CN103718570B - 无线声音传输系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于向至少一个用户提供声音的方法，包括：俘获音频信号并将音频信号转化为音频数据，通过应用数字调制方案将音频数据经由数字无线链路从发射单元传输至至少一个接收器单元；根据所接收到的音频数据生成音频信号；以及根据接收器单元提供的音频信号刺激用户的听力；其中，将音频数据作为音频数据包在TDMA帧结构的单独时隙内发送，其中，使发射单元和接收单元同步，以形成至少包括发射单元和接收单元作为同步化网络成员的无线网络，其中，TDMA帧结构中的每一个TDMA帧结构包括至少一个收听时隙，在至少一个收听时隙期间，不允许同步化网络成员中的任何成员发送数据，而同步化网络成员的至少其中之一收听。

Description

无线声音传输系统和方法
技术领域
本发明涉及用于向至少一个用户提供声音的系统和方法，其中，通过无线链路将来自音频信号源，例如，来自用于俘获说话者的语音的麦克风的音频信号传输至接收单元，例如，传输至用于助听的音频接收器，并由其将所述音频信号提供给用于刺激用户的听觉的模块，例如，助听扩音器。
背景技术
无线网络装置具有受到发射装置的输出功率、无线信道的信号衰减以及接收装置的灵敏度限制的有限通信范围。所述限制可以是管理限制（最大允许输出功率）、技术局限（发射和接收天线的尺寸、发射装置或接收装置所耗电力）或者实际环境（例如，阻碍墙壁）。
此外，无线链路未必是对称的。从节点1到节点2的链路不意味着存在反向链路。这样的非对称性的原因可能是技术性的（例如，两个节点之间的接收器灵敏度方面的差异（容差）或者故意降低发射功率以节约电池电力），由于节点工作的环境导致的或者是由于装置构造本身的原因导致的（就简单的仅发射装置而言）。
适用于听力仪器的无线网络可以是使右耳听力仪器和左耳听力仪器相互连接以及与辅助装置（通常是身体佩戴的）连接的感应链路，所述辅助装置包括麦克风和/或起着与诸如电话或移动电话的外部装置的接口的作用。
另一类型的用于听力仪器的无线网络采用电磁（即远场）链路，其用于将远程辅助装置，例如，无线麦克风连接至耳级接收装置。
典型地，这样的远程无线麦克风是老师在教师中教听力受损的人所采用的（其中，将老师的无线麦克风俘获的音频信号发送至听老师讲课的听力受损的人所佩戴的多个接收单元），或者这样的远程无线麦克风是在几个人对听力受损的人说话的情况下采用的（例如，在专业会议上，其中，为每一讲话者提供无线麦克风，而听力受损的人的接收单元则接收来自所有无线麦克风的音频信号）。另一个示例是音频导游，其中，导游采用无线麦克风。
另一种典型的无线音频系统的应用是将发射单元设计为辅助收听装置的情况。在这种情况下，所述发射单元可以包括用于俘获环境声音，尤其是来自接近用户的说话者的声音的无线麦克风和/或与诸如移动电话的外部音频装置的网关；这里，所述发射单元通常只起着将无线音频信号提供给用户佩戴的接收单元的作用。
US2005/0195996A1涉及一种助听系统，其包括不同说话者佩戴的多个无线麦克风和围绕收听者颈部一圈佩戴的接收单元，声音是由连接至接收单元的耳机生成的，其中，采用扩展频谱数字信号将所述音频信号从所述麦克风发送至所述接收单元。所述接收单元控制数据的发射，其还通过无线链路发送相应的控制信号，以控制每一发射单元中应用的前置放大增益水平。
WO2008/098590A1涉及一种助听系统，其包括具有至少两个隔开的麦克风的发射单元，其中，将单独的音频信道专用于每一麦克风，并且其中，用户佩戴在两耳上的两个接收单元的至少其中之一能够接收两个信道，并通过考虑这两个信道执行耳级别的音频信号处理，例如，声束形成。
实施用于听力仪器的无线网络的一个选择是采用具有集中或分布式网络管理的时分多路存取（TDMA）方案，其中，所述装置之一起着主机的作用，其确定每一网络装置可以传输数据的时隙，并将这一传输安排通知参与装置。进入网络的装置的必须首先向网络主机登记，接下来可以请求预留时隙，以便将其数据发送至接收装置，即，仅在装置已经与网络同步的情况下允许装置发送。在所述网络采用跳频方案的情况下，主机向同步化装置发送必要的信息。
在US2010/0166209A1中描述了用于听力装置的无线网络的示例，其中，通过无线网络将音频信号从各说话者佩戴的多个无线麦克风传输至收听者佩戴的接收单元。所述发射装置中的每者在TDMA方案中具有某些专用时隙，用于将所述麦克风俘获的音频信号发射至接收单元。
适于音频信号传输的无线网络的另一示例是蓝牙标准。
US2010/0158292A1涉及一种包括双耳助听器和诸如移动电话的其他部件的无线网络，其中，在跳频方案中采用TDMA结构，并且其中，在采集/同步过程中，所述跳频方案具有降低的数量的频道，并且新的装置以不同于网络的帧速率的速率激活其接收器直到从主机装置接收到了同步数据为止，于是使新装置的帧定时与所述网络的帧定时同步。
在上文讨论的系统中，仅允许网络的成员，即，与主机装置的网络时钟同步化的节点向网络中的其他节点发送消息。因而，每一想要向网络成员发送消息的装置必须首先与所述网络同步，因此必须从所述网络成员的至少其中之一，即所述主机装置接收消息。这对这样的装置施加了某些限制，而且在能够发送消息之前还需要一定的时间，即用于与网络同步所需的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线声音传输系统和方法，其允许按照尤为简单的方式传输控制数据。
根据本发明，这一目的分别是通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求25所述的系统实现的。
本发明的益处在于，通过在每一TDMA帧结构内，例如，在每一超帧或者每一帧内提供不允许任何同步化网络成员发射数据而同步化网络成员的至少其中之一进行收听的时隙而使外部控制装置可以在不必变为同步化网络成员的情况下以对网络的最低干扰（即，网络中断）向同步化网络成员的至少其中之一发送控制数据，其中，控制数据是按照根据收听时隙的持续时间和周期性选择的序列模式从所述并非同步化网络成员的外部控制装置发送的，从而使其被同步化网络成员的至少其中之一接收到。具体而言，因而可以将所述外部控制装置设计为仅发射装置，因而能够节约这样的外部装置的同步所需的时间和资源。
在下文中，应当将术语“音频数据”理解为不仅代表音频信号，还代表与音频处理相关的数据，例如，增益、音频装置中的滤波器或程序设置、有关声音场景的信息、有关声音来源的方向、质量或其他特征的信息、可以改变音频装置中的音频信号处理能力的固件数据等或者任何其他对音频装置中的音频处理路径有影响的数据。
在下文中，应当将术语“TDMA帧结构”理解为包括任何时隙水平以上的周期性，例如，本领域已知的“TDMA帧”或者“TDMA超帧”。
在从属权利要求中界定了本发明的优选实施例。
附图说明
在下文中，将参考附图对本发明的示例举例说明，其中：
图1是能够与根据本发明的系统一起使用的音频部件的示意图；
图2到图4是根据本发明的系统的各种示例的使用情况的示意图；
图5是根据本发明的系统的另一示例的示意图；
图6是本发明采用的发射单元的示例的方框图；
图7是本发明采用的接收单元的示例的方框图；
图8示出了在本发明的系统中实施的数字链路的TDMA帧方案的示意性示例；
图9示出了图8的TDMA帧方案的示例连同来自外部控制单元的发射的示例；
图10是与图9类似的视图，其中示出了所述TDMA帧方案的替代示例；
图11示出了采用跳频方案的根据本发明的系统的TDMA帧方案的示例；
图12示出了图11的TDMA帧方案连同外部控制装置的发射信号的示例；
图13是与图12类似的图示，其中示出了所述TDMA帧方案的替代实施例；以及
图14是本发明采用的发射单元的另一示例的方框图。
具体实施方式
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，采用包括数字发射器的发射单元将音频信号从音频信号源经由无线数字链路传输至至少一个接收单元，从所述接收单元将所述音频信号提供给用于刺激用户听力的模块，所述模块通常是扩音器，但是其包括任何其他形式的刺激，例如，耳蜗植入电极或者耦合至听小骨或者直接耦合至耳蜗的可植入机电致动器。
本发明不局限于具体种类的无线链路。例如，可以将本发明应用于感应链路（天线之间的近场耦合），因为可以将其用到听力仪器人体区域网当中（其中，将听力装置和听力装置的附件佩戴在用户身上和/或由用户将其作为手提装置进行人工操纵），或者可以将本发明应用于电磁（远场）链路，因为可以将其用到几个用户佩戴的多个听力仪器构成的网络当中，所述网络包括无线麦克风。而且，除了音频数据之外，也可以通过无线链路，即网络传输其他种类的数据，例如，控制数据。也可以使本发明与红外链路一起使用。
如图1所示，发射侧采用的装置可以是（例如）室内的发言人为听众使用的无线麦克风；教师在教室内为听力受损的学生使用的具有集成或线缆连接麦克风的音频发射器；诸如门铃、火警或婴儿监视器的音响报警系统；音频或视频播放器；电视装置；电话装置；通往诸如移动电话、音乐播放器等的音频源的网关；等等。所述发射装置包括移动（例如，身体佩戴）装置以及固定装置。接收器侧上的装置包括头戴受话器、各种助听器、耳机（例如，用于演播室应用中的提示装置的或者用于隐秘通信系统的）和扬声器系统。所述接收装置可以用于听力受损的人的或者可以是用于听力正常的人。而且在接收器一侧可以采用网关，其将所接收到的音频信号通过数字链路中继至另一包括刺激模块的装置。
所述系统可以包括处于发射侧的多个装置和处于接收侧上的多个装置，从而实施一般具有主从构造的网络拓扑结构（但是，分布式（非集中式）网络控制也是一种选择）。
所述发射单元可以包括或者可以连接至用于俘获音频信号的麦克风，所述麦克风通常是由用户佩戴的，将用户的语音通过无线音频链路传输至接收单元。或者或此外，所述发射单元可以包括用于通过无线（例如，蓝牙）或插入连接接收来自外部音频装置，例如，电话、移动电话、音乐播放器、电视机或HiFi机的音频信号的接口（图5示出了这样的系统的示意性示例）。
通常将所述接收单元通过音频承座（shoe）连接至助听器或者将其集成到助听器内。
发射单元和接收单元之间的无线链路可以是感应链路（天线之间的磁近场耦合）或者可以是电磁（远场）链路。
除了所述音频信号之外，可以在所述发射单元和接收单元之间传输控制数据。例如，这样的控制数据可以包括（例如）音量控制或者有关所述接收单元或者连接至所述接收单元的装置（例如，电池状态和参数设置）的状态的查询。或者，可以通过诸如遥控或状态读出装置的第三装置实施这样的控制数据传输。
在图2中示意性地示出了典型的使用情况，其中，教师11在教室中采用包括麦克风17的身体佩戴发射单元10将对应于教师语音的音频信号通过数字链路12发送至多个接收单元14，所述接收单元集成在听力受损的学生13佩戴的助听器16内或者与之连接。也可以采用数字链路12在发射单元10和接收单元14之间交换控制数据。典型地，按照广播模式采用所述发射单元10，即，将相同的信号发送给所有的接收单元14。
图3示出了另一典型的使用情况，其中，由听力受损的人13采用具有集成麦克风的发射单元10，所述听力受损的人佩戴着连接至助听器16或者集成于其内的接收单元14，以俘获向所述的人13说话的人11的语音。将所俘获的音频信号通过数字链路12发送至接收单元14。
图4示出了图3的使用情况的变型，其中，采用发射单元10作为中继，从而将接收自远程发射单元110的音频信号中继至听力受损的人13的接收单元14。所述远程发射单元110是由说话者11佩戴的，其包括用于俘获说话者11的语音的麦克风，由此起着配对麦克风的作用。
根据图2到图4中所示的实施例的变型，可以将接收单元14设计为颈部佩戴装置，其包括发射器，从而将所接收到的音频信号通过感应链路发送至耳部佩戴装置，例如，助听器。
发射单元10、110可以包括用于连接至作为外部音频信号源的音频装置的音频输入，例如，所述音频装置为移动电话、FM无线电、音乐播放器、电话或TV装置。因而，在一些情况下，可以省略麦克风。
在这样的使用情况的每者当中，发射单元10通常包括音频信号处理单元（图2到图4中未示出），其用于在发射之前对所述麦克风俘获的音频信号或者接收自外部音频信号源的音频信号进行处理。
在图2到图4的实施例中，链路12是电磁（远场）链路。
在图5中示出了一种系统的示意性示例，其包括发射单元210，该单元包括用于通过无线（例如，蓝牙）链路37接收来诸如电视机31或移动电话33的自外部音频装置的音频信号的无线接口（例如，蓝牙）以及用于通过有线连接39接收来诸如音乐播放器的自外部音频装置音频信号的插入接口，并且所述单元将接收自外部音频装置31、33、35的作为立体声或单声道信号的音频信号通过无线感应链路212发送至集成在右耳助听器16和左耳助听器16内的接收单元（未示出）。助听器16可以被设计为通过感应链路212交换音频信号和/或控制信号，以实现双耳系统。所述发射单元210通常被佩戴在助听器16的用户的身上，例如，佩戴在颈部一周。如果将所述发射单元210设计为仅仅是音频流媒体装置，那么其不包括麦克风。
图14示出了这样的发射单元210的示例的方框图。发射单元210包括几个输入，例如，至少一个用于数据交换的诸如USB端口220的数字接口以及一些模拟音频输入，例如，欧式插头输入222、音频插口输入224和麦克风输入226。将来自模拟输入222、224、226的信号转换为数字信号，并在将其提供给蓝牙通信子系统230和磁感应（MI）通信子系统232之前在音频处理单元228中对其进行处理。蓝牙通信子系统230可以向诸如移动电话33的具有蓝牙接口的外部装置发送音频数据，并且可以接收来自诸如移动电话33和电视机31的外部装置的音频数据。提供MI通信子系统232，从而将音频信号处理单元228和蓝牙通信子系统230提供的音频数据通过链路212发送至助听器16。但是，所述链路是双向的，即，也可以从助听器向辅助装置发送音频和数据，从而例如将助听器用作无线耳机，这里，采用助听器麦克风俘获患者的声音，并将对应的音频发送回所述辅助装置，继而发送至移动电话。在蓝牙通信子系统230和MI通信子系统232之间还可以有其他引述数据和控制数据交换。单元210还包括用户接口234、系统控制器236和功率管理单元238，所述系统控制器236用于控制单元210的操作，尤其是有关蓝牙通信子系统230和MI通信子系统232的操作。
在图14的底部更加详细地示出的MI通信子系统232包括用于与音频信号处理单元228、蓝牙通信子系统230和系统控制器234通信的数据/音频接口240、用于对音频信号压缩/解压以及对具有音频的元数据（实时数据）进行管理/对准的音频和数据流处理器242、用于对诸如遥控命令的控制数据进行处理的数据处理器244以及系统控制器246。系统控制器246用于实施MI协议，因而一般控制MI通信和MI通信子系统232。所述MI通信子系统232还包括MAC加速器248和MI无线电250。MAC加速器248是用于对MI通信子系统232的实时方面，尤其是TDMA系统中的发射和接收的定时以及MI无线电250的控制进行处理的部件。所述MI无线电用于将MAC加速器248提供的数字信号转换成模拟发射信号或将MAC加速器248提供的模拟信号转换成数字发射信号。
而且，助听器16还设有在单元210中使用的类型的MI通信子系统232，从而通过接口240与典型的助听部件交换音频和控制数据（如图14中的块252所示）。
图6示出了发射单元10的另一个示例的方框图，其包括用于俘获来自相应说话者11的语音的音频信号的麦克风装置17、用于对所俘获的音频信号进行处理的音频信号处理单元20、用于发射作为由音频数据包构成的音频流的经处理的音频信号的数字发射器28和天线30。音频信号处理单元20的一个功能是采用适当的音频编解码器压缩所述音频数据，这是本领域已知的。通过在所述发射单元10和接收单元14之间建立的数字音频链路12传输所述经压缩的音频流，该链路还起着在所述发射单元10和接收单元14之间交换控制数据包的作用。
发射单元10可以包括额外的部件，例如，语音活动探测器（VAD）24。可以通过在22处指示的数字信号处理器（DSP）实现音频信号处理单元20以及这样的额外部件。此外，所述发射单元10还可以包括对DSP22和发射器28起作用的微控制器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。所述麦克风装置17优选包括至少两个隔开的麦克风17A、17B，可以在音频信号处理单元20中采用它们的音频信号进行声波束形成，从而为麦克风装置17提供定向特征。
VAD24采用来自麦克风装置17的音频信号作为输入，以确定采用相应的发射单元10的人11正在说话的时间。VAD24可以向微控制器26提供对应的控制输出信号，从而使（例如）发射器28在检测不到语音时休眠，在检测到语音活动时将发射器28唤醒。此外，可以生成对应于VAD24的输出信号的控制命令，并通过无线链路12将其发射，从而在发射单元10的用户11不说话时使接收单元14静默或省电。出于这一目的，提供单元32，其起着生成包括来自处理单元20的音频信号和VAD24生成的控制信号的数字信号的作用，该数字信号被提供给发射器28。
除了VAD24之外，发射单元10可以包括环境噪声估算单元（图6中未示出），其作用在于估算环境噪声水平，并且生成对应的输出信号，可以将所述输出信号提供给单元32，以供通过无线链路12进行传输。
发射单元10还可以包括用于外部音频源33和35提供的音频信号的输入，例如，插入接口36和/或无线接口41，例如，蓝牙接口。例如，这样的外部音频源33、35可以是电话、移动电话、音乐播放器、计算机或电视机。具体而言，通过提供这样的接口36、41实现了多条通往发射单元10的音频信号输入信道。
根据一个实施例，发射单元10可以适于由相应的说话者11佩戴在说话者的脖子下面，例如，所述发射单元可以是佩戴式麦克风或者衬衫领口麦克风。通常在将无线音频链路实现为电磁（远场）链路12时采用这样的类型的发射单元10。
在将无线音频链路实现为感应链路212时，作为对比，发射单元210是由接收单元14/助听器16的用户佩戴在（例如）该用户的脖子下面的。在一些情况下，因而可以省略图6的示例中的麦克风装置17和VAD24。
图7示出了数字耳级接收单元14的示例，根据所述示例，将天线装置38连接至包括解调器58和缓冲器59的数字收发器61。由天线38接收通过数字链路12发射的信号，并在数字无线电接收器61中对其进行解调。将解调信号通过缓冲器59提供给起着处理单元的作用的DSP74，其将所述信号分离成音频信号和控制数据，并且其还能够根据所述控制数据提供的信息对所述音频信号提供高级处理，例如，均衡。将经过数模转换的经处理的音频信号提供给可变增益放大器62，所述放大器的作用在于通过应用经由数字链路12接收的控制数据所控制的增益对所述音频信号放大。将所述经放大的音频信号提供给助听器64。或者，可以将所述音频信号作为数字信号提供给助听器。接收单元14还包括用于DSP74的存储器76。
如果不选择将可变增益放大器62放大的音频信号提供给助听器64的音频输入，那么接收单元14可以包括功率放大器78，其可以受到人工音量控制80控制，并且可以将经过功率放大的音频信号提供给扩音器82，所述扩音器可以是集成到接收单元14内或者与之连接的耳部佩戴元件。可以通过向接收单元14发射对应的控制命令而从发射单元10实施远程音量控制。
接收单元的另一替代实现可以是具有发射器84的颈部佩戴装置，所述发射器用于通过磁感应链路86（模拟或数字）将所接收到的信号发射至助听器64（如图7中的虚线所示）。
一般而言，也可以通过DSP22接替微控制器24的作用。而且，信号发射可以只限于纯的音频信号，而没有控制和命令数据。
在图8中示出了与图5所示的系统类似的系统的感应无线音频链路212的TDMA结构的示范性示例，其中，每一TDMA帧的某些时隙归属于同步化网络200的成员之一（在图8所示的示例中，所述同步化网络成员为发射单元210、右耳助听器16R和左耳助听器16L）。在图8所示的示例中，第一时隙（或时隙组）归属于发射单元210，以供对右耳助听器16R进行数据发射，第二时隙（或时隙组）归属于发射单元210，以供对左耳助听器16L进行数据发射，第三时隙（或时隙组）归属于右耳助听器16R，以供向左耳助听器16L发射数据。所述同步化网络成员之一可以充当主机，其将使所述TDMA时隙归属于其他成员，其中，每一网络成员必须与所述主机同步。但是，也可以设想分布式控制配置。
所有网络成员优选以单一频率发射（和收听），该频率优选为10.6MHz。所述无线链路212可以优选采用BFSK、QPSK或PCTM（具有8PSK）调制。
从发射单元210发射至助听器16R、16L的数据将主要是接收自外部音频装置31、33、35的音频数据，因而所述发射单元210将充当流媒体器（streamer）。而且，助听器16R、16L也可以发射音频数据，以实现双耳系统。
每一帧还包括至少一个这样的时隙100，即，在该时隙内，不允许所述同步化网络成员中的任何一者发射数据，而至少一个（优选为全部的）同步化网络成员进行收听。采用这样的收听时隙100允许外部控制装置101（例如，遥控器）向所述同步化网络成员的至少其中之一发射控制数据（即，任何不是音频数据的数据），而所述外部控制装置101是非同步化网络成员。根据收听时隙100的持续时间和周期性选择序列模式，根据所述序列模式发射控制数据。所述外部控制装置优选不等待任何来自同步化网络成员的响应。
在图9和图10中示出了可以如何根据收听时隙100的持续时间选择控制数据发射的序列模式的两个示例。
在图9所示的示例中，将控制数据包含到控制数据块102内，所述控制数据块是在控制数据周期内作为即时的重复而发射的，其中，收听时隙100的持续时间至少是控制数据块102的长度的两倍（或者反过来说，控制数据块的长度不超过收听时隙100的长度的一半）。所述控制数据周期性的持续时间优选至少是收听时隙（在图9中通过“tdelta”表示）的周期性的长度，其中，所述收听时隙的周期对应于帧的长度。
外部控制装置101代表不能使其发射时钟与同步化网络成员（即所述网络中的节点）的发射时钟同步的节点，这是因为（例如）从所述网络成员发射的信号太弱而无法接收的意义上来讲所述外部控制装置101不处于网络200的范围内，或者是因为所述外部控制装置101不具有适于接收同步化网络200的这样的信号的接收器。收听时隙100在每一帧内相对于所述帧的开头处于相同的偏移处，而且收听时隙可以只是每逢第n个帧出现在每一帧内。相继的收听时隙100（tdelta）之间的最长时间决定了来自外部装置101的消息抵达同步化网络成员所用的最大延迟。
尽管在图9和图10中仅示出了每一帧具有单个收听时隙，但是应当理解每一帧内可以存在几个收听时隙。所述时隙在帧内可以是均匀或者不均匀地隔开的，其中，tdelta决定着接收来自非同步化装置的控制数据的最大延迟。
外部装置101知道收听时隙100存在，但是由于其不与网络时钟同步，因而其不知道收听时隙100实际何时出现。因此，外部装置101至少在收听时隙周期性的持续时间tdelta内发送消息102。由于收听时隙100的持续时间至少是消息102的最大长度的两倍，因而消息块102总是完全地匹配到收听时隙100之一内，而不管外部装置100何时第一次开始发送消息102。
同步化网络成员中那些在外部装置100发射消息102的一个副本的相应收听时隙100期间进行收听的同步化网络成员将接收到消息102。根据外部装置101重复消息102的次数以及相对于控制数据消息的长度的收听时隙长度，所述同步化网络成员可以多次接收同一消息102，因而必须被设计为能够容许重复以及对其进行处理（例如，如本领域已知的检测并忽略重复）。
在外部装置101的发射持续时间的计算当中，必须考虑TDMA时隙的长度、消息102的长度以及时钟容限（即，时钟精确度）。
必须指出，由于外部装置101的发射功率必须使消息102能够抵达网络200，因而在来自外部装置101的消息102的发射过程中网络200内的发射可能受到干扰，因此可能无法被目标接收方接收到。但是，这一周期通常较短，而且只是暂时妨碍网络内的通信。
图10示出了来自外部装置101的发射序列模式的替代示例，其中，不再连续地重复消息102的发射，而是使消息102的副本的发射分散开。收听时隙100的持续时间至少是控制数据块102，即消息102的长度（或者换言之，消息102的长度小于收听时隙100的持续时间）。所述重复周期性（即，图10中的发射之间的间隙），即，消息102的第一副本的开头和消息102的第二副本的发射的开头之间的时间周期至少是收听时隙的周期性的长度（即，tdelta）加上收听时隙100的长度减去消息102的长度。这样的对发射序列模式的选择在帧之间引起了相继发射的偏移，因而消息102最终将落到收听时隙100之一内，因而能够被同步化网络成员接收到。
应当注意，在这一实施例中，消息102的发射对网络200内的通信的影响较小，因为外部装置101每一帧最多发送一个消息102，因此不会干扰单个帧内的多个连续音频数据包，因而造成的音频中断较短。但是，实现这一目的的代价是可能延长将消息102馈送到网络200内所需的延迟：由于所述偏移是收听时隙的持续时间与消息102的持续时间之差，因而在外部装置101发射的消息102落到收听时隙100之一内之前要用tdelta*(tdelta/收听时隙的持续时间-消息的持续时间）的时间。
优选在所有实施例中使外部装置101与网络200配对，从而使同步化网络成员仅识别由特定的，即配对的外部装置101发送的控制数据/命令，同时忽略来自网络200之外的其他装置命令。
通常可以采用本发明的方法经由来自非同步遥控器的遥控指令控制网络200，其中，外部装置101充当着这样的遥控器。在这种情况下，消息102通常用于使发射单元210至少暂时停止经由无线网络链路212的音频数据发送（和/或使其他同步化网络成员，例如使助听器16R、16L至少暂时停止数据发送）。在网络成员遵从了这样的来自外部装置101的请求之后，外部装置101可以发射另一消息，该消息使得所述网络成员重新建立其发射活动。在使网络静默的消息和重新建立网络通信的消息中间，可以在不干扰内部网络通信的情况下发送来自外部装置101的另一较大的消息，因为在接收到使网络静默的请求之后无论如何都不会发生任何内部网络通信。
代表使网络200静默的请求的消息102可以是非常短的，因而收听时隙100也可以类似地很短，由此对网络200内的内部通信引入非常少的干扰，并且不会为控制数据浪费很多网络带宽。
在图11到13中，示出了适于本发明的实施例的TDMA帧结构的示例，其中，所述无线网络链路是电磁链路12。
数字链路12的典型载波频率为865MHz、915MHz和2.45GHz，其中，优选采用后一频带。数字调制的示例为PSK/FSK、ASK或者诸如QAM的合并幅度和相位调制以及它们的变型（例如，GFSK）。
用于对音频数据编码的优选编码译码器是子带ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）。
数据发射优选以包括多个（例如，10个）时隙的TDMA（时分多路存取）帧的形式发生，其中，在每一时隙内可以发射一个数据包（或者，可以在时隙内发射几个数据包）。在图11中示出了一个示例，其中，所述TDMA帧具有4ms的长度，并且被划分成了10个400μs的时隙，其中，每一数据包具有160μs的长度。
优选采用缓慢跳频方案，其中，根据发射单元10和接收单元14按照相同的方式通过既定算法计算出的跳频序列以不同的频率发射每一时隙，其中，所述频率序列是取决于当前的TDMA帧的编号（序列号）、定义跳频序列的恒定奇数（跳频序列ID）和前一帧的最后一个时隙的频率的伪随机序列。
可以将每一TDMA帧的第一个时隙分配给信标包的周期性传输，所述信标包包含有作为TDMA帧的编号的序列号以及用于使网络同步所需的其他数据，例如，对编码格式的描述、对音频内容的描述、增益参数、周围噪声水平等与音频流相关的信息、与多谈话者网络操作相关的信息以及任选的针对所有的或者特定的一个接收单元的控制数据。
将其他时隙中的至少一些时隙分配给音频数据包的发射，其中，通常后继的时隙中使每一音频数据包至少重复一次。在图11所示的示例中，采用三个后继的时隙对单个音频数据包进行三重发射。主装置不必期待任何来自从属装置（接收单元）的确认，即，可在任何情况下完成音频数据包的重复，而不管接收单元是否已经正确地接收到了第一音频数据包。而且，通常不通过发送装置ID对接收单元单独寻址，即，向所有接收单元发送相同的信号（广播模式）。
可以将信标包和响应数据复用到同一时隙上，而不是向信标包和从属装置的响应分配单独的时隙。
在接收单元已经准确地接收到了某一音频数据包的第一次发射时，其停止收听同一音频数据包的第二和第三次发射。
在每一TDMA帧内或在每第n个TDMA帧内，提供收听时隙100，在该时隙期间每一同步化网络成员内不存在任何数据发射。
将收听时隙100保留给若干预定公共频率（信道）之一上的控制数据流量，其中，外部控制装置以这些公共频率之一发射，所述同步化网络成员在收听时隙100期间在这些公共频率上收听。例如，所述网络成员可以在收听时隙100期间相继在所有的所述公共频率上进行收听。
根据一个实施例，外部装置101可以按照循环的方式在所有的公共频率上连续重复地发射每一控制数据块/消息102，其中，采用短发射周期重复控制数据块102的发射，其中，每一同步化网络成员在每一收听时隙100期间在所述公共频率中的单一频率上进行收听，其中，每一同步化网络成员在后续收听时隙内在所述公共频率中的一个不同的频率上进行收听，从而对所有的公共频率寻址。收听时隙的这样的频率变化可以是周期性的或者是随机的。
在图12和图13的示例中，有三个对应于信道14、42和70的公共频率。
在图12的示例中，每一收听时隙100的持续时间至少是公共频率的数量乘以控制数据块102的传输周期的长度加上控制数据块102的长度，其中，外部控制装置101不等待任何来自同步化网络成员的响应。
因而，能够使控制消息发射等待时间降至最低，因为收听时隙的持续时间确保了在收听时隙100内按照正确的频率发射至少一个控制数据包102，而不管同步化网络成员在该收听时隙100内在哪一具体的公共频率上进行收听。
在要求双向控制消息发射的情况下，必须使来自外部装置101的发射与外部装置101等待潜在响应的周期错开。尽管最简单的方案可能是在每一来自外部装置101的发射之后具有响应收听窗口，但是更加优化的方案将是在所有的公共频率上发生了发射之后（即，在图13的示例中在三次发射之后）具有单个响应收听窗口。接下来在所有的功率频率上发射来自外部控制装置101的每一控制数据块，其中，按照一定的传输周期重复所述控制数据的发射，并且每当在开始下一控制数据传输周期之前已经在所有的功率频率上发射了所述控制数据块时提供外部控制装置的响应收听时隙，其中，所述同步化网络成员的收听时隙的持续时间至少是公共频率的数量乘以控制数据块的长度加上外部控制装置的响应收听时隙的长度。
在选择收听时隙100的长度时，必须相对于来自外部装置101的单向通信或者针对与外部装置101的双向通信对所述系统进行优化。例如，在针对单向通信优化收听周期100时，双向通信情况下的传输延迟将提高，因为在收听时隙100内接收消息102的概率将低于100%。另一方面，如果针对双向通信对收听时隙100进行优化，那么就单向通信而言将存在一些功耗损失。
就收听时隙周期性（即，从一个收听时隙的开头到下一收听时隙的开头的时间间隔）而言，将在收听活动的平均功耗和消息102的传输等待时间之间进行权衡。原则上，收听时隙周期性可以是恒定的，或者其可以是随机的。由于外部装置不与网络成员同步，而且所述消息是从外部装置作为紧凑的重复链发送的，因而能够保证第一收听周期就将已经成功地接收到了所述消息。
优选采用不超过三个公共频率（信道），其可以对应于2400GHz到2483GHz频带的低、中、高部分。对于同步化网络成员之间的音频信号的传输而言，可以采用（例如）40个信道。
一般而言，在本发明中可以采用各种调制，例如，具有M个调制级的振幅偏移键控（ASK）；诸如BPSK、QPSK、8-PSK或M-ary PSK的相移键控；诸如BFSK、M-ary FSK、OFDM、具有两个频率的CPFSK的频移键控；正交调幅（QAM）、诸如DSSS（直接序列扩展频谱）的扩展频谱或FHSS（跳频扩展频谱）；以及实用格码调制（PTCM）。
如上文已经提及的，除了音频数据之外，通常可以经由无线链路，即网络在TDMA帧结构内发射其他种类的数据，例如控制数据，因为涉及到了向同步化网络成员传输非同步控制装置的控制，就此而言本发明不限于在网络内部交换的数据类型（其他类型的数据的示例为web浏览数据、视频数据和文件传送数据）。
而且，并非具有纯粹的TDMA结构的帧可以具有对应于TDMA和FDMA的结合的结构，例如，电话网络中采用的结构。

Claims (25)

1.一种用于向至少一个用户(13)提供声音的方法，包括：
俘获音频信号并且将所述音频信号转化为音频数据，
通过应用数字调制方案将音频数据经由数字无线链路(12，212)从发射单元(10，110，210)发射至至少一个接收单元(14)；
根据所接收到的音频数据生成音频信号；以及
根据从所述接收单元提供的音频信号刺激所述用户的听力；
其中将所述音频数据作为音频数据包在TDMA帧结构的单独时隙内发射，其中使所述发射单元和所述接收单元同步，以形成至少包括所述发射单元和所述接收单元作为同步化网络成员的无线网络(200)，其中所述TDMA帧结构中的每一个TDMA帧结构包括至少一个收听时隙(100)，在所述至少一个收听时隙期间，不允许所述同步化网络成员中的任何成员发射数据，而所述同步化网络成员的至少其中之一收听，并且其中从作为非同步化网络成员的外部控制装置(101)根据序列模式发射控制数据(102)，以便使所述控制数据在所述收听时隙期间被所述同步化网络成员的所述至少其中之一接收到，所述序列模式是根据所述收听时隙的持续时间和周期性(tdelta)而选择的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述外部控制装置(101)不等待任何来自所述同步化网络成员(10，14，110，210)的响应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述同步化网络成员(14，210)和所述外部控制装置(101)经由形成所述无线链路的感应链路以单一频率发射，其中所述网络形成了听力仪器体域网。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述发射频率为10.6MHz。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述无线链路(212)采用BFSK、QPSK或PTCM调制。
6.根据权利要求3到5中的任一项所述的方法，其中所述控制数据包含在控制数据块(102)中，所述控制数据块是在控制数据周期期间作为即时重复发送的，并且其中所述收听时隙(100)的持续时间至少是所述控制数据块的长度的两倍。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述控制数据周期的持续时间至少是所述收听时隙(100)的周期性的长度。
8.根据权利要求3到5中的任一项所述的方法，其中所述控制数据包含在控制数据块(102)中，所述控制数据块是作为具有重复周期性的重复发送的，其中所述收听时隙(100)的持续时间至少是所述控制数据块的长度，并且其中所述重复周期性的持续时间大约是所述收听时隙的周期性的长度加上所述收听时隙的长度减去所述控制数据块的长度。
9.根据权利要求3到5中的任一项所述的方法，其中使所述外部控制装置(101)与所述同步化网络成员(14，210)配对。
10.根据权利要求3到5中的任一项所述的方法，其中所述发射单元(210)包括用于俘获来自环境声音的音频信号的麦克风装置，并且优选由所述接收单元(14)的用户(13)佩戴。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，提供两个所述接收单元(14)中的两个，每一接收单元形成双耳系统的助听器(16A，16B)的一部分，其中所述助听器的至少其中之一用于经由所述无线网络(200)向另一助听器发射音频数据或控制数据。
12.根据权利要求3到5中的任一项所述的方法，其中所述控制数据(102)用于使所述发射单元(210)至少暂时地停止音频数据的发射。
13.根据权利要求1所述的方法，其中根据跳频序列以不同的频率发射每一音频数据包，其中所述TDMA帧结构被结构化为用于所述音频数据包的单向广播发射，而不对所述接收单元单独寻址，并且其中所述外部装置(101)以选自若干预定公共频率的至少一个频率进行发射，其中所述同步化网络成员(10，14，110)在所述收听时隙(100)期间相继地在所有的所述公共频率上进行收听。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述无线链路(12)和所述外部控制装置(101)的发射采用电磁发射。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述外部控制装置(101)按照循环的方式在所有的公共频率上相继地发射每一控制数据块(102)，其中按照发射周期重复所述控制数据块的发射。
16.根据权利要求15所述的方法，其中每一同步化网络成员(10，14，110)在每一收听时隙(100)期间在单个所述公共频率上收听，所述频率是按照循环的方式或者按照随机的方式选择的，从而对所有的所述公共频率寻址。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述收听时隙(100)的持续时间至少是公共频率的数量乘以所述控制数据块(102)的发射周期的长度加上所述控制数据块的长度，并且其中所述外部控制装置(101)不等待任何来自所述同步化网络成员的响应。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述外部控制装置(101)在所有的公共频率上相继地发射每一控制数据块(102)，其中按照发射周期重复所述控制数据块的发射，并且每当在开始下一控制数据发射循环之前已经在所有的所述公共频率上都发射了所述控制数据块时就提供所述外部控制装置的响应收听时隙，其中所述同步化网络成员(10，14，110)的所述收听时隙(100)的持续时间至少是公共频率的数量乘以所述控制数据块的发射周期的长度加上所述控制数据块的长度加上所述外部控制装置的响应收听时隙的长度。
19.根据权利要求13到18中的任一项所述的方法，其中不超过三个公共频率。
20.根据权利要求13到18中的任一项所述的方法，其中所述发射单元(10，110)包括用于俘获除了所述接收单元(14)的用户(13)以外的人(11)的语音的麦克风装置(17)，其中所述发射单元由该人佩戴。
21.根据权利要求1、2、3、4、5、13、14、15、16、17和18中的任一项所述的方法，其中经由无线连接(37)或者经由插入连接(39)从外部音频装置(31，33，35)向所述发射单元(10，110，210)提供音频信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述外部音频装置是电话、移动电话(33)、音乐播放器(35)、电视机(31)或HiFi机。
23.根据权利要求1、2、3、4、5、13、14、15、16、17和18中的任一项所述的方法，其中所述接收单元(14)是耳级佩戴的。
24.根据权利要求23所述的方法，其中每一接收单元(14)连接至助听器(16，16A，16B)或者集成在所述助听器(16，16A，16B)之内。
25.一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的音频信号源(17，31，33，35)；
包括数字发射器的发射单元(10，110，210)，其用于应用数字调制方案并且经由数字无线链路(12，212)发射根据所述音频信号生成的音频数据；
至少一个接收单元(14)，其用于经由所述数字链路接收来自所述发射单元的音频数据，并且包括至少一个数字接收器和用于根据所述音频数据生成音频信号的模块；
用于根据从所述接收单元提供的音频信号刺激所述用户的听力的模块；
外部控制装置(101)；
其中所述发射单元适于将所述音频数据作为音频数据包在TDMA帧结构的单独时隙内发射，其中所述发射单元和所述接收单元适于同步，以形成至少包括所述发射单元和所述接收单元作为同步化网络成员的无线网络(200)，其中所述TDMA帧结构中的每一个TDMA帧结构包括至少一个收听时隙(100)，在所述至少一个收听时隙期间，不允许所述同步化网络成员中的任何成员发射数据，而所述同步化网络成员的至少其中之一收听，并且其中所述外部控制装置尽管不是同步化网络成员，但是其适于根据序列模式发射控制数据(102)，以便使所述控制数据在所述收听时隙期间被所述同步化网络成员的所述至少其中之一接收到，所述序列模式是根据所述收听时隙的持续时间和周期性(tdelta)而选择的。
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