音频数据分组构成的音频流19而发射的数字发射机28和天线30。如现有技术中公知的，音频信号处理单元20使用适当的音频编解码器压缩音频数据。压缩的音频流19形成发射单元10和接收机单元14之间建立的数字音频链路12的一部分，该链路还用于在发射单元10和接收机单元14之间交换控制数据分组，这样的控制数据分组作为块被插入音频数据中，如下文将结合图13到16更详细所述。发射单元10可以包括额外的部件，例如语音活动检测器（VAD）24。可以由22处表示的数字信号处理器（DSP）实现音频信号处理单元20和这样的额外部件。此外，发射单元10还可以包括作用于DSP22和发射机28上的微控制器26。在DSP22能够接管微控制器26的功能的情况下，可以省略微控制器26。优选地，麦克风装置17包括至少两个间隔开的麦克风17A、17B，可以在音频信号处理单元20中使用其音频信号进行声学波束形成，以便提供具有指向特性的麦克风装置17。

VAD24使用来自麦克风装置17的音频信号作为输入，以便判断使用相应发射单元10的人11何时讲话。VAD24可以向微控制器26提供对应的控制输出信号，例如，以便在未检测到任何语音期间让发射机28睡眠，并在检测到语音活动期间唤醒发射机28。此外，可以产生与VAD24的输出信号对应的控制命令并经由无线链路12发射，以便在发射单元10的用户11不讲话时，令接收机单元14静音或节省功率。为此，提供单元32，其用于产生包括来自处理单元20的音频信号和VAD24产生的控制数据的数字信号，该数字信号被供应给发射机28。单元32用于用控制数据块替代音频数据，如下文将参考图13到16更详细所述。除了VAD24之外，发射单元10可以包括环境噪声估计单元（图2中未示出），用于估计环境噪声水平并产生对应的输出信号，可以将输出信号供应给单元32，以经由无线链路12传输。

根据一个实施例，发射单元10可以适于由相应讲话者11在讲话者颈部下方佩带，例如是佩带式麦克风或衬衫衣领麦克风。

图6中示出了数字接收机单元14的范例，根据图6，天线装置38连接到包括解调器58和缓存59的数字收发器61。经由数字链路12传输的信号被天线38接收，并在数字无线电接收机61中被解调。经由缓存59向充当处理单元的DSP74供应已解调信号，处理单元将信号分离成音频信号和控制数据，提供处理单元以根据控制数据提供的信息对音频信号进行高级处理，例如均衡。在数字到模拟转换之后，将处理过的音频信号供应给可变增益放大器62，其通过应用经由数字链路12接收的控制数据控制的增益，放大音频信号。放大的音频信号被供应给助听器64。接收机单元14还包括用于DSP74的存储器76。

并非向助听器的音频输入供应由可变增益放大器62放大的音频信号，接收机单元14可以包括功率放大器78，功率放大器78可以由手动音量控制器80控制并向扬声器82供应经功率放大的音频信号，扬声器82可以是集成于接收机单元14中或连接到接收机单元14的耳朵佩带的元件。也可以通过向接收机单元14发射对应的控制命令，由发射单元10远程进行音量控制。

接收机的另一替代实施方式可以是颈部佩带的具有发射机84的装置，用于经由磁感应链路86（模拟或数字的）向助听器64（如图6中的虚线所示）发射接收的信号。

通常，微控制器24的作用也可以由DSP22接管。而且，信号传输可以限于纯粹的音频信号，不增加控制和命令数据。

将参考图7到10论述数字链路12的协议的细节。用于数字链路12的典型载频是865MHz、915MHz和2.45GHz，其中优选后面的频带。数字调制方案的范例是PSK/FSK、ASK或组合式幅度和相位调制，例如QPSK，及其变体（例如GFSK）。

用于对音频数据编码的优选编解码器是子带ADPCM（自适应微分脉冲编码调制）。

此外，可以在接收机单元中使用分组丢失隐藏（PLC）。PLC是一种用于减轻丢失的音频分组在通信系统中影响的技术，其中典型地，使用先前解码的样本，利用诸如波形外插、音高同步周期重复和自适应静音的技术重构丢失的信号。

优选地，以包括多个（例如10个）时隙的TDMA（时分多址）帧的形式进行数据传输，其中在每个时隙中都可以传输一个数据分组。在图7中，示出了范例，其中TDMA帧具有4ms的长度，并被分成10个400μs的时隙，每个数据分组具有160μs的长度。

优选地，使用慢跳频方案，其中根据由发射机单元10和接收机单元14以相同方式通过给定算法计算的跳频序列，在不同频率发射每个时隙，其中根据当前TDMA帧的序号（序列号）、定义跳频序列的奇常数（跳频序列ID）和前一帧的最后时隙的频率，频率序列是伪随机序列。

可以将每个TDMA帧的第一时隙（图7中的时隙0）分配给信标分组的周期性传输，信标分组包含标志TDMA帧序号的序列号以及网络同步所需的其他数据，例如音频流相关的信息，例如编码格式的描述、音频内容的描述、增益参数、周围噪声电平等，用于多讲话者网络操作的相关信息，以及任选地，针对所有或特定一个接收机单元的控制数据。

可以将第二时隙（图7中的时隙1）分配到从网络的从装置（通常为接收机单元）接收响应数据，由此从装置能够通过信标分组响应来自主装置的请求。将至少一些其他时隙分配到音频数据分组的传输（如下文将结合图15和16所述，可以在必要时由控制数据分组至少部分替代它），其中通常在后续时隙中重复每个音频数据分组至少一次。在图7和8中所示的范例中，将时隙3、4和5用于单一音频数据分组的三重传输。主装置不会预计从从装置（接收机单元)获得任何确认，即在任何情况下都重复音频数据分组，不论接收机单元是否正确接收到第一音频数据分组（在图7和8的范例中，在时隙3中传输）。而且，通过发送装置ID，不逐一对接收机单元寻址，即向所有接收机单元发送相同的信号（广播模式）。

并非向信标分组和从装置响应分配独立的时隙，可以在相同时隙，例如时隙0上复用信标分组和响应数据。

在传输之前在发射单元10中压缩音频数据。

通常，在同步状态中，每个从装置仅侦听特定的信标分组（主要为同步而需要信标分组），即序列号和相应从装置的ID地址满足特定条件的那些信标分组，由此节省功率。在主装置希望向从装置中的特定一个发送消息时，将该消息放入序列号对于相应从装置而言满足信标侦听条件的帧的信标分组中。在图9中示出了这种情况，其中第一接收机单元14A仅侦听由发射单元10在帧号1、5等中发送的信标分组，第二接收机单元14B仅侦听由发射单元10在帧号2、6等中发送的信标分组，第三接收机单元14C仅侦听由发射单元10在帧号3、7等中发送的信标分组。

周期性地，所有从装置都在相同时间侦听信标分组，例如侦听每第十个信标分组（图9中未示出）。

网络主装置不知道其ID的从装置将侦听ID等于0，满足条件的信标。

每个音频数据分组包括开始帧划界符（SFD）、音频数据和帧检查序列，例如CRC（循环冗余校验）比特。优选地，开始帧划界符是从网络主装置的4字节唯一ID构建的5字节代码。这5个字节的代码被称为网络地址，对于每个网络都是唯一的。

为了省电，以占空循环模式操作接收机单元14中的接收机61，其中每个接收机在音频分组预计到达之前不久醒来。如果接收机能够验证（利用数据分组结尾处的CRC），接收机会进入睡眠，直到预计新音频数据分组到达之前不久（在重复同一音频数据分组期间接收机睡眠），在图7和8的范例中，新音频数据分组会是下一帧中的第一个音频数据分组。如果接收机利用CRC判定未正确接收到音频数据分组，接收机切换到跳频序列中的下一个频率，等待重复相同的音频数据分组（在图7和8的范例中，接收机然后会侦听图8中所示的时隙4，其中在时隙3中在分组的第三帧传输中失败）。

为了进一步减小接收机的功耗，如果接收机从丢失的SFD判定分组缺失或已经丢失，接收机在预计SFD结束之后不久进入睡眠。然后在预计下一音频数据分组（即缺失分组的副本/重复）到达之前不久，接收机将再次醒来。

图10中示出了接收机的占空循环运行范例，其中每个数据分组的持续时间为160μs，且其中防护时间（即接收机醒来时比音频分组的预计到达时间所早的时间）为10μs，超时时间（即在预计SFD和CRC传输结束之后，接收机等待的时间）为20μs。从图10可以看出，通过在SFD传输超时之后（未接收到SFD时）使接收机已经睡眠，可以将功耗减小到使接收机在CRC传输超时之后睡眠时的值的大约一半。

根据本发明，可以传输控制数据而非音频数据，由此避免系统中的任何开销，同时使控制数据传输的延迟最小化。在图12中由标记星号的“发明”表示这种情况。例如，延迟可以不超过4ms。

在图13中，示意性地示出了如何可以将本发明应用于图11A类型的音频数据传输的范例，其中以逐个样本的方式传输压缩的音频数据。根据图13，将控制数据块50插入通过压缩音频数据流52而产生的压缩音频数据流51中。将控制数据块50插入压缩音频数据流51中，从而由控制数据块50替代音频数据。因此，存在这样的时间窗口53，在所得的压缩音频数据流51不包括来自该时间窗口53的压缩音频数据的意义上，在此期间不进行音频数据压缩。因此，在通过对压缩音频数据流51进行解压而产生的解压音频数据流54中，存在未获得解压音频数据的时间窗口57（由于数据处理和传输过程引入的延迟，时间窗口55相对于时间窗口53稍微偏移）。在该时间窗口57期间，接收机单元14可以采取一些掩蔽动作，以掩蔽在时间窗口57中接收的压缩音频数据的暂时缺失。这样的掩蔽动作可以包括应用音高再生算法，产生掩蔽输出音频信号，例如还用于确认经由通往用户的无线链路接收命令的蜂鸣信号，或接收机单元14音频信号输出的静音。掩蔽策略可能需要在接收的音频流54中引入一些延迟，以便能够在开始掩蔽动作之前充分接收控制帧。

为了能够进行这样的掩蔽动作，接收机单元14适于检测控制数据块50对压缩音频数据的替代。

优选地，控制数据块50以预定义标记开始，这样允许接收机单元14将控制数据与音频数据区分开，由此充当标记。该标记之后为命令，然后是CRC字。例如，标志可以包括32个比特，CRC字也可以包括32个比特。对于32比特的标志，在随机比特流中发现标志的概率为1/2³²。平均起来，对于具有随机0/1分布的64kbps压缩音频比特率，每2³²/64000=18小时将发生这样的事件。应当选择标志，使得不太可能在典型压缩音频流中找到它。

如果在噪声中发现了标志，非常可能（概率：1-1/2³²）CRC将是错误的，因此将不会应用命令。

控制数据块50的总大小例如可以是8字节（由4个字节的标志，2个字节的命令和2个字节的CRC构成）。这对应于G.722标准中的16个样本或16kHz采样的1ms。

如上所述，与音频数据一起向DSP74供应控制数据，其中将其用于接收机单元14的控制。

图14涉及一个范例，其中将本发明应用于也是在图11B和11C中所示类型的基于非冗余分组的音频数据传输方案。在这种情况下，在图14的范例中，逐个分组压缩未压缩的音频数据52，以便获得音频数据分组51A和51C。根据图14，由控制数据分组50替代本来应该已经在分组51A和51C之间传输的音频数据分组，从而对于时间窗口53而言，未传输任何音频数据。因此，存在时间窗口57（相对于时间窗口53延迟），期间在接收机单元14处没有可用的未压缩音频数据，因为对于这个时段未接收到压缩的音频数据。相反，在该时间接收到控制数据分组50。优选地，在时间窗口53期间不中断音频数据压缩，因为在编码中断之后重新启动可能产生噪声信号。例如，G722编解码器包含必须要通过对信号编码来持续更新的状态信息；如果中断并重新开始编码，状态信息是不一致的，编码器可以产生滴答声。于是，压缩优选继续进行，但在为了控制数据传输而省略音频数据传输的时间窗口53期间丢弃压缩输出。

在时间窗口57期间，接收机单元14可以采取掩蔽动作，以掩蔽所接收的音频数据的暂时缺失，例如应用分组丢失掩蔽外插算法，产生掩蔽输出音频信号，例如蜂鸣信号，或使接收机单元14的音频信号输出静音。分组丢失隐蔽算法，例如，可以是G.722附录IV，通过在知道是否将需要这种隐蔽之前事先计算隐蔽帧，可以应用其而不增加延迟。产生蜂鸣信号会理解，无论如何都需要蜂鸣声作为对用户的反馈，用于接收发射的命令。不过，由于一些命令可能不需要蜂鸣声，所以可以优选应用分组损失隐蔽算法的选项。使输出信号静音是使缺失音频信息的效应最小化的最基本方式，而优选分组损失隐蔽外插。

如在图13的范例中那样，控制数据分组50可以开始于预定义的标志，其充当用于区分控制数据和音频数据的标记。如果使用32比特的标志，在随机比特流中发现标志的概率为1/2³²。假定始终要在给定位置（例如在分组开始时）搜索标志，那么在随机比特流中检测到标志之间的平均间隔为2³²x T_A=2³²x4x10^-3=198天。此外，分组结尾处的CRC字将针对错误检测加以保护。

或者，可以将控制数据标记实现为音频数据分组报头中的信令比特。这样的标记使得接收机单元14能够检测到音频数据已经被分组中的控制数据替代。因为图14的范例中的数据传输是不冗余的，所以每个音频数据分组和每个控制数据分组都仅传输一次。

在图15的范例中，将图14的实施例原理应用于冗余数据传输方案，例如上文参考图7到10所述的方案，其中在帧中将每个音频数据分组51A、51C和每个控制数据分组50传输至少两次（在图15中具体示出的范例中，在同一帧中将每个数据分组传输三次）。

在图14和图15的范例中，在传输控制数据块的每个帧中，都没有音频数据分组的传输。

在图16中，示出了图15的冗余数据传输方案的替代方案，其中与图15的实施例相反，并非相应帧的所有音频数据块都被控制数据分组50替代，而是仅有音频数据分组51B的第一个被控制数据分组50替代。因此，在图16中所示的第二帧中，传输控制数据分组50之后是音频数据分组51B的两次相继传输。

也如图16中所示并已经如上文所述，每个帧中的发射单元14仅侦听到已经成功接收相同的音频数据分组的第一个，参见图16中所示的第一和第三帧。不过，在接收机单元14检测到所接收数据分组为控制数据分组而非音频数据分组时，它继续侦听，直到音频数据分组51的第一个是已经成功接收到控制数据分组50的帧的为止。为此，控制数据块50可以包括信令比特，表示可以在相同帧之内预计接收到音频数据块51B的冗余副本之一。

可以将接收的冗余音频数据块副本51B的内容用于“掩蔽”由控制数据分组50替代音频数据分组51B的第一副本导致的音频数据损失（实际上，在接收机单元14接收到音频数据分组51B的剩余两个副本之一的情况下，控制数据分组50替代第一音频数据分组51B不会导致音频数据损失）。于是，即使在发射控制数据分组50时的帧期间，解压的音频数据流54也保持不间断，因为音频数据分组51B的第二副本被接收并解压，参见图16。

在图15的实施例中，由控制数据分组的对应副本替代特定音频数据分组的所有副本，实现了控制数据分组50传输的特别高可靠性，而在图16中所示的实施例中，使控制数据传输导致的音频数据信息损失最小化。

图17示出了用于实施图15和16所示传输方法的算法范例。

要指出的是，可以将本发明与现有技术传输方案之一组合。例如，可以将图11C中所示的方法与图14到16的方法之一组合，在图11C所示的方法中，使用专用控制分组，即信标进行控制数据传输。例如，在控制数据传输的潜在延迟相关性很小时，可以经由信标传输控制数据，而在控制数据传输延迟很关键时，可以通过替代音频数据来传输控制数据。

希望低迟延的控制命令的一个范例是“静音”命令，其中在发射单元10的麦克风装置17检测到使用麦克风装置17的讲话者静默时，将耳朵高度的接收机单元14设置在“静音”状态。经由信标传输静音命令会花费很多时间，因为在上述系统中，信标是由耳朵高度的接收机单元例如每128ms接收的。在根据本发明由控制数据分组施加音频数据的替代时，在以上范例中，对于传输这样的“静音”命令达到了4ms的最大延迟。

Claims

1.一种用于向至少一个用户（13）提供声音的方法，包括：

从音频信号源（17）向包括数字发射机（28）的发射单元（10）供应音频信号（52），所述数字发射机用于应用数字调制方案；

压缩所述音频信号以产生压缩音频数据（51，51A，51B，51C）；

经由数字无线链路（12）从所述发射单元向包括至少一个数字接收机（61）的至少一个接收机单元（14，14A，14B，14C）传输压缩音频数据；

对所述压缩的音频数据进行解压以产生解压音频信号（54）；以及

根据从所述接收机单元供应的解压音频信号来刺激所述用户的听觉；

其中在特定的时间段期间，中断压缩音频数据的传输，以便于经由所述数字无线链路来传输所述发射单元产生的至少一个控制数据块（50），从而由控制数据块传输替代音频数据传输，由此暂时中断所接收的压缩音频数据的流，每个控制数据块包括：用于被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机单元的命令。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

将所述压缩音频数据作为音频数据分组（51A，51B，51C）来传输，将所述控制数据块作为控制数据分组（50）来传输。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

每个数据分组（50，51A，51B，51C）是根据跳频序列以一个不同的频率在TDMA帧的独立时隙中传输的，其中在至少一些时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组（51A，51B，51C）来传输，且其中将所述TDMA帧构造成用于所述数据分组的单向广播传输，而不逐个对所述接收机单元（14，14A，14B，14C）进行寻址。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

在与中断压缩音频数据的传输以便于传输所述至少一个控制数据块（50）的所述时间段一致的那些帧中，不传输音频数据分组（51A，51B，51C）。

5.根据权利要求2到4中的一项所述的方法，其中，

每个控制数据分组（50）包括预定义的标志作为所述标记，所述预定义的标志用于区分控制数据和音频数据。

6.根据权利要求2到4中的一项所述的方法，其中，

每个数据分组（50，51A，51B，51C）包括报头，所述报头包含表示所述数据分组包括音频数据还是控制数据的比特作为所述标记。

7.根据权利要求2到6中的一项所述的方法，其中，

每个音频数据分组（51A，51B，51C）和每个控制数据分组（50）都仅传输一次。

8.根据权利要求2到6中的一项所述的方法，其中，

在同一帧中将每个音频数据分组（51A，51B，51C）至少传输两次。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，

在同一帧中将每个控制数据分组（50）至少传输两次。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，

除了中断压缩音频信号的传输以便于传输控制数据的所述时间段之外，所述压缩音频信号被生成为连续的压缩音频数据流（51），且其中在所述时间段期间将所述控制数据块（50）插入所述连续的压缩音频数据流中，以便替代音频数据。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，

每个接收机单元（14，14A，14B，14C）适于检测至少一个控制数据块（50）对压缩音频数据（51A，51B，51C）的替代，并在检测到至少一个控制数据块替代了压缩音频信号数据时，在使用解压音频信号刺激所述用户的听觉时掩蔽所接收的解压音频信号的暂时缺失。

13.根据权利要求10和12所述的方法，其中，

为了掩蔽所接收的解压音频信号的暂时缺失，采取从由以下构成的组中选择的至少一个动作：向接收的压缩音频数据应用音高再生算法，产生诸如蜂鸣信号的掩蔽输出音频信号，以及使所述接收机单元（14，14A，14B，14C）的音频信号输出静音。

14.根据权利要求2和12所述的方法，其中，

为了掩蔽所接收的解压音频信号的暂时缺失，采取从由以下构成的组中选择的至少一个动作：向接收的压缩音频数据分组应用分组损失遮蔽外插算法，产生诸如蜂鸣信号的掩蔽输出音频信号，以及使所述接收机单元（14，14A，14B，14C）的音频信号输出静音。

15.一种用于向至少一个用户（13）提供声音的方法，包括：

压缩所述音频信号以产生压缩音频数据；

经由数字无线链路（12）从所述发射单元向包括至少一个数字接收机（61）的至少一个接收机单元（14，14A，14B，14C）传输压缩音频数据作为音频数据分组（51A，51B，51C）；

对所述音频数据进行解压以产生解压音频信号（54）；以及

其中，每个数据分组是根据跳频序列以一个不同的频率在TDMA帧的独立时隙中传输的，其中在至少一些时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组来传输，其中在同一TDMA帧中将同一音频分组传输至少两次而不期待从接收机单元获得确认消息，且其中将所述TDMA帧构造成用于所述音频数据分组的单向广播传输，而不逐个对所述接收机单元进行寻址；

其中在特定帧期间，省略压缩音频信号数据分组的至少一次冗余传输，以便于经由所述数字无线链路来传输由所述发射单元产生的至少一个控制数据块（50），每个控制数据块包括：用于被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机单元的命令。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，

每个控制数据块（50）包括：关于是否预计进行冗余音频数据分组（51A，51B，51C）的后续传输的信息。

17.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，

每个控制数据块（50）以CRC字结束。

18.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，

所述音频信号源是包括至少一个麦克风（17A，17B）的麦克风装置（17）。

19.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，

每个接收机单元（14，14A，14B，14C）都是佩带在耳朵上的装置。

20.一种用于向至少一个用户（13）提供声音的系统，包括：

至少一个用于提供音频信号（52）的音频信号源（17）；

发射单元（10），包括：用于压缩所述音频信号以产生压缩音频数据（51，51A，51B，51C）的模块（20），用于产生控制数据块（50）的模块（24）以及，用于经由无线数字链路（12）来传输压缩音频数据和控制数据块的数字发射机（28）；

至少一个接收机单元（14，14A，14B，14C），用于经由所述数字链路从所述发射单元接收压缩音频数据，所述接收机单元包括：至少一个数字接收机（61）以及用于对所述压缩音频数据进行解压以产生解压音频信号（54）的模块；

用于根据从所述接收机单元供应的解压音频信号来刺激所述用户的听觉的模块（64，82）；

其中所述发射单元包括：控制数据块插入单元（32），用于在特定时间段期间，中断压缩音频数据的传输，以便于经由所述数字无线链路来传输所述控制数据块产生模块产生的至少一个控制数据块，从而由控制数据块传输替代音频数据传输，由此暂时中断压缩音频数据的流，每个控制数据块包括：用于被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机单元的命令。

21.一种用于向至少一个用户（13）提供声音的系统，包括：

至少一个用于提供音频信号（52）的音频信号源（17）；

发射单元（10），包括：用于压缩所述音频信号以产生压缩音频数据（51A，51B，51C）的模块（20），用于产生控制数据块（50）的模块（24），以及用于经由无线数字链路（12）来传输压缩音频数据和控制数据块的数字发射机（28）；

至少一个接收机单元（14，14A，14B，14C），用于经由所述数字链路从所述发射单元接收压缩音频数据，所述接收机单元包括至少一个数字接收机（61）以及用于对所述压缩音频数据进行解压以产生解压音频信号（54）的模块；

其中所述发射单元被设计为使得每个数据分组（50，51A，51B，51C）是根据跳频序列以一个不同的频率在TDMA帧的独立时隙中传输的，其中在至少一些时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组传输，其中在同一TDMA帧中将同一音频分组传输至少两次而不期待从接收机单元获得确认消息，且其中将所述TDMA帧构造成用于所述音频数据分组的单向广播传输，而不逐个对所述接收机单元进行寻址；

其中所述发射单元包括：控制数据块插入单元（32），用于在特定帧期间，省略压缩音频信号数据分组的至少一次冗余传输，以便于经由所述数字无线链路来传输所述发射单元产生的至少一个控制数据块，每个控制数据块包括：用于被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机单元的命令。