CN108599844A - 一种基于可见光通信技术的同声传译装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可见光通信技术的同声传译装置及其工作方法。其中：所述发送模块包括四个数字音频采集单元、数据整合单元、LDPC编码单元、PPM调制单元、速率控制单元、LED光发射单元；所述接收模块包括光探测单元、信号提取单元、PPM解调单元、LDPC解码单元、RAM存储单元、语种选择单元、数字音频输出单元；所述发送模块和接收模块是基于ZYBO开发板为核心平台实现的；本发明的优点在于系统简洁，可自由选择语种音频，抗干扰能力强，特别适合安全保密场合。

Description

一种基于可见光通信技术的同声传译装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种同声传译装置，尤其是一种基于可见光通信技术的同声传译装置及其工作方法。

背景技术

近年来，随着全球范围内对清洁能源和绿色环保的高度重视，高亮度可见光LED由于其高能效、无污染等显著优点发展迅猛。LED正在逐步取代传统的白炽灯和荧光灯，成为下一代新型照明光源。LED的高速电光响应特性使得它们也可作为通信光源。可见光通信就是依靠LED发出人眼完全感觉不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。因此LED具有照明和通信的双重功能，其对频谱资源稀缺的今天有着重大意义。可见光通信(VLC)作为一项新兴的无线光通信技术，具有低碳环保，通信速度高，兼顾照明等明显优势，被《时代周刊》评为2011年全球50大科技发明之一。可见光通信技术及相关产品目前正处于产业化的前夜。

为了方便来自不同国家和地区的代表用自己熟悉的语言进行交流,在会议室、报告厅和多功能厅中需要安装同声传译系统。随着全球化交流的频繁，同声传译系统在不同语言的会议场合，发挥着越来越重要的作用。当前的同声传译系统根据通信的方式可分为有线和无线两种同声传译系统，其中有线设备体积较大，设备组成复杂，在会议室、报告厅和多功能厅中使用时需要较为繁琐的布线后才可以使用。无线同声传译系统多基于射频通信，一方面抗干扰能力较差，易受会场周围的低频电磁波干扰，另一方面由于采用射频电磁波作为载波通信，可以穿过门窗等障碍物，安全性差、容易被窃听。目前已有的同声传译系统都是需要提前设定好语种才能使用，不能自主地选择语种。

本发明提出一种基于可见光通信技术的同声传译装置及其工作方法，满足会议室、报告厅和多功能厅的国际化交流需求，符合当前多元化交流的时代背景。

发明内容

本发明针对当前同声传译系统存在的问题，提出一种基于可见光通信技术的同声传译装置及其工作方法，解决现有同声传译系统抗干扰能力差，安全性差和不能自主选择语种的问题。

为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，包括发送模块和接收模块；其特殊之处在于：

所述发送模块包括四个数字音频采集单元、数据整合单元、LDPC编码单元、PPM调制单元、速率控制单元、LED光发射单元；

所述速率控制单元的输出端与PPM调制单元的控制端连接；所述数据整合单元的输出端与LDPC编码单元的输入端连接；所述LDPC编码单元的输出端与PPM调制单元的输入端连接；所述PPM调制单元的输出端与LED光发射单元连接；

所述接收模块包括光探测单元、PPM解调单元、LDPC解码单元、RAM存储单元、逻辑控制单元、数字音频输出单元；

所述光探测单元的输出端与PPM解调单元的输入端连接，PPM解调单元的输出端与LDPC解码单元的输入端连接，LDPC解码单元的输出端与RAM存储单元的输入端连接；所述RAM存储单元的输出端与逻辑控制单元的输入端连接；所述逻辑控制单元的输出端与数字音频输出单元连接。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述四个数字音频采集单元的ADCDAT端与数据整合单元的输入端连接，四个数字音频采集单元采集的不同语种的音频数据通过ADCDAT端同步输入数据整合单元。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述四个数字音频采集单元中任选一路数字音频采集单元的BCLK端与速率控制单元的输入端连接，数字音频采集单元BCLK端输出的脉冲信号输入速率控制单元，通过BCLK脉冲的速率以控制PPM调制的速率，从而实现多语种同步。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述发送模块和接收模块是基于ZYBO开发板为核心平台实现的；

所述数据整合单元、PPM调制单元、速率控制单元、PPM解调单元、RAM存储单元、逻辑控制单元是基于ZYBO开发板的可编程逻辑FPGA实现的；

所述LDPC编码单元、LDPC解码单元是基于ZYBO开发板的ARM核实现的。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述LED光发射单元包括前置放大电路和LED驱动电路；所述前置放大电路由电阻R1、R2和运算放大器AD8065组成；所述运算放大器AD8065的同相输入端接收PPM调制单元的调制信号，电阻R1经过运算放大器AD8065的同相输入端接地；所述运算放大器AD8065的输出端经电阻R2与所述运算放大器AD8065的反向输入端组成负反馈电路；所述运算放大器AD8065的输出端通过电阻R3接LED驱动电路的输入端；所述LED驱动电路由电阻R4、场效应管2N7002和LED组成；所述场效应管2N7002的2脚接地，3脚与电阻R4、LED串联接5V VCC。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述光探测单元包括前置放大电路和阈值比较电路；所述前置放大电路由电阻R5、R6、R7、光电探测器PC10-6和运算放大器AD825组成；所述运算放大器AD825的同相输入端经过电阻R5和光电探测器PC10-6的并联电路接地；所述运算放大器AD825的输出端经电阻R6、R7与所述运算放大器AD825的反向输入端组成负反馈电路；所述运算放大器AD825的输出端与阈值比较电路的输入端连接；所述阈值比较器包括电位器R8和比较器LM393组成；所述比较器的反相输入端与电位器R8连接。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述数据整合单元包括四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4，寄存器R1和FIFO缓存器H1；所述四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4的输出端与寄存器R1的输入端连接；所述寄存器R1的输出端与FIFO缓存器H1的输入端连接。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述速率控制单元包括移位寄存器S1和二输入与门F1；所述移位寄存器S1的输入端IN与二输入与门F1的其中一个输入端连接，移位寄存器S1的输出端OUT取反与二输入与门F1的另一个输入端连接。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置，其中：所述逻辑控制单元包括寄存器R2、四选一多路选择器U1和RAM存储器M1；所述寄存器R2的输出端和四选一多路选择器U1的输入端连接；所述四选一多路选择器U1的输出端和RAM存储器M1的输入端连接。

一种基于可见光通信技术的同声传译装置的工作方法；其特殊之处在于，包括以下步骤：

(1)四个数字音频采集单元分别通过四个话筒对四个译员翻译的四种语种的模拟音频信号进行采集，并进行模数转换，转换后按数字音频格式输出数据，BCLK端输出位时钟，ADCDAT输出串行音频数据；

(2)数据整合单元同步读取四路数字音频信号，依次进行如下处理：

(2.1)四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4将四路ADCDAT串行音频数据转化为四路16位的并行数据；

(2.2)四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4每转换出四个16位的并行数据，寄存器R1就将四个16位的并行数据按照语种一、语种二、语种三、语种四的顺序按位拼接成一个64位的并行数据；并把这个64位的并行数据给FIFO缓存器进行缓存；

(2.3)一个64位的并行数据占FIFO缓存器的一个存储单元，FIFO缓存器不断对寄存器R1输出的64位并行数据进行缓存，直至FIFO缓存器满；

(3)四个数字音频采集单元中任一个的BCLK端输出的位时钟信号输入速率控制单元，速率控制单元对BCLK位时钟信号进行压缩，压缩成宽度为1个系统时钟周期宽度的脉冲信号，该信号作为启动信号输入PPM调制单元，每检测到一个脉冲，则启动一次PPM调制；

(4)LDPC编码单元从FIFO缓存器中读取数据，进行LDPC编码；

(5)PPM调制单元在接收到速率控制单元输出的启动信号后开始调制；

(6)光探测单元接收到光信号后，输出电信号到PPM解调单元；

(7)PPM解调单元对电信号进行解调输出到LDPC解码单元；

(8)LDPC解码单元对接收到的数据进行解码后输出到RAM存储单元；

(9)逻辑控制单元读取RAM存储单元的数据。然后进行如下操作：

(9.1)从RAM存储单元中读取64位混合语种的数字音频信号；

(9.2)并将一路64位混合语种的数字音频信号，按语种一、语种二、语种三、语种四的顺序分成四路16位不同语种的数字音频信号；

(9.3)读取用户的选择值，输出相应单一语种的数字音频信号到数字音频输出单元；

(10)数字音频输出单元经过数模转换输出单一语种的模拟音频信号。

与现有技术相比，本发明所具有的优点：

(1)系统简洁。本发明充分利用会议场所照明LED进行可见光通信，同声传译装置和照明系统融为一体，避免复杂的布线，系统非常简洁。

(2)多语种实时同步传译。本发明创新性的提出通过任选四路数字音频采单元输出的BCLK信号来启动PPM调制，实现发送端音频信号采集和接收端接收的音频信传译同步进行，与传统同声传译系统相比，延迟小，实时性强。在上述技术的基础上，本发明采用时分复用的技术实现了多语种的同步传译，接收端可自主选择语种。

(3)抗干扰能力强。本发明同声传译系统基于可见光通信技术，可避免会场其他电子设备带来的电磁场的干扰，也不会影响其他电子设备，因此声音清晰，抗干扰能力强。

(4)安全保密性强，本发明同声传译系统基于可见光通信技术，可见光传播具有方向性，不能绕过障碍物，不容易被窃听，安全保密性强，特别适用于安全保密要求高的场合。

附图说明

图1为本发明装置的组成框图。

图2为本发明数据整合单元的结构示意图。

图3为本发明速率控制单元的电路图。

图4为本发明速率控制单元的时序图。

图5为本发明逻辑控制单元的结构示意图。

图6位本发明LED光发射单元的电路原理图。

图7位本发明光探测单元的电路原理图。

图8为本发明场景实施图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实例来对本发明进行进一步的详细阐述与说明。

本发明提出了一种基于可见光通信技术的同声传译装置及其工作方法，如图1所示，包括发送模块和接收模块。发送模块包括四个数字音频采集单元、数据整合单元、LDPC编码单元、PPM调制单元、速率控制单元、LED光发射单元；接收模块包括光探测单元、PPM解调单元、LDPC解码单元、RAM存储单元、逻辑控制单元、数字音频输出单元。

数字音频采集单元通过四个话筒对四个译员翻译的四种语种的模拟音频信号进行采集，并进行模数转换输出数字音频信号；数字音频采集单元输出数字音频信号是按标准的数字音频格式输出的，其中BCLK端输出位时钟信号，ADCDAT端输出串行音频数据。四个数字音频采集单元的ADCDAT端与数据整合单元的输入端连接，四个数字音频采集单元采集的不同语种的音频数据通过ADCDAT端同步输入数据整合单元。

数据整合单元的结构示意图如图2所示，所述数据整合单元包括四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4，寄存器R1和FIFO缓存器H1；所述四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4的输出端与寄存器R1的输入端连接；所述寄存器R1的输出端与FIFO缓存器H1的输入端连接；数据整合单元主要是将四路不同语种的数字音频信号整合成一路混合语种的数字音频信号输出，其工作过程如下：四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4将四路ADCDAT端输入的串行音频数据转化为四路16位的并行数据；四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4每转换出四个16位的并行数据，寄存器R1就将四个16位的并行数据按照语种一、语种二、语种三、语种四的顺序按位拼接成一个64位的并行数据；并把这个64位的并行数据给FIFO缓存器进行缓存；一个64位的并行数据占FIFO缓存器的一个存储单元，FIFO缓存器不断对寄存器R1输出的64位并行数据进行缓存，直至FIFO缓存器满。

因为可见光通信的速率很快，远大于数字音频输出的速度，如果将采集到的四路数据直接发送到接收端，将导致数据在接受端堆积，会丢掉一些音频数据，导致声音错乱，本发明创新性的提出采用发送端的BCLK信号来启动PPM调制，也就是采集一组四路音频数据，发送一组四路音频数据，实现发送端音频信号采集和接收端接收的音频信号传译同步进行。工作过程如下：四个数字音频采集单元中任选一路数字音频采集单元的BCLK端与速率控制单元的输入端连接，数字音频采集单元BCLK端输出的位时钟脉冲信号输入速率控制单元，速率控制单元主要输入宽脉冲的BCLK位时信号压缩为1个系统时钟周期宽度的脉冲信号，该脉冲信号输出到PPM调制单元。每检测到一个脉冲，启动一次PPM调制。不能直接用BCLK输出的位时钟启动PPM调制，是因为内BCLK的脉宽很宽，一个BCLK脉冲将启动多次PPM调制，将导致采集一组四路音频数据，发送多组四路音频数据。

速率控制单元的电路图如图3所示，所述速率控制单元包括移位寄存器S1和二输入与门F1；移位寄存器S1的输入端IN与二输入与门F1的其中一个输入端相连，移位寄存器S1的输出端OUT取反与二输入与门F1的另一个输入端相连；PPM调制单元检测到窄脉冲的到来，就开始调制，否则不进行调制。这样就达到了速率控制的目的。其工作过程如下：由于数字音频采集单元产生的时钟BCLK，其脉冲宽度大于一个系统时钟的脉冲宽度，故需要对时钟BCLK的脉冲宽度进行压缩。当BCLK的上升沿到来时，移位寄存器输出的是低电平“0”。将移位寄存器的输出取反再与BCLK的输入相与，则可以得到一个系统时钟周期宽度的窄脉冲。速率控制单元的时序图如图4所示，BCLK经过压缩之后得到一个系统时钟周期宽度的窄脉冲。

逻辑控制单元的结构示意图如图5所示，所述逻辑控制单元包括寄存器R2、四选一多路选择器U1和RAM存储器M1；寄存器R2的输出端和四选一多路选择器U1的输入端相连；四选一多路选择器U1的输出端和RAM存储器M1的输入端相连；逻辑控制主要是根据用户的选择值来确定输出单一语种的数字语言信号。其工作过程如下：一路位宽为64位的混合语种的数字音频信号经过寄存器R2后变成四路16位的不同语种的数字音频信号，用户通过选择需要翻译的不同语种，产生不同的值给四选一多路选择器，并让其输出单一语种的数字音频信号到RAM存储器，RAM存储器输出到数字音频输出单元进行数模转换。最终用户在耳机处听到单一语种的模拟音频信号。

如图6所示，上述LED光发射单元包括前置放大电路和LED驱动电路；所述前置放大电路由电阻R1、R2和运算放大器AD8065组成；所述运算放大器AD8065的同相输入端接收PPM调制单元的调制信号，电阻R1经过运算放大器AD8065的同相输入端接地；所述运算放大器AD8065的输出端经电阻R2与所述运算放大器AD8065的反向输入端组成负反馈电路；所述运算放大器AD8065的输出端通过电阻R3接LED驱动电路的输入端；所述LED驱动电路由电阻R4、场效应管2N7002和LED组成；所述场效应管2N7002的2脚接地，3脚与电阻R4、LED串联接5V VCC；LED光发射单元主要是将PPM调制单元的调制信号加载在LED灯上。首先前置放大电路对调制信号进行放大，增强调制信号的带负载能力，然后LED驱动电路通过场效应管将调制信号加载在LED灯上，使LED高速亮灭传输数据信息。

如图7所示，上述光探测单元包括前置放大电路和阈值比较电路；所述前置放大电路由电阻R5、R6、R7、光电探测器PC10-6和运算放大器AD825组成；所述运算放大器AD825的同相输入端经过电阻R5和光电探测器的并联电路接地；所述运算放大器AD825的输出端经电阻R6、R7与所述运算放大器AD825的反向输入端组成负反馈电路；所述运算放大器AD825的输出端与阈值比较电路的输入端连接；所述阈值比较器包括电位器R8和比较器LM393组成；所述比较器的反相输入端与电位器R8连接；光探测单元主要是将光信号转化为电信号，恢复出原来的数据信息。首先前置放大电路将探测器产生的微弱电流进行跨阻放大，输出电压信号。然后阈值比较电路通过调节阈值与电压信号进行比较输出高低电平数据，恢复出原来的数据信息。

如图8是一种基于可见光通信技术的同声传译装置及方法的场景实施图。本发明主要是在使用不同国家代表参加的会议等场合，翻译人员处安置可见光同声传译装置的发送端，听众处安置可见光同声传译装置的接收端。演讲者在讲台上演讲时，翻译人员将实时的翻译，不同翻译人员翻译出不同语种的音频，同声传译系统的发送端实时采集不同的语种的音频，并通过会场LED传输出去，听众则可以通过同声传译系统的接收端语种选择按钮选择自己语种的音频来进行聆听，这样就实现了可见光通信技术的同声传译。

Claims (10)

1.一种基于可见光通信技术的同声传译装置，包括发送模块和接收模块；其特征在于：

所述发送模块包括四个数字音频采集单元、数据整合单元、LDPC编码单元、PPM调制单元、速率控制单元、LED光发射单元；

所述速率控制单元的输出端与PPM调制单元的控制端连接；所述数据整合单元的输出端与LDPC编码单元的输入端连接；所述LDPC编码单元的输出端与PPM调制单元的输入端连接；所述PPM调制单元的输出端与LED光发射单元连接；

所述接收模块包括光探测单元、PPM解调单元、LDPC解码单元、RAM存储单元、逻辑控制单元、数字音频输出单元；

所述光探测单元的输出端与PPM解调单元的输入端连接，PPM解调单元的输出端与LDPC解码单元的输入端连接，LDPC解码单元的输出端与RAM存储单元的输入端连接；所述RAM存储单元的输出端与逻辑控制单元的输入端连接；所述逻辑控制单元的输出端与数字音频输出单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

所述四个数字音频采集单元的ADCDAT端与数据整合单元的输入端连接，四个数字音频采集单元采集的不同语种的音频数据通过ADCDAT端同步输入数据整合单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

从四个数字音频采集单元中任选一路数字音频采集单元的BCLK端与速率控制单元的输入端连接，数字音频采集单元BCLK端输出的脉冲信号输入速率控制单元，通过BCLK脉冲的速率以控制PPM调制的速率，从而实现多语种同步。

4.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

所述发送模块和接收模块是基于ZYBO开发板为核心平台实现的；

所述四个数字音频采集单元，每一个单元均同时包括一个话筒和一个SSM2603数字芯片；

所述数据整合单元、PPM调制单元、速率控制单元、PPM解调单元、RAM存储单元、逻辑控制单元是基于ZYBO开发板的可编程逻辑FPGA实现的；

所述LDPC编码单元、LDPC解码单元是基于ZYBO开发板的ARM核实现的。

5.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

所述LED光发射单元包括前置放大电路和LED驱动电路；所述前置放大电路由电阻R1、R2和运算放大器AD8065组成；所述运算放大器AD8065的同相输入端接收PPM调制单元的调制信号，电阻R1经过运算放大器AD8065的同相输入端接地；所述运算放大器AD8065的输出端经电阻R2与所述运算放大器AD8065的反向输入端组成负反馈电路；所述运算放大器AD8065的输出端通过电阻R3接LED驱动电路的输入端；所述LED驱动电路由电阻R4、场效应管2N7002和LED组成；所述场效应管2N7002的2脚接地，3脚与电阻R4、LED串联接5V VCC。

6.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

所述光探测单元包括前置放大电路和阈值比较电路；所述前置放大电路由电阻R5、R6、R7、光电探测器PC10-6和运算放大器AD825组成；所述运算放大器AD825的同相输入端经过电阻R5和光电探测器的并联电路接地；所述运算放大器AD825的输出端经电阻R6、R7与所述运算放大器AD825的反向输入端组成负反馈电路；所述运算放大器AD825的输出端与阈值比较电路的输入端连接；所述阈值比较器包括电位器R8和比较器LM393组成；所述比较器的反相输入端与电位器R8连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

所述数据整合单元包括四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4，寄存器R1和FIFO缓存器H1；所述四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4的输出端与寄存器R1的输入端连接；所述寄存器R1的输出端与FIFO缓存器H1的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

所述速率控制单元包括移位寄存器S1和二输入与门F1；所述移位寄存器S1的输入端IN与二输入与门F1的其中一个输入端连接，移位寄存器S1的输出端OUT取反与二输入与门F1的另一个输入端连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信技术的同声传译装置；其特征在于：

所述逻辑控制单元包括寄存器R2、四选一多路选择器U1和RAM存储器M1；所述寄存器R2的输出端和四选一多路选择器U1的输入端连接；所述四选一多路选择器U1的输出端和RAM存储器M1的输入端连接。

10.一种基于可见光通信技术的同声传译装置的工作方法；其特征在于，基于权利要求1所述的装置，包括以下步骤：

(1)四个数字音频采集单元分别通过四个话筒对四个译员翻译的四种语种的模拟音频信号进行采集，并进行模数转换，转换后按数字音频格式输出数据，BCLK端输出位时钟，ADCDAT输出串行音频数据；

(2)数据整合单元同步读取四路数字音频信号，依次进行如下处理：

(2.1)四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4将四路ADCDAT串行音频数据转化为四路16位的并行数据；

(2.2)四个十六位串并转换器C1、C2、C3、C4每转换出四个16位的并行数据，寄存器R1就将四个16位的并行数据按照语种一、语种二、语种三、语种四的顺序按位拼接成一个64位的并行数据；并把这个64位的并行数据给FIFO缓存器进行缓存；

(2.3)一个64位的并行数据占FIFO缓存器的一个存储单元，FIFO缓存器不断对寄存器R1输出的64位并行数据进行缓存，直至FIFO缓存器满；

(3)四个数字音频采集单元中任一个的BCLK端输出的位时钟信号输入速率控制单元，速率控制单元对BCLK位时钟信号进行压缩，压缩成宽度为1个系统时钟周期的脉冲信号，该信号作为启动信号输入PPM调制单元；

(4)LDPC编码单元从FIFO缓存器中读取数据，进行LDPC编码；

(5)PPM调制单元在接收到速率控制单元输出的启动信号后开始调制；

(6)光探测单元接收到光信号后，输出电信号到PPM解调单元；

(7)PPM解调单元对电信号进行解调输出到LDPC解码单元；

(8)LDPC解码单元对接收到的数据进行解码后输出到RAM存储单元；

(9)逻辑控制单元读取RAM存储单元的数据。然后进行如下操作：

(9.1)从RAM存储单元中读取64位混合语种的数字音频信号；

(9.2)并将一路64位混合语种的数字音频信号，按语种一、语种二、语种三、语种四的顺序分成四路16位不同语种的数字音频信号；

(9.3)读取用户的选择值，输出相应单一语种的数字音频信号到数字音频输出单元；

(10)数字音频输出单元经过数模转换输出单一语种的模拟音频信号。