CN107046442A - 一种基于可见光通信的高保真音频重放装置 - Google Patents

一种基于可见光通信的高保真音频重放装置 Download PDF

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林晓明
赵文俊
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Abstract

本发明属于可见光通信技术领域，提供一种基于可见光通信的高保真音频重放装置，用以克服传统高保真音频重放装置中无线技术信道容量有限、操作复杂等缺点。本发明包括发送部分和接收部分，在发送部分中，原始音频信号输入编码器进行编码，再由OFDM调制器对编码后信号进行调制，输出调制信号送入LED驱动电路，LED驱动电路根据调制信号驱动LED阵列发送光信号；在接收部分中，可见光接收器接收光信号并将光信号转换为电信号，电信号经过放大电路信号放大后送入解调器，解调后信号通过解码器恢复为音频信号，通过高保真喇叭播放。本发明具有通信容量大、通信稳定、数据传输速度快、操作便捷等优点，适用于KTV、电影院、家庭影音系统中。

Description

一种基于可见光通信的高保真音频重放装置
技术领域
本发明属于可见光通信技术领域，具体涉及一种基于可见光通信的高保真音频重放装置。
背景技术
90年代发展起来的电子录音和回放的设备带给了人们听音乐时身临其境的感受。随着音频重放系统的不断发展，5.1声道、6.1声道、7.1声道等音响设备出现在了人们的生活中，这些音箱的出现满足了人们对声音品质的不断追求。
目前，市场上的音频重放装置主要分为有线和无线两类，有线的音频重放装置数据传输速度快，能够保证音频信号的高质量，但是有线音频重放装置传送在使用时必须考虑布线的问题，使用起来较为麻烦。无线音频重放装置采用的无线技术主要有2.4G无线技术、WiFi技术和蓝牙技术，这些技术均工作于2.4G ISM频段，易受干扰，无线通信稳定性不良，主要瓶颈在于数据的传输速率有限，用这些技术来传输高质量的信号势必会使音频质量受到较大损失。因此，目前的无线技术难以支持5.1声道、游戏等高临场感音频回放。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，提出了一种基于可见光通信的高保真音频重放装置，克服传统高保真音频重放装置中无线技术信道容量有限、操作复杂等缺点。本发明提供的基于可见光通信的高保真音频重放装置具有通信容量大、通信稳定、数据传输速度快、操作便捷等优点，适用于KTV、电影院、家庭影音系统中。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于可见光通信的高保真音频重放装置，包括发送部分和接收部分，其中，发送部分包括编码器、OFDM调制器、LED驱动电路、LED阵列，接收部分包括可见光接收器、放大电路、解调器、解码器、高保真喇叭；其特征在于，在发送部分中，原始音频信号输入编码器进行编码，再由OFDM调制器对编码后信号进行调制，所述OFDM调制器输出调制信号送入LED驱动电路，所述LED驱动电路根据调制信号驱动LED阵列发送光信号；在接收部分中，可见光接收器接收光信号并将光信号转换为电信号，电信号经过放大电路信号放大后送入解调器，解调后信号通过解码器恢复为音频信号，通过高保真喇叭播放。
进一步的，所述LED阵列中LED芯片数量满足如下表达式：
N＝EavA/ΦSUK，
其中，Eav为地面平均照度、ΦS为LED芯片额定总光通、N为芯片数量、U为利用系数、A为地面面积、K为维护系数。
所述可见光接收器采用光敏二极管。
本发明的工作原理如下：发送部分将接收到的音频信号进行编码，然后将编码后的多声道音频信号进行调制并通过LED灯发射，以广播形式发送到覆盖区域内；接收部分采用单声道接收高保真喇叭单元，可预设声道编号；整套音频系统可按需灵活搭配，构成双声道立体声重放系统、5.1声道重放系统等。
本发明的有益效果为：
1、通信容量大，支持多声道高保真数字音频重放，声道数目根据需要可随便改变；
2、通信稳定，无干扰，传输速度快；
3、使用方便灵活，可以根据实际需求调整音响位置。
附图说明
图1为本发明基于可见光通信的高保真音频重放装置原理图。
图2为本发明实施例中的LED高速调制驱动电路图，其中，晶体管BG1和BG2组成发射极耦合式开关，BG3和稳压二极管Dz组成恒流源电路，为LED支路提供稳定的驱动电流。
图3为本发明实施例中基于可见光通信的高保真音频重放装置的场景实施图，其中，3-1为音频输出设备，可以通过有线和无线的方式与发送部分连接；3-2为发送部分，3-3为接收部分。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供一种基于可见光通信的高保真音频重放装置，如图1所示，包括发送部分和接收部分，其中，发送部分包括编码器、OFDM调制器、LED驱动电路、LED阵列，接收部分包括可见光接收器、放大电路、解调器、解码器、高保真喇叭；其特征在于，在发送部分中，原始音频信号输入编码器进行编码，再由OFDM调制器对编码后信号进行调制，所述OFDM调制器输出调制信号送入LED驱动电路，所述LED驱动电路根据调制信号驱动LED阵列发送光信号；在接收部分中，可见光接收器接收光信号并将光信号转换为电信号，电信号经过放大电路信号放大后送入解调器，解调后信号通过解码器恢复为音频信号，通过高保真喇叭播放。
本实施例中，以PCM信号作为原始音频信号，5.1声道输出为例进行说明。
发送部分接收到PCM信号后将其送入AC-3编码器进行编码，编码后的帧格式为(SI|BSI|声道1|声道2|......|声道6|AUX|)在每个同步帧开始的同步信息(SI)的信头中，包含为了获得同步和维持同步所需要的信息。接着SI后面的是数码流信息(BSI)的信头；它包含描述编码数据流业务的各种参数。编码的音频样本块之后接着是一个辅助数据(AUX)字段。在每个同步帧结尾处是误码检验字段。声道1～声道n的每一块代表一个编码通道，分别代表L、R、C、Ls、Rs、LFE等各个声道，可以被分别独立解码，块的大小可以调整，但总的数据量不变。进行信道编码时在发送端加入差错控制码元，这样接收端在接收信号后不但能发现错码，还能将错码恢复成正确的值，这样可以提高信号接收的正确率。
OFDM调制器将音频数据流进行串并变换送入IFFT模块，采用sin(2π·Δf·t)，sin(2π·Δf·2t)，sin(2π·Δf·3t)，...，sin(2π·Δf·kt)作为正交子载波，Δf取15kHz，将并行数据分别调制到正交子载波上，然后叠加到一块形成一路信号，该模块通过FPGA编程实现。
LED高速调制驱动电路设计如图2所示，晶体管BG1和BG2组成发射极耦合式开关，BG3和稳压二极管Dz组成恒流源电路，为LED支路提供稳定的驱动电流。
LED照明光源可采用飞利浦公司生产的LED日光灯，功率为20W，在20m2的房间里采用4盏LED日光灯，满足地面光照强度为100lx(lx，勒克斯)的照明需求，四盏日光灯均匀分布在天花板上，光敏元件的灵敏度一般为0.50uA/uW，当不需要照明时可只开启靠近中心的一盏日光灯，亦可满足通信需求。
整个接收单元总体设计为具有接收、解调、选择能力的单声道有源音箱如图3中的3-3，共有六个接收单元。可见光接收器采用光敏元件作为主要器件，光敏元件采用PIN光电二极管或雪崩二极管。光接收器接收到可见光信号后将信号转换为电流信号，首先经过一级放大电路将接收到的信号进行放大，然后通过滤波电路滤去信号中的直流部分，剩下的交流信号再经过二级放大，为了防止还有直流成分存在，使被放大的信号再次经过滤波装置，放大电路利用三极管作为核心器件来设计，一级三极管由基极输入，集电极输出，进而从二级三极管的基极输入，集电极输出。将放大后的信号送入FFT模块，FFT模块将正交子载波上的调制信号解调出来，通过并串变换恢复编码后的音频信号，该部分通过FPGA实现。每个接收单元解码器只选择一个相应的声道信号进行解码，最后将解码后的单声道模拟信号送入高保真音频喇叭进行播放。六个高保真音频喇叭在相应位置同时播放六个声道的声音，实现5.1声道。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (3)

1.一种基于可见光通信的高保真音频重放装置，包括发送部分和接收部分，其中，发送部分包括编码器、OFDM调制器、LED驱动电路、LED阵列，接收部分包括可见光接收器、放大电路、解调器、解码器、高保真喇叭；其特征在于，在发送部分中，原始音频信号输入编码器进行编码，再由OFDM调制器对编码后信号进行调制，所述OFDM调制器输出调制信号送入LED驱动电路，所述LED驱动电路根据调制信号驱动LED阵列发送光信号；在接收部分中，可见光接收器接收光信号并将光信号转换为电信号，电信号经过放大电路信号放大后送入解调器，解调后信号通过解码器恢复为音频信号，通过高保真喇叭播放。
2.按权利要求1所述基于可见光通信的高保真音频重放装置，其特征在于，所述LED阵列中LED芯片数量满足如下表达式：
N＝EavA/ΦSUK，
其中，Eav为地面平均照度、ΦS为LED芯片额定总光通、N为芯片数量、U为利用系数、A为地面面积、K为维护系数。
3.按权利要求1所述基于可见光通信的高保真音频重放装置，其特征在于，所述可见光接收器采用光敏二极管。
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