CN107040832A - 一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，涉及多媒体播放技术领域，包括智能手持终端和多媒体播放设备，还包括音频拾取模块、第一蓝牙模块、第二蓝牙模块和扬声器播放模块，设置于智能手持终端内的音频拾取模块用于拾取音频信号；设置于智能手持终端内的第一蓝牙模块用于将音频拾取模块拾取的音频信号发送至第二蓝牙模块；与第一蓝牙模块建立数据连接的第二蓝牙模块用于接收来自第一蓝牙模块的音频信号，并将该音频信号传送至扬声器播放模块；设置于多媒体播放设备内的扬声器播放模块用于播放音频信号。本发明实现了将智能手持终端拾取的声音通过扬声器系统进行实时播放，系统中智能手持终端作为拾音终端具备实时性和稳定性。

Description

一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统

技术领域

本发明涉及多媒体播放技术领域，具体涉及一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统。

背景技术

现有多媒体播放设备中配置的麦克风一般需要配备专门维护设备的人员，而且即使如此也时常会遇到麦克风易遗失、损坏的问题，在使用上存在极大的不便利。

另外，传统包含麦克风的扩声系统在使用时经常产生啸叫的现象，原因是声音被麦克风拾取然后通过扬声器播放出去后产生的声波再次被麦克风拾取便形成了回声，而回声再次进入扬声器部分被放大，如果在某些频点形成正反馈再重复多次就会产生自激现象形成刺耳的啸叫声。啸叫破坏了扩声系统的稳定，严重时甚至会造成设备的损毁，所以啸叫在扩声系统中是最令人头疼却也是最绕不开的问题。

蓝牙是取代数据电缆的短距离无线通信技术，可以支持物体与物体之间的通信，工作频段是全球开放的2.4GHz频段，可以同时进行数据和语音传输，传输速率可达到10Mb/s，使得在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享。蓝牙技术的良好适配性也为改造传统麦克风与扬声器之间的交互方式提供了新的可能。现如今，将扩声系统与移动终端结合使用正成为本领域中的主要研究方向。现有技术中有的是将手机端所拾取的声音录下来之后在应用内进行变声处理，有的是将拾取的声音直接通过手机扬声器播放出来，不一而足，但没有一款能将应用与扬声器连接交互进行实时扩声同时将回声效果处理得很好。

中国专利申请CN106303118A公开了一种智能终端实现麦克风功能的方法、音频播放方法、设备及系统，包括：智能终端与多媒体设备建立数据连接；实时采集近端音频信号；对近端音频信号进行啸叫抑制处理得到音频数据包；将音频数据包发送至所述多媒体设备，由多媒体设备输出所述音频数据包。同时本发明还提供一种音频播放方法、智能终端实现麦克风功能的设备及系统，可通过较为普及的智能手机、平板电脑等智能终端实现麦克风的功能；同时具有啸叫抑制功能和数字效果器功能。该专利申请公开了将智能终端作为麦克风的大体框架，系统的整体性能有待提高，并且现有技术中许多多媒体设备不具备与智能终端进行数据连接的软件/硬件基础。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，经蓝牙技术传输数据，将智能手持终端拾取的声音通过扬声器系统进行实时播放，并且通过算法大大降低了可能产生的声学回声，提高了将智能手持终端作为拾音终端的实时性、稳定性和灵敏度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，包括智能手持终端和多媒体播放设备，还包括：

设置于智能手持终端内的音频拾取模块，该音频拾取模块用于拾取音频信号；

设置于智能手持终端内的第一蓝牙模块，该第一蓝牙模块用于将音频拾取模块拾取的音频信号发送至第二蓝牙模块；

与第一蓝牙模块建立数据连接的第二蓝牙模块，该第二蓝牙模块用于接收来自第一蓝牙模块的音频信号，并将该音频信号传送至扬声器播放模块；

设置于多媒体播放设备内的扬声器播放模块，该扬声器播放模块用于播放音频信号。

进一步地，智能手持终端内还设置有数据缓冲模块，该数据缓冲模块作为音频拾取模块与第一蓝牙模块之间的中转站，数据缓冲模块用于以时间为序存储音频信号和管理音频信号的格式和传送路径，数据缓冲模块还用于在接收到设定长度的音频信号后、开始向下级传输音频信号；数据缓冲模块提高了系统的数据处理能力，在一定程度上保障了系统性能。

“数据中转站”存在降低系统运行效率的可能，尤其当大量音频数据占据了中转站中的大部分容量时、将产生降低系统性能的反效果，为了解决这一技术难题，数据缓冲模块中包含有用于存储音频信号的音频队列缓冲区，各音频队列缓冲区均用于管理音频信号的格式和传送路径，来自音频拾取模块的音频信号传送至各音频队列缓冲区、使得各音频队列缓冲区中的音频信号数量趋近均等状态。

进一步地，为了提高音频传输和播放质量，麦克风系统还包括有自激回声消除模块，该自激回声消除模块对宽带音频数据将全频带划分子带，并在划分的子带内采用NLMS算法对从扬声器播放模块中播放出的音频信号进行回声消除处理。

具体地，自激回声消除模块中包含有自适应滤波器，自激回声消除模块采用NLMS算法消除回声的方式具体为：设远端信号为x(n)，近端信号为d(n)，滤波器系数为W(n)，则误差信号为：e(n)＝d(n)-W'(n)*x(n)，其中W'(n)由W(n)转秩形成，滤波器系数采用变步长的方法进行更新，步长u＝u_o/(gamma+x'(n)*x(n))，其中u_o为更新步长因子，gamma为稳定因子，x'(n)由x(n)转秩形成，则滤波器系数更新方程为：W(n+1)＝W(n)+u*e(n)*x(n)。

更进一步地，自激回声消除模块还用于采用NLP算法计算滤波器的传递函数：H(w)＝Ps(w)/(Ps(w)+Pn(w))，其中Ps(w)为估计的语音信号的功率谱，Pn(w)为噪声信号的功率谱。

进一步地，第二蓝牙模块内置于多媒体播放设备中。

现有技术的多媒体播放设备并不都内置有蓝牙模块，为了提高本系统的适用性、扩大推广使用的范围，系统提供外置于多媒体播放设备的第二蓝牙模块：第二蓝牙模块包括依次信号连接的天线、高频放大器、混频器、中频放大器、鉴频器和前置放大器和功率放大器，混频器还与本机振荡器信号连接。

进一步地，中频放大器包括一级中频放大器、二级中频放大器和三级中频放大器。

优选地，本机振荡器采用石英晶体振荡器。

本发明的有益效果在于：1)通过蓝牙传输技术将智能手持终端将多媒体播放设备连接起来，具有良好适配性的蓝牙技术便于将智能手持终端作为拾音终端与播放设备结合使用，蓝牙传输技术保障了音频传输的灵敏度和稳定度；2)数据缓冲模块中包含有多个音频队列缓冲区，用于分担数据存储及处理任务，数据缓冲模块接收到设定长度的音频信号后即向下级传输音频信号，通过设定音频数据的设定长度，有效提高了音频传输和播放的实时性和同步性；3)自激回声消除模块通过具体而高效的算法有效消除系统运行过程中可能产生的声学回声，进一步提升了系统性能，提高了音频拾取和传输的质量，有利于提供优良的使用体验；4)现有的声学回声消除方法只针对窄带(采样率为8k)语音，一般只能处理8k、16k的窄带语音，超过16k则需要进行采样率的转换，而转换的过程会导致高频信号的丢失，本发明通过划分子带，实现对宽频语音的处理，避免丢失高频语音信号。

附图说明

图1是本发明一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统的结构框图；

图2是本发明中第二蓝牙模块的结构框图；

图3是本发明中手持终端式麦克风系统运行方法的流程框图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1

如图1所示，一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，包括智能手持终端和多媒体播放设备，智能手持终端内置有音频拾取模块、数据缓冲模块、第一蓝牙模块和自激回声消除模块，多媒体播放设备内置有第二蓝牙模块和扬声器播放模块，智能手持终端与多媒体播放设备经第一蓝牙模块和第二蓝牙模块建立连接和进行数据传输；

智能手持终端中，音频拾取模块用于拾取音频信号，并将音频信号传送至数据缓冲模块中；数据缓冲模块中设置有多个具有设定缓冲空间的音频队列缓冲区，数据缓冲模块用于根据接收时间将音频信号存储至音频队列缓冲区中，各音频队列缓冲区均用于管理音频信号的格式和传送路径，来自音频拾取模块的音频信号传送至各音频队列缓冲区、使得各音频队列缓冲区中的音频信号数量趋近均等状态，数据缓冲模块在接收到设定长度的音频信号后、依序将音频信号经第一蓝牙模块传送至第二蓝牙模块中；第二蓝牙模块将来自第一蓝牙模块的音频信号传送至扬声器播放模块，扬声器播放模块对音频信号进行解码和播放；自激回声消除模块中包含有自适应滤波器，自激回声消除模块对宽带音频数据将全频带划分子带，并在划分的子带内采用NLMS(归一化最小均方自适应算法)对从扬声器播放模块中播放出的音频信号进行回声消除处理，从而避免产生自激现象影响播放效果，采用NLMS(归一化最小均方自适应算法)消除回声的方式具体为：设远端信号为x(n)，近端信号为d(n)，滤波器系数为W(n)，则误差信号为：e(n)＝d(n)-W'(n)*x(n)，其中W'(n)由W(n)转秩形成，滤波器系数采用变步长的方法进行更新，步长u＝u_o/(gamma+x'(n)*x(n))，其中u_o为更新步长因子，gamma为稳定因子，x'(n)由x(n)转秩形成，则滤波器系数更新方程为：W(n+1)＝W(n)+u*e(n)*x(n)；自激回声消除模块还用于采用NLP(非线性滤波算法)计算出滤波器的传递函数：H(w)＝Ps(w)/(Ps(w)+Pn(w))，其中Ps(w)为估计的语音信号的功率谱，Pn(w)为噪声信号的功率谱。

智能手持终端中的音频拾取模块、数据缓冲模块和自激回声消除模块经OC/Java语言进行开发，采用AVFoundation、CoreAudio和AudioToolbox等框架进行建立，适用于不同的智能手持终端操作系统。

实施例2

本实施例提供的麦克风系统基于实施例1中的麦克风系统，在本实施例中，多媒体播放设备中没有内置的第二蓝牙模块，多媒体播放设备与外置的第二蓝牙模块信号连接。如图2所示，该第二蓝牙模块包括依次信号连接的天线、高频放大器(高放)、混频器(混频)、中频放大器(中频)、鉴频器(鉴频)和前置放大器(前置放大)和功率放大器(功放)，其中，中频放大器包括一级中频放大器、二级中频放大器和三级中频放大器，混频器还与作为本机振荡器(本振)的石英晶体振荡器信号连接；在第二蓝牙模块中：

天线用于接收空间中高频的音频信号、并将该高频的音频信号传送至高频放大器中进行放大，高频放大器将放大后的高频音频信号传送至混频器中；石英晶体振荡器产生频段高于高频音频信号的本机载波信号，并将本机载波信号传送至混频器中，混频器对本机载波信号和高频的音频信号进行相差、并输出中频的音频信号；中频放大器和鉴频器分别对中频的音频信号进行放大和解调，其中鉴频器将调频方式的音频信号转换成为调幅方式的音频信号；前置放大器进一步对音频信号进行放大以满足下一级工作的要求，处于第二蓝牙模块末端工作位的功率放大器将音频信号的能量加以放大，待音频信号的电压达到0-4dB的电平后、将其传送至扬声器播放模块。

实施例3

如图3所示，一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统运行方法，包含有以下步骤：

S1、智能手持终端与多媒体播放设备经第一蓝牙模块和第二蓝牙模块建立连接和进行数据传输，其中第一蓝牙模块内置于智能手持终端中，第二蓝牙模块内置于多媒体播放设备中；

S21、智能手持终端中的音频拾取模块拾取空间中的音频信号，并将音频信号传送至数据缓冲模块中；

S22、来自音频拾取模块的音频信号传送至数据缓冲模块中的各音频队列缓冲区、使得各音频队列缓冲区中的音频信号数量趋近均等状态，各音频队列缓冲区管理音频信号的格式和传送路径，数据缓冲模块在接收到设定长度的音频信号后、依序将音频信号经第一蓝牙模块传送至第二蓝牙模块中；

S3、第二蓝牙模块将来自第一蓝牙模块的音频信号传送至扬声器播放模块，扬声器播放模块对音频信号进行解码和播放；

S4、自激回声消除模块中包含有自适应滤波器，自激回声消除模块对宽带音频数据将全频带划分子带，并在划分的子带内采用NLMS(归一化最小均方自适应算法)对从扬声器播放模块中播放出的音频信号进行回声消除处理，采用NLMS消除回声的方式具体为：设远端信号为x(n)，近端信号为d(n)，滤波器系数为W(n)，则误差信号为：e(n)＝d(n)-W'(n)*x(n)，其中W'(n)由W(n)转秩形成，滤波器系数采用变步长的方法进行更新，步长u＝u_o/(gamma+x'(n)*x(n))，其中u_o为更新步长因子，gamma为稳定因子，x'(n)由x(n)转秩形成，则滤波器系数更新方程为：W(n+1)＝W(n)+u*e(n)*x(n)；自激回声消除模块还采用NLP(非线性滤波算法)计算出滤波器的传递函数：H(w)＝Ps(w)/(Ps(w)+Pn(w))，其中Ps(w)为估计的语音信号的功率谱，Pn(w)为噪声信号的功率谱。

实施例4

本实施例提供的麦克风系统运行方法基于实施例3中的麦克风系统运行方法，在本实施例中，第二蓝牙模块为外置于多媒体播放模块的蓝牙信号接收器，如图2所示，该蓝牙信号接收器包括依次信号连接的天线、高频放大器(高放)、混频器(混频)、中频放大器(中频)、鉴频器(鉴频)和前置放大器(前置放大)和功率放大器(功放)，其中，中频放大器包括一级中频放大器、二级中频放大器和三级中频放大器，混频器还与作为本机振荡器(本振)的石英晶体振荡器信号连接；S3中第二蓝牙模块对音频信号的处理具体为：

天线接收空间中高频的音频信号、并将该高频的音频信号传送至高频放大器中进行放大，高频放大器将放大后的高频音频信号传送至混频器中；石英晶体振荡器产生频段高于高频音频信号的本机载波信号，并将本机载波信号传送至混频器中，混频器对本机载波信号和高频的音频信号进行相差、并输出中频的音频信号；中频放大器和鉴频器分别对中频的音频信号进行放大和解调，其中鉴频器将调频方式的音频信号转换成为调幅方式的音频信号；前置放大器进一步对音频信号进行放大以满足下一级工作的要求，处于第二蓝牙模块末端工作位的功率放大器将音频信号的能量加以放大，待音频信号的电压达到0-4dB的电平后、将其传送至扬声器播放模块。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，包括智能手持终端和多媒体播放设备，其特征在于，还包括：

设置于智能手持终端内的音频拾取模块，所述音频拾取模块用于拾取音频信号；

设置于智能手持终端内的第一蓝牙模块，所述第一蓝牙模块用于将音频拾取模块拾取的音频信号发送至第二蓝牙模块；

与第一蓝牙模块建立数据连接的第二蓝牙模块，所述第二蓝牙模块用于接收来自第一蓝牙模块的音频信号，并将所述音频信号传送至扬声器播放模块；

设置于多媒体播放设备内的扬声器播放模块，所述扬声器播放模块用于播放音频信号。

2.如权利要求1所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述智能手持终端内还设置有数据缓冲模块，所述数据缓冲模块作为音频拾取模块与第一蓝牙模块之间的中转站，数据缓冲模块用于以时间为序存储音频信号和管理音频信号的格式和传送路径，数据缓冲模块还用于在接收到设定长度的音频信号后、开始向下级传输音频信号。

3.如权利要求2所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述数据缓冲模块中包含有用于存储音频信号的音频队列缓冲区，各音频队列缓冲区均用于管理音频信号的格式和传送路径，来自音频拾取模块的音频信号传送至各音频队列缓冲区、使得各音频队列缓冲区中的音频信号数量趋近均等状态。

4.如权利要求1所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述麦克风系统还包括有自激回声消除模块，所述自激回声消除模块对宽带音频数据将全频带划分子带，并在划分的子带内采用NLMS算法对从扬声器播放模块中播放出的音频信号进行回声消除处理。

5.如权利要求4所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述自激回声消除模块中包含有自适应滤波器，自激回声消除模块采用NLMS算法消除回声的方式具体为：设远端信号为x(n)，近端信号为d(n)，滤波器系数为W(n)，则误差信号为：e(n)＝d(n)-W'(n)*x(n)，其中W'(n)由W(n)转秩形成，滤波器系数采用变步长的方法进行更新，步长u＝u_o/(gamma+x'(n)*x(n))，其中u_o为更新步长因子，gamma为稳定因子，x'(n)由x(n)转秩形成，则滤波器系数更新方程为：W(n+1)＝W(n)+u*e(n)*x(n)。

6.如权利要求5所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述自激回声消除模块还用于采用NLP算法计算滤波器的传递函数：

H(w)＝Ps(w)/(Ps(w)+Pn(w))，其中Ps(w)为估计的语音信号的功率谱，Pn(w)为噪声信号的功率谱。

7.如权利要求1所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述第二蓝牙模块内置于多媒体播放设备中。

8.如权利要求1所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述第二蓝牙模块外置于多媒体播放设备，第二蓝牙模块包括依次信号连接的天线、高频放大器、混频器、中频放大器、鉴频器和前置放大器和功率放大器，混频器还与本机振荡器信号连接。

9.如权利要求8所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述中频放大器包括一级中频放大器、二级中频放大器和三级中频放大器。

10.如权利要求8所述的基于蓝牙技术的手持终端式麦克风系统，其特征在于，所述本机振荡器采用石英晶体振荡器。