CN108540144A - 一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机，所述蓝牙耳机包括主耳机和副耳机，所述主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层；所述副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层；其中所述第一蓝牙物理层包括第一2.4GHz射频模块和第一5GHz射频模块，所述第二蓝牙物理层包括与第一5GHz射频模块结构相同的第二5GHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块，其中所述第一2.4GHz射频模块与所述第一5GHz射频模块共用同一天线，所述第二2.4GHz射频模块与所述第二5GHz射频模块共用同一天线。本发明2.4GHz射频模块与5GHz射频模块共用同一天线，降低成本，射频载波采用5GHz频段，蓝牙跳频的信道换到了5GHz频段，增加了信道数。

Description

一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机。
背景技术
随着社会进步和人民生活水平的提高，耳机和音箱已成为人们生活中必不可少的生活用品。传统有线耳机通过导线连接播放设备，但会限制佩戴者的行动，尤其运动场合十分不便。普通蓝牙耳机取消了耳机和播放设备之间的连线，但左右耳之间仍然存在连线。真无线立体声(TWS)耳机和音箱应运而生。
现有的TWS耳机(或多箱)一种常用工作方式是主耳机(或主音箱)通过蓝牙1拖2技术同时连接智能设备和副耳机(或从音箱)，智能设备把左右声道音频数据同时发送到主耳机(或主音箱)，主耳机(或主音箱)保留其中一路声道的音频数据，把另一声道的音频数据发送到副耳机(或从音箱)，再通过同步机制两路声道同时播放。
低延时是其中的一个重要技术难点。延时主要取决于重传，虽然蓝牙标准有一定的纠错能力，但在空中信号质量差时很难起效，需要不断重传数据帧直到收对，否则听音乐就会卡顿。重传带来了延时的加大。
在蓝牙工作频段2.4GHz上，蓝牙、WiFi等设备很多，因此干扰往往比较严重，这些都会导致主副耳机(或音箱)之间的空中信号质量变差，最终导致卡顿或延时增大。
另外，由于高品质音乐播放要求更高的传输速率，所以当空中信号质量差时，蓝牙设备很难维持高码率传输，进而会严重影响音乐播放质量。
因此，为了解决上述技术问题，需要在维持高码率传输，保证音乐播放质量，降低耳机制作成本的一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机，所述蓝牙耳机包括主耳机和副耳机，
所述主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层；所述副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层；其中
所述第一蓝牙物理层包括第一2.4GHz射频模块和第一5GHz射频模块，所述第二蓝牙物理层包括与第一5GHz射频模块结构相同的第二5GHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块，其中所述第一2.4GHz射频模块与所述第一5GHz射频模块共用同一天线，所述第二2.4GHz射频模块与所述第二5GHz射频模块共用同一天线；
第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备通信，第一5GHz射频模块向所述第二5GHz射频模块发送音频，其中，
在所述第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送的音频前，对音频进行单声道信号编码，在所述第二5GHz射频模块接收到来自第一5GHz射频模块发送的单声道音频信号后，对接收到的单声道音频信号进行单声道解码。
优选地，所述第一蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
优选地，所述第二蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
优选地，所述第一2.4GHz射频模块包括2.4GHz锁相环、第一接收信号链路和第一发射信号链路。
优选地，所述第一接收信号链路包括依次进行信号传递的第一低噪放大器、第一混频器、第一滤波器、第一模数转换器和解调器。
优选地，所述第一发射信号链路包括依次进行信号传递的调制器、第一数模转换器、第二滤波器、第二混频器和第一功率放大器。
优选地，所述第一5GHz射频模块包括5GHz锁相环、第二接收信号链路和第二发射信号链路。
优选地，所述第二接收信号链路包括依次进行信号传递的第二低噪声放大器、第三混频器、复用的第一滤波器、复用的第一模数转换器和复用的解调器。
优选地，所述第二发射信号链路包括依次进行信号传递的复用的调制器、复用的第一数模转换器、复用的第二滤波器、第四混频器和第二功率放大器。
优选地，在所述第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送音频前，对来自智能设备的音频进行音频解码，分离出所述单声道音频信号，并对所述单声道音频信号进行Opus编码；
在所述第二5GHz射频模块接收到来自第一5GHz射频模块发送的单声道音频信号后，并对接收到的单声道音频信号进行Opus解码。
本发明2.4GHz射频模块与5GHz射频模块共用同一天线，降低成本，射频载波采用5GHz频段，蓝牙跳频的信道换到了5GHz频段，增加了信道数。
本发明提供的一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机，增加基于蓝牙协议栈的5GHz频段转发模式，即底层协议栈完全和蓝牙协议栈共用，射频部分增加5GHz射频模块，并且2.4GHz射频模块与5GHz射频模块共用同一天线，在提高音频播放品质的同时降低了制作成本。为了保证现有播放设备的兼容性，主耳机和播放设备之间仍然采用蓝牙连接，而主副耳之间蓝牙连接的射频链路从2.4GHz频段调整为5GHz频段，增强了主耳机与副耳机之间信息传输的抗干扰能力。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明蓝牙耳机的系统通信的框图；
图2示出了本发明蓝牙耳机的主耳机第一2.4GHz射频模块的结构框图；
图3示出了本发明蓝牙耳机的主耳机第一5GHz射频模块的结构框图；
图4示出了本发明主耳机向从耳机发送的音频的流程框图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，相关技术术语应当是本领域技术人员所熟知的。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。
如图1所示本发明蓝牙耳机的系统通信的框图，一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机包括主耳机100和副耳机200，主耳机100与副耳机200分别被佩戴于使用者的两个耳朵位置。耳机的机械结构制造为单独的两个耳机，并不由具体的耳机线或头带式的支架相连，减少的使用者由耳机线或头戴式支架的影响。本发明提供的一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机，在主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层101；副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层201；其中第一蓝牙物理层101包括第一2.4GHz射频模块和第一5GMHz射频模块，第二蓝牙物理层201包括与第一5GHz射频模块结构相同的第二5GHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块。其中第一2.4GHz射频模块与第一5GHz射频模块共用同一天线，第二2.4GHz射频模块与第二5GHz射频模块共用同一天线。
第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备300通信，第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送音频，第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送的音频包括单声道信号编码和单声道信号解码。
如图1所示，根据本发明音频播放设备300(例如手机，MP3，pad，电脑等音频播放设备)内置蓝牙协议栈，播放设备300蓝牙协议栈的蓝牙物理层301具有通用2.4GHz射频模块，与主耳机的第一蓝牙物理层101的第一2.4GHz射频模块实现微波通信，由音频播放设备将音频发送至主耳机。根据本发明，本实施例中内置于主耳机100的第一蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层102和主机控制接口103。内置副耳机200的第二蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层202和主机控制接口203。
主耳机100接收音频播放设备300的2.4GHz微波信号，内置于主耳机100的第一2.4GHz射频模块接收2.4GHz微波信号。第一2.4GHz射频模块件接收到的2.4GHz微波信号切换至5GHz微波信号，并与第一5GHz射频模块进行通信，将5GHz微波信号传递给第一5GHz射频模块，第一5GHz射频模块将5GHz的微波信号发射。内置于副耳机200的第二5GHz射频模块接收第一5GHz射频模块发射的5GHz的微波信号。主耳机100和副耳机200分别将接收到微波信号转换成声音信号送入使用者耳朵。需要说明的是，根据本发明的实施例，第一2.4GHz射频模块与第一5GHz射频模块共用同一天线，即主耳机100通过第一2.4GHz射频模块接收来自音频播放设备的微波信号的天线与主耳机100通过第一5GHz射频模块发送微波信号的天线为同一天线。
同样地，副耳机200的第二2.4GHz射频模块与第二5GHz射频模块共用同一天线。根据本发明的实施例，主耳机100通过第一5GHz射频模块向副耳机200的第二5GHz射频模块发送微波信号，在另一些实施例，主耳机100通过第一2.4GHz射频模块向副耳机200的第二2.4GHz射频模块发送微波信号。副耳机200的第二2.4GHz射频模块和第二5GHz射频模块共用同一天线接收来自主耳机100的第一2.4GHz射频模或第一5GHz射频模块发送的微波信号。
由于本发明所采用的蓝牙耳机主耳机100和副耳机200的蓝牙物理层结构相同，下面为了能够简洁的阐释本发明，实施例中仅对主耳机的第一蓝牙物理层101进行说明，副耳机则不再累述。如图2所示本发明蓝牙耳机的主耳机第一2.4GHz射频模块的结构框图400，第一2.4GHz射频模块包括线开关401、2.4GHz锁相环402、第一接收信号链路400a和第一发射信号链路400b。
第一接收信号链路400a包括依次进行信号传递的第一低噪放大器403、第一混频器404、第一滤波器405、第一模数转换器406、和解调器407。第一发射信号链路400b包括依次进行信号传递的调制器408、第一数模转换器409、第二滤波器410、第二混频器411和第一功率放大器412。2.4GHz锁相环402检测第一混频器404与第二混频器411的相位差，调整第一发射信号链路400b的输出信号。
如图3所示本发明蓝牙耳机的主耳机第一5GHz射频模块的结构框图500，第一5GHz射频模块包括第二接收信号链路500a和第二发射信号链路500b，以及与第一2.4GHz射频模块共用的天线开关401，天线开关控制第一2.4GHz射频模块和第一5GHz射频模块第一5GHz射频模块共用天线的开启。
第二接收信号链路500a包括依次进行信号传递的第二低噪声放大器502、第三混频器503、复用的第一滤波器405、复用的第一模数转换器406和复用的解调器407。第二发射信号链路500b包括依次进行信号传递的复用的调制器408、复用的第一数模转换器409、复用的第二滤波器410、第四混频器504和第二功率放大器505。5GHz锁相环501检测第三混频器503与第四混频器508的相位差，调整第二发射信号链路500b的输出信号，天线开关401开启，微波信号由天线发射。
结合图1至图3，根据本发明提供的高品质、低功耗的一拖二蓝牙耳机，主耳机100接收来自音频播放设备200的2.4GHz微波信号，第一蓝牙物理层101的第一2.4GHz射频模块通过天线开关401及第一接收信号链路400a的第一低噪放大器403、第一混频器404、第一滤波器405、第一模数转换器406和解调器407对2.4GHz微波信号进行处理为5GHz微波信号，并由第一发射信号链路400b的调制器408、第一数模转换器409、第二滤波器410、第二混频器411和第一功率放大器412以及天线开关401将处理后的5GHz微波信号输出。
主耳机100第一蓝牙物理层101的第一5GHz射频模块通过第二接收信号链路500a的第二低噪声放大器502、第三混频器503、复用的第一滤波器405、复用的第一模数转换器406和复用的解调器407接收5GHz微波信号，并由第二发射信号链路500b的复用的调制器408、复用的第一数模转换器409、复用的第二滤波器410、第四混频器504和第二功率放大器505将5GHz微波信号发射，天线开关401开启，5GHz微波信号由天线发射。
副耳机200第二蓝牙物理层201的第二5GHz射频模块接收主耳机100第一蓝牙物理层101的第一5GHz射频模块发射的5GHz微波信号。完成主耳机100和副耳机200之间的微波信号传递。上述微波信号传递过程中，在第一5GHz射频模块与第二5GHz射频模块之间通信时，副耳机200第二蓝牙物理层的第二2.4GHz射频模块处于关闭状态以降低功耗。在另一些实施例中，在第一2.4GHz射频模块与第二2.4GHz射频模块之间通信时，副耳机200第二蓝牙物理层的第二5GHz射频模块处于关闭状态以降低功耗。
第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备300通信，第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送音频，第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送的音频包括单声道信号编码和单声道信号解码。如图4所示本发明主耳机向从耳机发送的音频的流程框图，音频播放设备300播放音频信号(2.4GHz微波信号)，主耳机100接收到音频信号通过第一2.4GHz射频模块对信号处理为5GHz微波信号输出。在第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送音频(5GHz微波信号)前，对音频信号进行音频解码，分离出单声道音频信号，并对单声道音频信号进行Opus编码。编码后的单声道音频信号(5GHz微波信号)通过第一5GHz射频模块发送至副耳机的第二5GHz射频模块。
在第二5GHz射频模块接收到来自第一5GHz射频模块发送的单声道音频信号经过第二接收信号链路处理后，对接收到的单声道音频信号进行Opus解码，解码后的单声道音频信号信号输出至人耳。
本发明主耳机和副耳机可以实现角色交换，由于主耳机100的工作时间长于副耳机200，根据本发明，主耳机100的第一蓝牙芯片的蓝牙应用层上对主耳机电池电量进行监测；副耳机200的第二蓝牙芯片的蓝牙应用层上对副耳机电池电量进行监测。当两者电量插值小于预定阈值时，切换主耳机100和副耳机200，增加耳机使用时长。切换后开启副耳机200的第二2.4GHz射频模块，接收播放器300蓝牙物理层301的2.4GHz射频模块的2.4GHz微波信号。主耳机100和副耳机200切换后，重复上述射频链路的通信过程，这里具体不再累述。
本发明提供的一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机，增加基于蓝牙协议栈的5GHz频段转发模式，即底层协议栈完全和蓝牙协议栈共用，射频部分增加5GHz射频模块，并且2.4GHz射频模块与5GHz射频模块共用同一天线，在提高音频播放品质的同时降低了制作成本。本发明在5GHz频段上具有更多的频点，在蓝牙跳频(AFH)上相对普通蓝牙有更多的信道数。本发明为了保证现有播放设备的兼容性，主耳机和播放设备之间仍然采用蓝牙协议连接，而主副耳之间蓝牙连接的射频链路从2.4GHz频段调整为5GHz频段，增强了主耳机与副耳机之间信息传输的抗干扰能力。
本发明提供的一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机，主耳机对转发的单声道信号进行音频编码采用opus编码。Opus在相似音质下相比子带编码(sub-band coding，SBC)，高级音频编码(Advanced Audio Coding，AAC)等有更高的编码效率，能降低主耳机与副耳机的功耗。当传输信道较差时，Opus较高的编码效率使得可以增加重传次数，从而提高主从音耳机之间数据传送的可靠性。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种高品质、低功耗播放的一拖二蓝牙耳机，其特征在于，所述蓝牙耳机包括主耳机和副耳机，
所述主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层；所述副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层；其中
所述第一蓝牙物理层包括第一2.4GHz射频模块和第一5GHz射频模块，所述第二蓝牙物理层包括与第一5GHz射频模块结构相同的第二5GHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块，其中所述第一2.4GHz射频模块与所述第一5GHz射频模块共用同一天线，所述第二2.4GHz射频模块与所述第二5GHz射频模块共用同一天线；
第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备通信，第一5GHz射频模块向所述第二5GHz射频模块发送音频，其中，
在所述第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送的音频前，对音频进行单声道信号编码，在所述第二5GHz射频模块接收到来自第一5GHz射频模块发送的单声道音频信号后，对接收到的单声道音频信号进行单声道解码。
2.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
3.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第二蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
4.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一2.4GHz射频模块包括2.4GHz锁相环、第一接收信号链路和第一发射信号链路。
5.根据权利要求4所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一接收信号链路包括依次进行信号传递的第一低噪放大器、第一混频器、第一滤波器、第一模数转换器和解调器。
6.根据权利要求4所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一发射信号链路包括依次进行信号传递的调制器、第一数模转换器、第二滤波器、第二混频器和第一功率放大器。
7.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一5GHz射频模块包括5GHz锁相环、第二接收信号链路和第二发射信号链路。
8.根据权利要求7所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第二接收信号链路包括依次进行信号传递的第二低噪声放大器、第三混频器、复用的第一滤波器、复用的第一模数转换器和复用的解调器。
9.根据权利要求7所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第二发射信号链路包括依次进行信号传递的复用的调制器、复用的第一数模转换器、复用的第二滤波器、第四混频器和第二功率放大器。
10.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，在所述第一5GHz射频模块向第二5GHz射频模块发送音频前，对来自智能设备的音频进行音频解码，分离出所述单声道音频信号，并对所述单声道音频信号进行Opus编码；
在所述第二5GHz射频模块接收到来自第一5GHz射频模块发送的单声道音频信号后，并对接收到的单声道音频信号进行Opus解码。
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