CN103796332A - 一种语音通信的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种语音通信方法及对应装置，该方法包括：通过移动终端操作系统提供的接口在短距离无线连接上创建数据通道；对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到中央处理器，从中央处理器进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；将中央处理器接收到的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以经由该无线中继发送到移动网络中；并将中央处理器通过数据通道接收到的下行语音信号发送给音频处理器。本发明通过创建数据通道的方式实现了无线中继与移动终端之间的双向语音通信，避免了重新设计音频处理器或更改音频处理器的驱动。

Description

一种语音通信的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种便携移动终端与其附属配件之间的语音通信方法及装置。

背景技术

随着移动网络以及芯片技术的进步，智能手机已经在大众消费者中普及开来。相对于传统的手机而言，智能手机已经不仅仅是人们进行语音通信的工具了，更加是很多消费者的数据处理终端。人们可以通过智能手机来处理文字以及图片，访问互联网获得资讯，播放多媒体流，享受本地或在线游戏带来的乐趣，参与互联网社交等等。

消费者的生活与工作正在受益于这些技术的进步。然而在使用手机的体验上依然有一些关键性的需求尚未得到很好的解决。首先不容忽略的是：语音及数据通信的质量依然是消费者评价手机或者移动网络的极为重要的依据。部分智能手机面临信号不好这样的问题，以至于部分消费者为了获得更加良好的语音及数据通信体验而购置手机保护套，避免手握的使用方式影响手机外置天线的信号收发。手机信号的好坏对语音通信的影响尤为明显，因此无论智能手机如何演进，语音通信质量依然是消费者关心的重点。

语音通信质量与用户所在的位置有关，当用户在窗口等遮挡较少的的位置时，手机信号可能会更佳。然而用户使用移动通信的根本出发点是希望不受限制地进行通信，因此信号弱以及信号死角问题始终是令消费者和移动网络服务提供商头疼的问题。语音通信质量无疑还与手机接收灵敏度以及发射功率有着直接的关联。显然手机发射功率并不能无限增大，并且增大发射功率会引发消费者对于电磁辐射的担忧。部分消费者尤其是一些敏感群体，比如孕妇等会对电磁辐射问题尤为关注，有些敏感人群甚至长期使用耳机来回避电磁辐射问题。辐射问题与信号质量之间的矛盾看起来是天然，目前尚没有较好的解决办法。

消费者除了可能会担心辐射问题，更多的消费者还关注功耗问题，手机射频部分的功耗对手机待机时间有重要影响，在信号较差的时候，功耗问题可能会更加显著。手机电池的续航能力已经成为很多消费者关注的重点，在电池技术尚无较大突破之前，射频部分的功耗依然难有显著的降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种语音通信装置，应用于移动终端上，所述移动终端包括音频处理器、与音频处理器相连的中央处理器、麦克风、扬声器以及与中央处理器相连的短距离无线通信模块，所述短距离无线通信模块用于与无线中继建立短距离无线连接，所述无线中继用于连接到移动网络；该装置包括资源管理单元、音频控制单元以及语音处理单元；其特征在于：

资源管理单元，用于通过移动终端操作系统提供的接口在所述短距离无线连接上创建数据通道；

音频控制单元，用于对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述中央处理器，从中央处理器进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；

语音处理单元，用于将中央处理器接收到的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以经由该无线中继发送到移动网络中；并将中央处理器通过数据通道接收到的下行语音信号发送给音频处理器。

本发明还提供一种语音通信装置，应用于移动终端上，所述移动终端包括音频处理器、与音频处理器相连的中央处理器、麦克风、扬声器以及与中央处理器相连的短距离无线通信模块，所述短距离无线通信模块用于与无线中继建立短距离无线连接，所述无线中继用于连接到移动网络；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A、通过移动终端操作系统提供的接口在所述短距离无线连接上创建数据通道；

步骤B、对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述中央处理器，从中央处理器进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；

步骤C、将中央处理器接收到的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以经由该无线中继发送到移动网络中；并将中央处理器通过数据通道接收到的下行语音信号发送给音频处理器。

本发明通过创建数据通道的方式实现了无线中继与移动终端之间的双向语音通信，可以适用于多种流行的移动终端，不需要重新设计音频处理器或更改音频处理器的驱动，在优选的方式中，可以通过安装相应的软件即可实现，非常方便快捷。而且用户可管理移动终端的模式，可实现对无线中继的更加灵活的使用。

附图说明

图1是一种手机与无线中继配合使用的系统框图。

图2是本发明一种实施方式中移动终端与无线中继的硬件架构图。

图3是本发明一种实施方式中语音通信装置的逻辑结构图。

图4是典型的蓝牙协议栈的分层示意图。

图5是图2硬件架构图下传统语音信号流向示意图。

图6是本发明一种实施方式中语音信号流向示意图。

具体实施方式

针对背景技术中提到的各种挑战，本申请人提出了一种新颖的解决方案。这种解决方案主要构思是提供便携式无线中继，在便携式无线中继中植入手机射频功能，手机射频部分的设计被迁移到便携式无线中继上。而便携式无线中继则通过短距离无线通信技术与经过改造的手机建立短距离无线连接，在本发明中，所谓短距离无线通信是相对于移动通信的传输距离而言的，比如蓝牙等无线通信技术。使用者可以借助手机和无线中继的组合与他人进行语音通信。在发送方向语音信号经过手机处理后经过中继链路到达便携式中继，然后再送到移动网络中。在这样的架构基础上，手机设计可以大大简化，射频模块不再是必须的。

当手机不再必须设置射频模块时，设计工作大大简化。首先，原来手机中很多元器件的布局都需要考虑对射频的影响，现在这种影响不再存在，大大降低了开发成本。其次，由于中继可以放在信号较好的地方，窗台等信号较好的地方，人们在使用手机通信可以享受较好的语音通信质量，不受位置限制时且电磁辐射的担忧明显被弱化。最后手机功耗也将有一定幅度的降低，续航能力在提升。目前大部分消费者都已经拥有了一部传统手机，如果更换为上述特别设计的手机同时购置所述中继则需要付出不菲的成本，尤其是刚刚购置手机的消费者，这样的成本付出可能是难以接受的。

请参考图1，本发明以下提供一种低成本的兼容性解决方案来满足消费者对高质量语音通信、低辐射以及低功耗的迫切需求，消费者可以仅仅购置一个成本较低的无线中继即可。在该解决方案中，本发明提供一种语音通信的装置，在优选的实施方式中，该装置通过在手机中载入对应的计算机程序来实现。而该手机可通过蓝牙与无线中继建立短距离无线连接。

请参考图1以及图2所示的硬件架构，其中所述手机包括中央处理器、音频处理器、手机侧短距离无线模块（如蓝牙芯片）以及手机侧信号处理模块，其中手机侧信号处理模块主要包括手机侧射频芯片以及基带芯片。所述无线中继包括连接到移动网络的中继侧信号处理模块（至少包括射频芯片）以及短距离无线模块（如蓝牙芯片）。以上的硬件架构仅仅是一种示例性的通用架构，考虑到芯片功能的整合水平在不断提升，本发明并不对上述实体进行严格的物理区分。请参考图3，在上述典型的手机硬件架构的基础上，通过软件实现的语音通信装置包括：模式切换单元、资源管理单元、音频控制单元以及语音处理单元。该装置运行在所述中央处理器时包括如下步骤：

步骤100，模式切换单元将手机的工作模式从普通模式切换到中继模式。

显然，普通手机都会包括射频芯片，射频芯片主要用来通过天线发送或者接收经过调制的数字信号，射频芯片通常还会支持功率放大以及频率混合等功能。在中继模式下，使用者与外界进行语音通信是通过无线中继来进行的，因此手机侧的射频芯片对语音通信来说已经是不必要的了。为了降低功耗，可以将手机信号处理模块的射频功能关闭，比如将射频芯片去使能，停止向射频芯片供电或者屏蔽掉射频芯片的信号输入。如果无线中继缺乏电量或者用户忘记了携带该无线中继时，本发明允许切换到普通模式下，所谓普通模式就是用户手机按照原有的方式通过自身的射频芯片与外部通信。

在优选的实施方式中，模式切换单元的切换操作可以是基于各种切换策略控制模式切换。切换策略可以是各种自动策略，比如说可以基于手机与无线中继之间蓝牙连接状态来决定如何切换，当手机与无线中继之间的蓝牙连接建立时切换到中继模式，而当蓝牙连接中断时切换到普通模式。切换策略还可以是手动策略，比如说模式切换单元还可以根据用户输入的控制命令来切换到中继模式或者普通模式。从另一个角度来说，为了降低无线终端的功耗以及释放移动终端的各种资源，当手机切换到普通模式下的时候，模式切换单元可以进一步将资源管理单元以及语音处理单元关闭；当手机切换到中继模式的时候，则将这两个单元相应地开启。需要说明的是模式切换单元并不是本发明所必需的，因为手机完全可以被简单地强制设定在中继模式下而不允许手工更改，这样同样可以实现本发明基本目的。

步骤101，在中继模式下，资源管理单元通过手机操作系统提供的接口创建中央处理器与无线中继之间的数据通道；

请参考图4所示的蓝牙协议栈结构体系，其中蓝牙芯片的基带层（Baseband）提供了两种不同的物理链路，一种是同步面向连接路SCOSynchronous Connection Oriented，另一种是异步无连接链路ACLAsynchronous Connection Less）。请参考图2以及图4，其中SCO适合于传输语音，通常连接到蓝牙语音接口（如PCM接口），而ACL则适合传输数据，通常连接到蓝牙数据接口（如UART/USB等）。LMP层负责链路的建立和拆除及链路的安全和控制，如鉴权和加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口；蓝牙主机控制器接口HCI（HostController Interface）是蓝牙协议中软硬件之间的接口。HCI层以上的协议栈实体通常运行在手机上，而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成。

蓝牙协议栈中还包括各种中间协议层，中间协议层由逻辑链路控制与适配协议L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）、服务发现协议SDP（Service Discovery Protocol）、串口仿真协议或称线缆替换协议（RFCOM）和二进制电话控制协议TCS（Telephony Control protocol Spectocol）等组成。L2CAP是蓝牙协议栈的核心组成部分，也是其它协议实现的基础。RFCOMM是一个仿真有线链路的无线数据仿真协议，符合ETSI标准的TS07.10串口仿真协议。它在蓝牙基带上仿真RS-232的控制和数据信号，为原先使用串行连接的上层业务提供传送能力。关于蓝牙协议的其他内容可以参考标准以及相关现有技术，不再一一赘述。

请参考图5，在传统的手机语音通信中，一种方式是通过手机自带的扬声器以及麦克风来通信，此时语音流的方向如图5中两个实线单箭头线条所示。上行方向的语音流从麦克风进入通过音频处理器到达基带芯片，而下行方向的语音流主要是从基带芯片通过音频处理器到达扬声器。另一种方式是通过耳机来进行语音通信，如果使用蓝牙耳机进行语音通信时，双向语音流是通过音频处理器在蓝牙语音接口以及基带芯片之间传递的，如图5中的实线双箭头线条所示。相应地，音频处理器内部有可设置的开关，这些开关的设置决定了语音信号的上行输出以及下行输出，在不同的语音通信方式下，语音流将通过音频处理器不同的开关被发送到不同的元件。

如前所述，由于SCO链路适合传输语音，目前在手机上使用蓝牙耳机进行语音通信时都会将语音信号从蓝牙芯片的语音接口接到音频处理器。但是目前流行的各种音频处理器却无法支持在蓝牙芯片的语音接口与麦克风及扬声器的组合之间通过开关来引导双向语音流。也就是说图5中虚线表示的语音流在现有流行的各种音频处理器上是无法实现。如果要实现图5中虚线所表示的语音流则需要对音频处理器的底层驱动或处理器自身加以改造，成本较高；而且由于音频处理器的种类繁多，这样的改造在大规模的商业应用中显得更加不切实际。

本发明跳出以往对语音通信的实现思路，转而通过蓝牙数据接口来实现语音通信。以非常流行的Android平台为例，考虑到Android平台的协议栈为应用层提供了建立蓝牙RFCOMM通道的途径。本发明中资源管理单元通过Android开放的对应API接口来申请建立一个RFCOMM数据通道RFCOMM（Radio frequency communication串口仿真协议）实现中央处理器与无线中继之间的双向数据传输。这是一层协议用来提供串行通信的功能，也就是模拟过去老时代的串口，这样过去老时代的利用串口进行通信的应用程序就能很轻松的替换到蓝牙平台上来。RFCOMM数据通道如图6中从麦克风发送和扬声器接收的实线单箭头线条所示。

步骤102，在中继模式下，音频控制单元对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述中央处理器，从中央处理器进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器。

在上行方向，用户的语音从麦克风进入到音频处理器，音频处理器对模拟语音信号进行编码之后会被送往中央处理器。在下行方向，经过编码的下行语音信号通过中央处理器到达所述音频处理器，经过音频处理器解码后发送到扬声器，由扬声器进行放音。如果手机切换到了普通模式，此时音频控制单元重新对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制；改变音频处理器内部开关状态，使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述信号处理模块的基带芯片，从信号处理模块的基带芯片进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；此时手机就可以采用传统的方式连接到移动网络进行语音通信了。

步骤103，语音处理单元将音频处理器上行输出到中央处理器的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以使得上行语音信号经由该无线中继发送到移动网络中；

步骤104，语音处理单元将来自所述数据通道的下行语音信号发送到音频处理器，以使得语音信号经由音频处理器到达扬声器；

步骤101中构建了手机中央处理器到无线中继的数据通道，而步骤102则打通了中央处理器与麦克风及扬声器组合之间的通道，这就建立了麦克风及扬声器组合与移动网络之间完整的双向语音传输路径，请参考图6所示两个带有单向箭头的线条。以上描述了双向语音通信的传输通道的构建和语音流的控制过程，其解决了传统技术中无法通过语音接口来实现中继和手机麦克风及扬声器组合之间建立双向语音通信的关键问题。

事实上，在移动通信过程中，语音信号的处理还会涉及到很多功能模块的信号处理，比如基带部分的各种功能模块。在一种实施方式中，这些功能模块可以被集成到无线中继的信号处理模块中去实现。然而为了进一步降低成本，在优选的实施方式中，部分功能模块还可以通过软件来实现，作为在语音处理单元的一部分。比如说语音处理单元还可以对上行语音信号进行压缩处理，对下行语音信号进行对应的解压缩处理，通过压缩处理可以降低带宽的消耗。压缩算法的选择有很多，比如可以采用ADPCM算法（AdaptiveDifferential Pulse Code Modulation)。另外考虑数据通道两侧的手机以及无线中继在系统时钟上可能存在差异，因而可能引发失步进而影响语音通信体验，语音处理单元还可以进一步对语音信号进行同步处理以确保手机与无线中继之间语音信号传输的同步。压缩与同步处理技术可以参考各种已有技术进行实现。

本发明通过创建数据通道的方式实现了无线中继与移动终端之间的双向语音通信，可以适用于多种流行的移动终端，不需要重新设计音频处理器或更改音频处理器的驱动，在优选的方式中，可以通过安装相应的软件即可实现，非常方便快捷。而且用户可管理移动终端的模式，可实现对无线中继的更加灵活的使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (20)

1.一种语音通信装置，应用于移动终端上，所述移动终端包括音频处理器、与音频处理器相连的中央处理器、麦克风、扬声器以及与中央处理器相连的短距离无线通信模块，所述短距离无线通信模块用于与无线中继建立短距离无线连接，所述无线中继用于连接到移动网络；该装置包括资源管理单元、音频控制单元以及语音处理单元；其特征在于：

资源管理单元，用于通过移动终端操作系统提供的接口在所述短距离无线连接上创建数据通道；

音频控制单元，用于对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述中央处理器，从中央处理器进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；

语音处理单元，用于将中央处理器接收到的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以经由该无线中继发送到移动网络中；并将中央处理器通过数据通道接收到的下行语音信号发送给音频处理器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述短距离无线连接为蓝牙连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据通道为RFCOMM数据通道。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述移动终端至少还包括连接在音频处理器以及移动网络之间的信号处理模块，该装置还包括模式切换单元，用于将移动终端配置为普通模式或中继模式；

当移动终端处于普通模式时，所述音频控制单元对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述信号处理模块，从信号处理模块进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；

当移动终端处于中继模式时，所述音频控制单元将中央处理器接收到的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以经由该无线中继发送到移动网络中；并将中央处理器通过数据通道接收到的下行语音信号发送给音频处理器。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述模式切换单元进一步用于在移动终端切换到中继模式时关闭所述信号处理模块的射频功能；并在移动终端切换到普通模式时开启所述信号处理模块的射频功能。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模式切换单元进一步用于在检测到所述短距离无线连接断开时将移动终端切换到普通模式；在检测到所述短距离无线连接建立时将移动终端切换到中继模式。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模式切换单元进一步用于根据用户输入的控制命令将移动终端切换到中继模式或者普通模式。

8.如权利要求4-7任意一项所述的装置，其特征在于，所述模式切换单元进一步用于在移动终端切换到中继模式时，使能所述资源管理单元以及语音处理单元；并在移动终端切换到普通模式时，将所述资源管理单元以及语音处理单元去使能。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述语音处理单元，进一步用于对上行语音信号进行压缩处理或对下行语音信号进行解压缩处理。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述语音处理单元，对语音信号进行同步处理以确保手机与无线中继之间语音信号传输的同步。

11.一种语音通信装置，应用于移动终端上，所述移动终端包括音频处理器、与音频处理器相连的中央处理器、麦克风、扬声器以及与中央处理器相连的短距离无线通信模块，所述短距离无线通信模块用于与无线中继建立短距离无线连接，所述无线中继用于连接到移动网络；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A、通过移动终端操作系统提供的接口在所述短距离无线连接上创建数据通道；

步骤B、对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述中央处理器，从中央处理器进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；

步骤C、将中央处理器接收到的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以经由该无线中继发送到移动网络中；并将中央处理器通过数据通道接收到的下行语音信号发送给音频处理器。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述短距离无线连接为蓝牙连接。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述数据通道为RFCOMM数据通道。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述移动终端至少还包括连接在音频处理器以及移动网络之间的信号处理模块，该方法还包括移动终端普通模式与中继模式切换的步骤D：

步骤D、当移动终端处于普通模式时，对音频处理器的上行输出以及下行输出进行控制，以使得从麦克风进入音频处理器的上行语音信号被音频处理器输出到所述信号处理模块，从信号处理模块进入音频处理器的下行语音信号被音频处理器输出到所述扬声器；

当移动终端处于中继模式时，将中央处理器接收到的上行语音信号通过所述数据通道发送到无线中继，以经由该无线中继发送到移动网络中；并将中央处理器通过数据通道接收到的下行语音信号发送给音频处理器。

15.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤D进一步包括：

在移动终端切换到中继模式时关闭所述信号处理模块的射频功能；并在移动终端切换到普通模式时开启所述信号处理模块的射频功能。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括：

在检测到所述短距离无线连接断开时将移动终端切换到普通模式；在检测到所述短距离无线连接建立时将移动终端切换到中继模式。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括：

根据用户输入的控制命令将移动终端切换到中继模式或者普通模式。

18.如权利要求14-17任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括：在移动终端切换到中继模式时，使能所述步骤A以及步骤C的处理；并在移动终端切换到普通模式时，去使能步骤A以及步骤C的处理。

19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

对上行语音信号进行压缩处理或对下行语音信号进行解压缩处理。

20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

对语音信号进行同步处理以确保手机与无线中继之间语音信号传输的同步。

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