CN109218944B - 一种基于有线麦克风长距离传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于单电缆的数字音频长距离传输方法，包括：上电延时切换器未切换时，微处理器计算数据接收总延时；上电延时切换器切换后，同步单元根据数据接收总延时进行时钟与数据同步处理，PDM解调单元解调麦克风PDM数据为并行数据。本发明还提供一种基于单电缆的数字音频长距离传输系统，包括：麦克风模块、微处理器及线缆。打破了现有有线麦克风传输距离短的限制，具有较高的性价比的同时做到稳定的长距离传输，而且解决了长距离传输时供电繁琐性问题，既提升数据传输的保密性，而且使得声音的还原度更高、更加准确。

Description

一种基于有线麦克风长距离传输方法及系统

技术领域

本发明属于麦克风音频信号传输技术领域，尤其涉及一种基于单电缆的数字音频长距离传输方法及系统。

背景技术

麦克风是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，当前广泛使用的麦克风包括电容麦克风和驻极体麦克风，一个典型的驻极体麦克风一般由一个驻极体容器、一个模拟预放大器、一个PDM调制器和接口逻辑组成。

麦克风在传输方面分为有线传输和无线传输两个方面，无线麦克风因其方便携带，深受人们喜爱，而有线麦克风在成本控制，声音还原度的优良表现也占据一席之地。但是，由于无线麦克风是在有线麦克风的基础上发展起来的，无线麦克风在音质，抗干扰性和保密安全方面都无法超过有线麦克风，无线麦克风需加调频发射和接收机，在成本和电池供电损耗方面都不及有线麦克风。然而有线麦克风，传统采用的是幻象供电电容麦克风，是模拟音频传输方式，对幻象电源要求较高，即纹波要小，电压稳定，内阻小，电流足够。因为纹波如果不够小，经高增益的放大后，扬声器中可听到难以接受的纹波噪声，而如果内阻不够小，可能会产生自激振荡。当幻象供电电容麦克风传输线路越长，信号强度降低，频率响应越差，对于模拟的传输方式，容易引人噪声。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于单电缆的数字音频长距离传输方法及系统，以解决目前有线麦克风存在无法高性价比的稳定长距离传输，且长距离传输时供电繁琐、要求高的技术问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供基于单电缆的数字音频长距离传输方法，包括：麦克风模块的上电延时切换器未切换时，微处理器计算数据接收总延时；所述麦克风模块的上电延时切换器切换后，所述微处理器发送时钟信号经由线缆的时钟通道至所述麦克风模块的PDM音频接口；所述微处理器接收所述麦克风模块的PDM音频接口输出的数据，所述微处理器的同步单元根据所述数据接收总延时进行时钟与数据同步处理；所述微处理器的PDM解调单元将所述同步单元同步后的数据进行PDM数据解调，解调为并行数据。

在一些可选的实施例中，该方法之前还包括：将所述麦克风模块通过所述线缆连接至所述微处理器，此时，所述麦克风模块上电。

在一些可选的实施例中，所述的基于单电缆的数字音频长距离传输方法，还包括：所述微处理器对所述线缆的数据通道进行循环检测，检测所述线缆的数据通道是否出现长时间未跳变的情况；若所述线缆的数据通道出现长时间未跳变的情况，则判定所述线缆已断开连接，等待麦克风模块重新上电连接，否则，继续循环检测。

在一些可选的实施例中，所述微处理器计算数据接收总延时的过程包括：所述麦克风模块的上电延时切换器未切换时，所述微处理器发送标识串经由所述线缆的时钟通道至所述麦克风模块，并由所述麦克风模块的上电延时切换器切回所述线缆的数据通道；所述微处理器接收由所述线缆的数据通道返回的指定的所述标识串，记录所述标识串自所述微处理器发出至所述标识串被所述微处理器回环接收到所消耗的时间作为数据接收总延时。

在一些可选的实施例中，所述同步单元根据所述数据接收总延时进行时钟与数据同步处理的过程中，同步处理是指采用另一高出若干倍的时钟频率将接收到的数据与对应发送的时钟信号根据所述数据接收总延时进行重新对齐。

在一些可选的实施例中，所述线缆为双绞线的网线。

在一些可选的实施例中，提供一种基于单电缆的数字音频长距离传输系统，包括：麦克风模块、微处理器及线缆，所述麦克风模块与所述微处理器通过所述线缆通讯连接；所述麦克风模块包括：上电延时切换器、PDM音频接口及用于与所述微处理器通信的麦克风端RS485收发器，所述上电延时切换器用于所述线缆的时钟通道与数据通道之间的切换；所述微处理器包括：PDM解调单元、同步单元及用于与所述麦克风通信的处理器端RS485收发器，所述同步单元用于计算数据接收总延时并根据所述数据接收总延时进行时钟与数据同步处理，所述PDM解调单元用于将所述同步单元同步后的数据进行PDM数据解调，解调为并行数据。

在一些可选的实施例中，所述PDM解调单元包括：检测子单元，所述检测子单元用于对所述线缆的数据通道进行循环检测，检测所述线缆的数据通道是否出现长时间未跳变的情况；若所述线缆的数据通道出现长时间未跳变的情况，则判定所述线缆已断开连接，等待麦克风模块重新上电连接，否则，继续循环检测。

在一些可选的实施例中，所述上电延时切换器包括：电子开关及RC电路。

在一些可选的实施例中，所述线缆为双绞线的网线。

本发明所带来的有益效果：将微处理器和麦克风模块端通过一条网线连接传输，打破了现有有线麦克风传输距离短的限制，具有较高的性价比的同时做到稳定的长距离传输，而且解决了长距离传输时供电繁琐性问题，为需要高保密，声音还原度高，长距离传输的麦克风应用场景提供了有效的解决方法，即既提升数据传输的保密性，而且使得声音的还原度更高、更加准确。相对于传统的幻象供电方式，本方法可使供电传输更加可靠，可以实现控制信号双向传输，采用数字麦，避免反复AD，DA操作。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明基于单电缆的数字音频长距离传输方法的流程示意图；

图2是本发明麦克风模块、线缆及微处理器的线路走向示意图；

图3是本发明基于单电缆的数字音频长距离传输系统的示意图；

图4是本发明上电延时切换器的电路图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。

如图1和2所示，在一些说明性的实施例中，提供一种基于单电缆的数字音频长距离传输方法，包括：

101：将麦克风模块通过线缆连接至微处理器，此时，麦克风模块上电。

102：麦克风模块的上电延时切换器未切换时，微处理器计算数据接收总延时。

其中，微处理器计算数据接收总延时的过程包括：

1021：麦克风模块的上电延时切换器未切换时，微处理器通过麦克风端RS485收发器发送标识串，标识串经由线缆的时钟通道至麦克风模块，标识串由麦克风模块的上电延时切换器切回线缆的数据通道，返回至微处理器。

1022：微处理器通过处理器端RS485收发器接收由线缆的数据通道返回的指定的标识串，记录标识串自微处理器发出至标识串被微处理器回环接收到所消耗的时间，这个消耗的总时间即可作为数据接收总延时。

其中，计算数据接收总延时需考虑到标示串经过的中间器件的固有延时，中间器件包括：上电延时切换器、麦克风模块端RS485收发器以及处理器端RS485收发器。

由微处理器发出的标识串到线缆的时钟通道，最后连接到麦克风模块的PDM音频接口的时钟管脚，总延时为线缆长度产生的延时加上麦克风模块端RS485收发器以及处理器端RS485收发器的固有延时。而由麦克风模块的PDM音频接口的数据管脚输出的数据经上电延时切换器到线缆的数据通道，最后由微处理器接收，总延时为线缆长度产生延时加上上电延时切换器、麦克风模块端RS485收发器以及处理器端RS485收发器的固有延时。而通过回环接收到指定的标识串产生的总延时，即数据接收总延时，为一个来回的两倍线缆长度延时加上一个上电延时切换器、两个麦克风模块端RS485收发器、两个处理器端RS485收发器的固有延时。其中麦克风模块的PDM音频接口从提供时钟到输出数据的延时由于数值相对太小，可忽略不计，所以回环得到的总延时，即数据接收总延时，等于正常接收数据时所产生的延时。

微处理器发送的标识串是由指定频率的一连串0电平和1电平的组合。微处理器可以选用低端CPLD完成，例如麦克风PDM音频接口的时钟管脚所需输入时钟1.024Mhz，采用高出N倍的时钟如18.432Mhz生产特殊标识串如30'b11111_00000_11111_00000_11111_00000输出。对长线传输为提高信号传输可靠性，使信号对传输线的电磁干扰减少，传输的数据趋于直流平衡，对特殊标识串之外区域应采用DC平衡编码。

通过回环得到的指定的标识串,判断除了跳变边缘的两位外的其他标识位{[28:26],[23:21],[18:16],[13:11],[8:6],[3:1]}＝＝18'b111_000_111_000_111_000，当判断的结果相等时，可以在上电延时切换器未切换前的固定时间里，反复确认，记下标识串从发送到接收到所消耗的时间作为数据接收总延时。采用高出麦克风PDM采样时钟18倍的18.432Mhz是为对齐麦克风PDM采样时钟和输出数据时增大单位精度。在判断接收到的标识串时忽略跳变边缘的两位是为了避免采样时没对齐所造成的采样错误，而通过反复确认的方法可以排除掉因个别噪声产生的错误。

103：麦克风模块的上电延时切换器切换后，微处理器发送时钟信号经由线缆的时钟通道至麦克风模块的PDM音频接口的时钟管脚。麦克风模块PDM音频接口时钟由微处理器发送，而不在麦克风模块增加时钟晶振电路，是为了降低成本提高可靠性，当微处理器连接多路麦克风模块时，可避免因时钟不同源而增加处理的繁琐性。

104：麦克风模块的PDM音频接口输出的数据经线缆的数据通道传输至微处理器，微处理器接收微处理器的同步单元根据数据接收总延时进行时钟与数据同步处理。同步处理所考虑的延时为标识串从发送到接收到所消耗的线路总延时，即数据接收总延时，数据接收总延时为接收到的数据延后对应发出时钟的时间。同步处理是指采用另一高出若干倍的时钟频率将接收到的数据与对应发送的时钟信号根据所述数据接收总延时进行重新对齐。

105：微处理器的PDM解调单元将所述同步单元同步后的数据进行PDM数据解调，解调为并行数据。解调过程由一个N级CIC滤波器进行抽取补偿及直流消除，最终输出PCM的并行信号，其中N级CIC滤波器由N级积分器、抽取器和N级梳状滤波器三部分组成。

106：微处理器对所述线缆的数据通道进行循环检测，检测所述线缆的数据通道是否出现长时间未跳变的情况。

107：若所线缆的数据通道出现长时间未跳变的情况，则判定线缆已断开连接，等待麦克风模块重新上电连接，否则，继续循环检测。

当微处理器接收到的数据出现长时间没跳变时，判断连接线缆已断开，是因为当PDM脉冲密度调制信号正常工作时，输出数据不会出现长时间不跳变的情况，循环判断是为了在刚连接线缆上电时，在上电延时切换器未切换前的固定时间里确保计算出不同长度线缆的延时。

线缆为双绞线的网线，所需线条有电源线、地线、时钟差分线、数据差分线。

如图4所示，上电延时切换器包括：电子开关及RC电路。电子开关的型号可选为SN74LVC1G3157DCK，RC电路可选用220K电阻和4.7uF电容组合，可根据实际使用情况调整电阻和电容的数值到达延时切换的效果。使用RC电路延时导通的方式控制电子开关的切换省下麦克风模块端处理芯片的需要，提高性价比。

如图2和3所示，在一些说明性的实施例中，提供一种基于单电缆的数字音频长距离传输系统，包括：麦克风模块1、微处理器2及线缆3，麦克风模块1与微处理器2通过线缆3通讯连接。

麦克风模块1包括：上电延时切换器11、PDM音频接口12及用于与微处理器2通信的麦克风模块端RS485收发器13。微处理器2包括：PDM解调单元21、同步单元22及用于与麦克风模块1通信的处理器端RS485收发器23。线缆3为网线，具体为四对双绞线的八芯网线，所需线条有电源线、地线、发送时钟差分线、接收时钟差分线、接收数据差分线，剩下的两根线条作为控制信号的传输。

上电延时切换器11用于线缆的时钟通道与数据通道之间的切换。上电延时切换器11未切换时，微处理器1通过麦克风模块端RS485收发器13发送标识串，标识串经由线缆的时钟通道至麦克风模块1，标识串由麦克风模块的上电延时切换器11切回线缆的数据通道，返回至微处理器2。

同步单元22用于计算数据接收总延时并根据数据接收总延时进行时钟与数据同步处理。微处理器2通过处理器端RS485收发器23接收由线缆的数据通道返回的指定的标识串，记录标识串自微处理器2发出至标识串被微处理器2回环接收到所消耗的时间，这个消耗的总时间即可作为数据接收总延时。同步处理所考虑的延时为标识串从发送到接收到所消耗的线路总延时，即数据接收总延时，数据接收总延时为接收到的数据延后对应发出时钟的时间。同步处理是指采用另一高出若干倍的时钟频率将接收到的数据与对应发送的时钟信号根据所述数据接收总延时进行重新对齐。

由微处理器发出的标识串到线缆的时钟通道，最后连接到麦克风模块的PDM音频接口的时钟管脚，总延时为线缆长度产生的延时加上麦克风模块端RS485收发器以及处理器端RS485收发器的固有延时。而由麦克风的PDM音频接口的数据管脚输出的数据经上电延时切换器到线缆的数据通道，最后由微处理器接收，总延时为线缆长度产生延时加上上电延时切换器、麦克风模块端RS485收发器以及处理器端RS485收发器的固有延时。而通过回环接收到指定的标识串产生的总延时，即数据接收总延时，为一个来回的两倍线缆长度延时加上一个上电延时切换器、两个麦克风模块端RS485收发器、两个处理器端RS485收发器的固有延时。其中麦克风模块的PDM音频接口从提供时钟到输出数据的延时由于数值相对太小，可忽略不计，所以回环得到的总延时，即数据接收总延时，等于正常接收数据时所产生的延时。

微处理器2发送的标识串是由指定频率的一连串0电平和1电平的组合。微处理器2可以选用低端CPLD完成，例如麦克风PDM音频接口12的时钟管脚所需输入时钟1.024Mhz，采用高出N倍的时钟如18.432Mhz生产特殊标识串如30'b11111_00000_11111_00000_11111_00000输出。对长线传输为提高信号传输可靠性，使信号对传输线的电磁干扰减少，传输的数据趋于直流平衡，对特殊标识串之外区域应采用DC平衡编码。

通过回环得到的指定的标识串,判断除了跳变边缘的两位外的其他标识位{[28:26],[23:21],[18:16],[13:11],[8:6],[3:1]}＝＝18'b111_000_111_000_111_000，当判断的结果相等时，可以在上电延时切换器11未切换前的固定时间里，反复确认，记下标识串从发送到接收到所消耗的时间作为数据接收总延时。采用高出麦克风PDM采样时钟18倍的18.432Mhz是为对齐麦克风PDM采样时钟和输出数据时增大单位精度。在判断接收到的标识串时忽略跳变边缘的两位是为了避免采样时没对齐所造成的采样错误，而通过反复确认的方法可以排除掉因个别噪声产生的错误。

PDM解调单元21用于将同步单元22同步后的数据进行PDM数据解调，解调为并行数据。解调过程由一个N级CIC滤波器进行抽取补偿及直流消除，最终输出PCM的并行信号，其中N级CIC滤波器由N级积分器、抽取器和N级梳状滤波器三部分组成。

PDM解调单元21包括：检测子单元。检测子单元用于对线缆的数据通道进行循环检测，检测线缆的数据通道是否出现长时间未跳变的情况；若线缆的数据通道出现长时间未跳变的情况，则判定所述线缆已断开连接，等待麦克风模块重新上电连接，否则，继续循环检测。当微处理器接收到的数据出现长时间没跳变时，判断连接线缆已断开，是因为当PDM脉冲密度调制信号正常工作时，输出数据不会出现长时间不跳变的情况，循环判断是为了在刚连接线缆上电时，在上电延时切换器未切换前的固定时间里确保计算出不同长度线缆的延时。

上电延时切换器包括：电子开关及RC电路。电子开关的型号可选为SN74LVC1G3157DCK，RC电路可选用220K电阻和4.7uF电容组合，可根据实际使用情况调整电阻和电容的数值到达延时切换的效果。使用RC电路延时导通的方式控制电子开关的切换省下麦克风模块端处理芯片的需要，提高性价比。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.基于单电缆的数字音频长距离传输方法，其特征在于，包括：

麦克风模块的上电延时切换器未切换时，微处理器计算数据接收总延时；所述微处理器计算数据接收总延时的过程包括：所述麦克风模块的上电延时切换器未切换时，所述微处理器发送标识串经由线缆的时钟通道至所述麦克风模块，并由所述麦克风模块的上电延时切换器切回所述线缆的数据通道，所述微处理器接收由所述线缆的数据通道返回的指定的所述标识串，记录所述标识串自所述微处理器发出至所述标识串被所述微处理器回环接收到所消耗的时间作为数据接收总延时；

所述麦克风模块的上电延时切换器切换后，所述微处理器发送时钟信号经由线缆的时钟通道至所述麦克风模块的PDM音频接口；

所述微处理器接收所述麦克风模块的PDM音频接口输出的数据，所述微处理器的同步单元根据所述数据接收总延时进行时钟与数据同步处理；

所述微处理器的PDM解调单元将所述同步单元同步后的数据进行PDM数据解调，解调为并行数据。

2.根据权利要求1所述的基于单电缆的数字音频长距离传输方法，其特征在于，该方法之前还包括：将所述麦克风模块通过所述线缆连接至所述微处理器，此时，所述麦克风模块上电。

3.根据权利要求2所述的基于单电缆的数字音频长距离传输方法，其特征在于，还包括：

所述微处理器对所述线缆的数据通道进行循环检测，检测所述线缆的数据通道是否出现长时间未跳变的情况；

若所述线缆的数据通道出现长时间未跳变的情况，则判定所述线缆已断开连接，等待麦克风模块重新上电连接，否则，继续循环检测。

4.根据权利要求3所述的基于单电缆的数字音频长距离传输方法，其特征在于，所述同步单元根据所述数据接收总延时进行时钟与数据同步处理的过程中，同步处理是指采用另一高出若干倍的时钟频率将接收到的数据与对应发送的时钟信号根据所述数据接收总延时进行重新对齐。

5.根据权利要求4所述的基于单电缆的数字音频长距离传输方法，其特征在于，所述线缆为双绞线的网线。

6.基于单电缆的数字音频长距离传输系统，其特征在于，包括：麦克风模块、微处理器及线缆，所述麦克风模块与所述微处理器通过所述线缆通讯连接；

所述麦克风模块包括：上电延时切换器、PDM音频接口及用于与所述微处理器通信的麦克风模块端RS485收发器，所述上电延时切换器用于所述线缆的时钟通道与数据通道之间的切换；

所述微处理器包括：PDM解调单元、同步单元及用于与所述麦克风通信的处理器端RS485收发器，所述同步单元用于计算数据接收总延时并根据所述数据接收总延时进行时钟与数据同步处理，所述PDM解调单元用于将所述同步单元同步后的数据进行PDM数据解调，解调为并行数据；

麦克风模块的上电延时切换器未切换时，微处理器通过麦克风端RS485收发器发送标识串，标识串经由线缆的时钟通道至麦克风模块，标识串由麦克风模块的上电延时切换器切回线缆的数据通道，返回至微处理器，微处理器通过处理器端RS485收发器接收由线缆的数据通道返回的指定的标识串，记录标识串自微处理器发出至标识串被微处理器回环接收到所消耗的时间，这个消耗的总时间即可作为数据接收总延时。

7.根据权利要求6所述的基于单电缆的数字音频长距离传输系统，其特征在于，所述PDM解调单元包括：检测子单元，所述检测子单元用于对所述线缆的数据通道进行循环检测，检测所述线缆的数据通道是否出现长时间未跳变的情况；若所述线缆的数据通道出现长时间未跳变的情况，则判定所述线缆已断开连接，等待麦克风模块重新上电连接，否则，继续循环检测。

8.根据权利要求7所述的基于单电缆的数字音频长距离传输系统，其特征在于，所述上电延时切换器包括：电子开关及RC电路。

9.根据权利要求8所述的基于单电缆的数字音频长距离传输系统，其特征在于，所述线缆为双绞线的网线。

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