CN109076273B - 蓝牙麦克风 - Google Patents

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Abstract

一种蓝牙麦克风(10)包括控制器(MCU)和蓝牙收发器(12)，用于：与设备建立蓝牙配对连接；建立高级音频分发配置A2DP，与配对设备连接，从配对设备接收数据包序列，供麦克风解码；并且建立一个串行端口配置SPP，与配对设备连接，用于在接收到的数据包序列被解码以便传输到一组耳机时，基于麦克风换能器信号同时向配对设备发送数据包序列。

Description

蓝牙麦克风
技术领域
本发明涉及蓝牙麦克风。特别地，本发明涉及一种在麦克风和配对设备之间提供全双工通信的麦克风。
背景技术
目前市场上有大量的蓝牙音频产品促进配对的蓝牙设备之间的音频传输，例如，诸如通用计算机，平板电脑，智能手机或智能手表之类的主机计算设备之一，和麦克风，耳麦或耳机。几乎所有设备都采用两种配置中的一种：用于语音通信的HFP(免提配置)/HSP(耳机配置)；和用于播放音乐的高级音频分发配置(A2DP)。
HFP描述了如何利用主机计算设备，例如，移动电话，拨打和接听免提设备和耳机的电话。HFP支持HSP所支持的所有功能。HFP和HSP之间的唯一区别是HFP还支持附加功能，例如呼叫等待(CW)。HFP的典型配置是使用移动电话作为蓝牙主机的汽车。在汽车中，使用车载音频系统作为电话音频，并且在汽车中安装麦克风，用于发送外放的音频。在家庭或办公室环境中，HFP还可以用于个人计算机，以充当移动电话的扬声器。HFP和HSP都使用同步连接定向(SCO)来承载低质量单声道信道，即单声道扬声器声道被发送到单声道音频接收器，反之亦然。
通过操作A2DP，支持HFP/HSP这两种协议的设备在启用A2DP之前，会自动断开连接。每个A2DP服务，可能很多，被设计用于将去往或来自蓝牙主机的最多2声道立体声音频流单向传输。
然而，希望提供一种蓝牙设备，其利用配对设备提供高质量的双向全双工音频。
US 9167086公开了一种具有音频记录功能的无线耳机，包括用于接收用户产生的第一音频信号的麦克风，以及用于发送和接收无线电信号的蓝牙模块，其中由蓝牙模块接收的无线电信号包括第二音频信号。所述耳机包括：一个音频编码器/解码器，用于编码由麦克风接收的第一音频信号和由蓝牙模块接收的第二音频信号，以生成数据；和一个扬声器，连接到音频编码器/解码器，用于为用户播放第二音频信号；和一个存储器单元用于存储音频编码器产生的数据，以及一个控制单元，耦合到音频编码器/解码器，用于将数据传送到存储器单元。
发明内容
根据本发明的第一方面，根据权利要求1提供了一种蓝牙麦克风。
这种麦克风支持通过无线蓝牙在麦克风和配对设备之间双向同时传输音频数据。
实施例使用蓝牙串行端口配置文件(SPP)提供从麦克风到配对设备的音频传输。
一些实施例实现了蓝牙配对连接或麦克风与主计算设备之间的USB连接。
附图说明
现在将参考附图通过示例描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明实施例的蓝牙麦克风的示意图；
图2是图1的麦克风的处理组件的示意图；
图3示出了图1的麦克风使用SPP协议对记录的音频信号进行编码；
图4示出了由图1的麦克风维护的协议栈；和
图5是根据本发明第二实施例的蓝牙麦克风的一部分处理组件的示意图。
具体实施方式
现在参考图1，示出了根据本发明实施例的蓝牙麦克风10。蓝牙麦克风10具有通常的传统形状因子，具有通常为圆柱形的蓝牙收发器12，蓝牙收发器12的顶端包含麦克风换能器1。在麦克风10的底部，提供了2个连接器，第一个包括3.5mm立体声音频端口5，用于插入一对耳机(未示出)的插孔。(尽管如此，可以理解的是，可以提供任何合适的耳机连接器。)第二个包括微型USB端口8，USB引线可以连接到其中，用于为麦克风电子设备提供电池电力和/或为板载麦克风充电(未示出)。音量控制转盘4安装在麦克风主体的侧面，这使用户能够控制它们的录音音量。蓝牙天线3结合在麦克风10的主体内。集成的麦克风换能器1，蓝牙天线3，3.5mm端口5，USB端口8和音量控制转盘4中的每一个电连接到PCB 2。
应当理解，可以为麦克风10采用任何数量的形状因子，并且麦克风10可以包括任何数量的附加开关，例如开/关断路器，配对按钮，指示器，例如电池或音量水平指示器等。
现在参考图2，PCB 2包括一个微控制单元(MCU)和一个蓝牙收发器12。MCU支持A2DP配置15和SPP配置17。软件或MCU固件可以支持A2DP和SPP，但在任何情况下，模块15和17使MCU能够根据这些配置通过收发器12与配对设备通信。
A2DP 15模块用于与在配对设备上运行的专用控制应用程序(未示出)建立A2DP连接；使用A2DP连接通过蓝牙天线3从配对设备接收流式立体声信号；解码流传输的立体声信号；并且通过双D/A转换器22和双放大器24驱动解码的数字数据，其中模拟信号通过立体声插孔5以其它传统方式提供给任何连接的耳机。
麦克风换能器1通过音频放大器14和A/D转换器16将其单声道信号提供给MCU，其中数字数据由MCU音频编解码器18编码成合适的分组格式。(在一个实施例中，音量控制按钮可以直接连接以控制放大器14，而在其他实施例中，它连接到MCU的模拟端口，然后可以相应地控制记录体积。)在该实施例中，A/D转换器16将放大的麦克风信号转换成一个I2S信号。(I2S，也称为Inter-IC Sound，Integrated Interchip Sound，或IIS，是用于将数字音频设备连接在一起的电气串行总线接口标准。它用于在电子设备中的集成电路之间传送PCM音频数据。I2S总线将时钟和串行数据信号分开，从而产生比通常从数据流中恢复时钟的通信系统更低的抖动。)
通常，当将诸如模块17的SPP模块合并到蓝牙设备中时，设备能够与配对设备交换离散文件。当其中一个设备将音乐流式传输到另一个设备时，不会发生文件交换，但即使发生这种情况，交换也将由配对设备上的单独应用程序独立处理。
另一方面，在本发明的实施例中，主机计算设备和麦克风10之间的同时双向音频数据传输包括实现经由A2DP从成对设备到麦克风10的流传输音频信号的单向传输，如上所述，同时通过SPP从麦克风10实现音频信号的反向传输到配对设备。
更详细地，配对设备通常运行与麦克风10兼容的控制应用，并且被设置为向麦克风10提供高质量音频信号，并且同时从麦克风10接收记录信号。例如，典型的控制应用程序使音乐家能够在通过插入麦克风10的耳机收听背景音轨的同时录制音轨。
麦克风使音乐家可以选择他们想要的任何耳机，无论是耳罩式耳机，耳塞还是有源或无源降噪耳机。
这样，控制应用程序可以在配对设备上提供用户界面，使用户能够选择要播放的曲目并指示应该开始记录。(或者，麦克风也可以配备一个记录按钮，用户可以按下该按钮向主机发出记录开始的信号。)
在任何情况下，一旦记录请求已经从应用程序内或通过蓝牙链接发送到控制应用程序，SPP链接请求就被发送到麦克风10。
在启动SPP信道的同时，控制应用程序开始使用A2DP信道发送背景音乐，使得麦克风10经由A2DP模块15从配对设备接收音乐数据。
一旦麦克风10接收到发起SPP信道的请求，就在配对设备和麦克风10之间建立SPP信道。在SPP信道已经成功建立之后，A/D转换器16和编解码器18被激活。
A/D转换器16可以在一定范围的采样频率内工作，例如，从8kHz-192kHz，特别是在标准频率，例如12kHz，16kHz，32kHz，44.1kHz，48kHz和96kHz，以及比特率，例如，8，12，16，24或32位。通常，编解码器18以诸如AAC，MP3，WMA，aptX等标准编码格式对固定数量的采集点进行编码。例如，对于44.1kHz和16位精度的采集速率，通常将1152个采集点编码为一个小组。使用MP3格式，这些采集点将成为一帧编码数据。
图3示出了m位数据的集合，其中例如m＝8或16，由A/D转换器16提供给编解码器18。A/D转换器以所需的采样频率获取n个数据采样点，并且比特率和这些数据采样点形成一组数据，其由编解码器18以诸如AAC，MP3，WMA，aptX或任何其他格式进行编码以生成数据帧。然后通过SPP模块17发送每帧数据。该过程连续进行直到记录停止，从而麦克风10可以向配对设备提供连续的即时数据传输。
在麦克风10内完成帧的编码处理之后，麦克风10通过模块17提供的SPP信道将该数据帧发送到控制应用程序。控制应用程序因此将接收可以存储的数据帧。按时间顺序排列为音频文件。
为了确保记录数据的连续性和准确性，可以通过MCU内的发送缓冲器(未示出)发送编码的音频数据帧。因此，可以在MCU内高速缓存一定量的记录音频数据，使得可以从麦克风10和托管控制应用的配对设备之间的任何瞬时通信丢失中恢复。
一旦SPP通信恢复，麦克风10就可以重新开始从缓冲器发送数据，直到缓存再次为空。
类似地，MCU可以包括用于从配对设备接收的分组的接收缓冲器(未示出)，使得可以比播放分组更快地接收分组。这使得即使在存在通信阻塞的情况下，麦克风10也能够将接收的音频平滑地中继到耳机。
通常，通过SPP信道从麦克风10接收编码音频分组的控制应用程序可以简单地存储音频数据。然后，存储的麦克风音频数据可以由控制应用程序或任何其他设备上的任何其他应用程序根据需要重放，与控制应用程序最初提供的音频数据同步，以提供原始音频数据的重叠轨道。
或者，控制应用程序实际上可以播放麦克风音频数据，因为它在配对设备自己的扬声器上或通过连接到配对设备的扬声器(甚至可能是无线扬声器)接收。
为了完整起见，图4示出了在会话期间操作的完整协议栈，其中麦克风10将音频流式传输到配对设备并从配对设备接收流式音频。如可以看到的，可以使用L2CAP协议将每个A2DP和SPP会话数据传递到ACL链路管理器或从ACL链路管理器传递。在备选实施例中，分组可以通过主机控制器接口(HCI)传递。
现在参照图5，在本发明的第二实施例中，蓝牙麦克风被安排成选择性地连接到主机设备，不是单独使用蓝牙配对连接，而是通过适配的USB连接器8'。
通常，对于提供与主机设备的有线或无线连接的蓝牙麦克风，通过可拆卸的模拟音频电缆提供有线连接，该模拟音频电缆将麦克风上的3.5mm端口连接到主机设备上的3.5mm端口。
在图5的实施例中，不仅USB连接器8'的Vcc引脚经由电源管理电路50连接以对板载麦克风电池52进行涓流充电，而USB麦克风引脚D-和D+连接到MCU相应的端口上。(麦克风线D-，D+中的一个可以与地对应而不是如图所示的差分信号。)
在该实施例中，所有处理块也可以包括在如图2中描述的麦克风中，并且在不相关的情况下，在不相关的地方，没有关于图5进一步描述它们。
在图5中，麦克风包括ON/OFF按钮S1。MCU开始处于待机模式，通过端口I/O1感测到按下ON/OFF按钮S1，并且响应，进入蓝牙配对模式并以常规方式与主计算设备建立蓝牙配对连接。然后，麦克风可以以与图2的麦克风10相同的方式操作，同时提供麦克风记录和流式传输到耳机，或者麦克风可以充当专用蓝牙麦克风。
应当理解，在图5的麦克风用作专用麦克风的情况下，它不需要使用图2的麦克风10的特殊SPP配置文件，而是可以使用任何传统配置文件将麦克风信号流式传输到主机设备。在此模式下，麦克风可与主机设备上运行的任何应用程序兼容。
另一方面，如果麦克风通过USB电缆连接到主计算设备，则MCU通过端口I/O2感测连接。在这种情况下，麦克风切换以充当通过电源管理电路50供电的USB麦克风，并将来自A/D转换器16的麦克风信号提供给USB麦克风线D-和D+。(在图5中，该连接显示为通过A/D转换器16和MCU提供，但是与USB插座8'的连接也可以利用来自放大器14的分立电路与MCU一起实现。)在任何情况下，应当理解，不需要使用用于蓝牙通信的编解码器18(以及可能的A/D转换器16)，并且可以将未编码的模拟信号直接提供给主计算设备。
在此模式下拔下USB电缆时，麦克风会自动切换回待机模式。
如果用户通过USB电缆将图5的麦克风连接到电源适配器，则麦克风电池52可以通过电源管理电路50以传统方式简单地充电。使用图5的电路，MCU可能无法感知差异，然而，在连接到电源适配器或主机计算设备之间，可以看出，在这种情况下，当麦克风正在通电而电池52没有被排空时，MCU向麦克风线D-和D+提供麦克风信号并不是一个缺点。尽管如此，如果MCU可以感测主机计算设备提供的Vcc与电源适配器之间的差异并感测后者，则麦克风MCU可以在电池充电时保持待机模式。
应当理解，通过将USB左和右音频信号引脚(未示出)连接到MCU的相应端口(未示出)，可以进一步扩展图5的麦克风的功能–麦克风分享公共线路。在这种情况下，一旦MCU如上所述切换到USB麦克风模式，左和右音频信号可以由MCU直接或通过分立电路提供给双放大器24，绕过使用的解码器20和D/A转换器22用于蓝牙通信。
在任何一种情况下，USB麦克风模式都优先于蓝牙操作，因此，如果MCU检测到Vcc，则任何蓝牙配对连接都将断开。

Claims (13)

1.一种蓝牙麦克风(10)，其特征在于，包括：一个传感器(1)，用于提供声信号的电子表示；
一个模拟-数字转换器(16)，用于将所述电子表示转换为数字信号；
一个控制器(MCU)；
一个数字-模拟转换器(22)，用于将数字立体声信号转换成适合传输到一组耳机的立体声模拟信号；和
一个蓝牙收发器(12)，用于提供与蓝牙配对设备的蓝牙配对连接；
所述控制器(MCU)包括：
一个编解码器(18)，用于根据所述数字信号产生第一数据包序列；和
一个解码器(20)，用于将接收的第二数据包序列转换为数字立体声信号；
其中所述控制器(MCU)，用于：
通过所述蓝牙收发器(12)建立与所述蓝牙配对设备的蓝牙配对连接；
建立高级音频分发配置(A2DP)，与所述蓝牙配对设备连接，从所述蓝牙配对设备接收所述解码器(20)的所述第二数据包序列；和
建立串行端口配置(SPP)，与蓝牙配对设备的连接，用于在所述接收的第二数据包序列被解码以便传输到所述一组耳机时，将基于所述数字信号的所述第一数据包序列同时发送到所述蓝牙配对设备。
2.根据权利要求1所述的蓝牙麦克风，其特征在于，还包括音量控制器，用于指示记录所述声信号的所需音量。
3.根据权利要求1所述的蓝牙麦克风，其特征在于，还包括一个端口(5)，用于插入耳机的插孔，将所述立体声模拟信号发送到所述耳机。
4.根据权利要求1所述的蓝牙麦克风，其特征在于，还包括用于接收USB引线的USB插座，所述插座可操作地连接到可再充电电池，用于对所述蓝牙麦克风充电。
5.根据权利要求1所述的蓝牙麦克风，其特征在于，还包括所述模拟-数字转换器(16)，用于对8kHz-192kHz之间的所述声信号进行采样。
6.根据权利要求1所述的蓝牙麦克风，其特征在于，所述模拟-数字转换器(16)用于提供所述声信号的8位到32位分辨率之间的数字表示。
7.根据权利要求1所述的蓝牙麦克风，其特征在于，所述编解码器(18)用于对AAC，MP3，WMA或aptX格式之一的数字信号进行编码。
8.根据权利要求1所述的蓝牙麦克风，其特征在于，所述控制器包括缓冲器，当所述蓝牙配对设备通信可用时，基于所述数字信号的所述第一数据包序列通过所述缓冲器被发送到所述蓝牙配对设备。
9.根据权利要求4所述的蓝牙麦克风，其特征在于，所述USB插座包括连接到所述控制器的USB插座麦克风引脚。
10.一种蓝牙麦克风系统，包括根据权利要求1所述的蓝牙麦克风和蓝牙配对设备，在蓝牙配对设备上运行控制应用程序时，使蓝牙配对设备能够执行：
与所述蓝牙麦克风建立配对连接；建立与蓝牙麦克风的高级音频分发配置(A2DP)连接，以将所述解码器的第二数据包序列发送到所述蓝牙麦克风；和
建立与蓝牙麦克风的串行端口配置(SPP)连接，用于在所述第二数据包序列被发送到所述蓝牙麦克风时同时从所述蓝牙麦克风接收所述第一数据包序列。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制应用程序还用于提供用户界面，使用户能够通过所述A2DP连接选择要流式传输到所述蓝牙麦克风的音频文件。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制应用程序还被安排成提供用户界面，使用户能够启动所述A2DP和SPP连接中的每一个，开始流式传输所选择的音频文件，并开始接收来自所述蓝牙麦克风的第一数据包序列。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制应用程序还用于将所述接收的第一数据包序列存储为音频文件。
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