CN110958033B - 控制半双工数字对讲系统通信的方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种控制半双工数字对讲系统通信的方法及终端，其方法包括：对咪头上的模拟语音信号进行包络检测；对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号；基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态。本发明实施例采用廉价的分立模拟电路检测语音信号强度，并用来驱动系统发送状态的方法，提高系统的鲁棒性。

Description

控制半双工数字对讲系统通信的方法及终端

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种控制半双工数字对讲系统下的通信方法及终端和系统。

背景技术

图1示出了现有的半双工数字对讲系统的硬件原理图，基于咪头所产生的语音信号经过语音编码模块实现模数(AD)转换后，发送给DSP处理器进行处理，DSP处理器需要把AD转换后的语音信号进行缓存，同时需要经过算法对语音信号进行语音活动检测(VAD)，在检测到有效的语音后，控制系统打开发送通道，DSP处理器把缓存的数字信号输入至调制解调模块，然后控制无线收发模块打开发射通道，并基于发射通道将语音信号通过无线收发模块所连接的天线发送出去；当没有检测到有效的语音信号时，整个系统会处于接收状态，即通过天线接收无线信号，将无线信号经过调解模块进行解调、DSP处理器进行处理、语音编解码模块实现数模DA转换后，通过模拟语音放大模块输出至喇叭进行声音的输出。

利用上述方案实现半双工通信，则系统的发送到接收间的切换是基于所识别的语音信号进行控制，在双工通信中所涉及的VAD技术尤为关键，VAD检测的准确性将直接影响到对讲系统能否正常工作。

实际上，在识别语音过程中，经常存在实际语音因背景噪声的干扰而与训练失配的情况，这也是造成语音识别系统鲁棒性差的一个根本原因，从而导致识别错误，性能下降。哪怕是两段内容上是完全一致的语音信号，可能由于语速不一样，所以语音信号的时间也不相同，音素之间的时间间隙也就不一样，对于时变而非平稳的语音信号来说，其特征就完全不相同了。

大量研究表明，如果环境是安静的环境，没有太多背景噪声，此时语音识别系统的主要错误来源于端点检测技术不精确。但在实际应用中，不可能没有背景噪声，另外由于麦克风的录制和信号增益也会带来噪声，所以语音识别系统的错误是由多方面影响的，至少包括：端点检测、特征提取、语音模型、声学模型、解码器等多个方面。

通过以上分析，如果想要确保对讲系统的稳定性，需要对VAD的算法做很多场景假设和测试，需要花费巨大的人力和物力，导致整个VAD的识别精度和人工成本巨大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种控制半双工数字对讲系统通信的方法及终端，其摒弃了复杂的VAD算法，用很低廉的分立硬件方案再配合简单的软件控制，即可克服现有技术存在的问题，提高系统的鲁棒性。

为了解决上述问题，本发明提出了一种控制半双工数字对讲系统通信的方法，包括：

对咪头上的模拟语音信号进行包络检测；

对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号；

基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态。

所述对咪头上的模拟语音信号进行包络检测包括：

对所述模拟语音信号进行滤波和放大处理；

基于包络检测电路对滤波和放大处理后的模拟语音信号进行包络检测。

所述对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号包括：

将包络检测的模拟语音信号输入至迟滞比较器，与高精度基准电压进行比较，输出具有高低电平的第一数字信号；

将所述具有高低电平的第一数字信号输入至状态延时控制单元，并基于语音幅度特性生成第二数字信号，所述第二数字信号表示出有效语音信号和/或无效语音信号。

所述基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态包括：

基于有效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于发送状态；

基于无效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于接收状态。

所述方法还包括：

基于状态延时控制方法控制咪头所产生的模拟语音信号向语音编解码模块输出。

相应的，本发明还提出了一种半双工数字对讲终端，所述半双工数字对讲终端包括：无线收发模块、调制解调模块、DSP处理器、语音编解码模块、咪头、包络检测模块、通信状态控制模块和语音处理模块，其中：

所述包络检测模块用于对咪头上的模拟语音信号进行包络检测；

所述语音处理模块用于对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号；

所述通信状态控制模块用于基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态。

所述包络检测模块包括：

滤波单元，用于对所述模拟语音信号进行滤波处理；

放大单元，用于对所述模拟语音信号进行放大处理；

包络检测电路，用于所述模拟语音信号进行包络检测。

所述语音处理模块包括：

迟滞比较电路，用于将包络检测的模拟语音信号输入至迟滞比较器，与高精度基准电压进行比较，输出具有高低电平的第一数字信号；

状态延时控制单元，用于基于语音幅度特性将所述具有高低电平的第一数字信号生成第二数字信号，所述第二数字信号表示出有效语音信号和/或无效语音信号。

所述通信状态控制模块用于基于有效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于发送状态；以及

所述通信状态控制模块用于基于无效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于接收状态。

所述半双工数字对讲终端还包括模拟语音延时模块，所述模拟语音延时模块连接在咪头和语音编解码模块之间，所述模拟语音延时模块用于基于状态延时控制方法控制咪头所产生的模拟语音信号向语音编解码模块输出。

在本发明实施例中，采用廉价的分立模拟电路检测语音信号强度，并用来驱动系统发送状态的方法，提高系统的鲁棒性。采用模拟语音信号延时并配合语音强度检测信号来确保语音信号不被丢失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中的半双工数字对讲系统的硬件原理图；

图2是本发明实施例中的半双工数字对讲终端的硬件结构原理图；

图3是本发明实施例中的半双工数字对讲终端的另一硬件结构原理图；

图4是本发明实施例中的迟滞比较器输出结果示意图；

图5是本发明实施例中的状态延时控制单元输出结果示意图；

图6是本发明实施例中的模拟语音延时模块输入与输出波形；

图7是本发明实施例中的系统各状态下的(语音)信号图；

图8是本发明实施例中的控制半双工数字对讲系统通信的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2示出了本发明实施例中的半双工数字对讲终端的硬件结构原理图，包括：咪头、语音编解码模块、DSP处理器、调制解调模块、无线收发模块、模拟语音放大模块、喇叭、包络检测模块、通信状态控制模块和语音处理模块等。

该半双工数字对讲终端基于咪头所产生的模拟语音信号经过语音编码模块实现模数(AD)转换后，发送给DSP处理器进行处理，DSP处理器需要把AD转换后的语音信号进行缓存，DSP处理器将数字信号输入至调制解调模块，然后基于发射通道将语音信号通过无线收发模块所连接的天线发送出去；当没有检测到有效的语音信号时，整个系统会处于接收状态，即通过天线接收无线信号，将无线信号经过调解模块进行解调、DSP处理器进行处理、语音编解码模块实现数模DA转换后，通过模拟语音放大模块输出至喇叭进行声音的输出。

基于上述硬件结构，该包络检测模块用于对咪头上的模拟语音信号进行包络检测；语音处理模块用于对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号；通信状态控制模块用于基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态，即通信状态控制模块在咪头有模拟语音信号情况下控制无线收发模块的通信状态处于发送状态，基于发送状态将经过处理后的语音信号发送出去，在咪头没有模拟语音信号情况下，通信状态模块控制无线收发模块的通信状态处于接收状态。

图3示出了本发明实施例中的半双工数字对讲终端的硬件结构原理图，包括：咪头、语音编解码模块、DSP处理器、调制解调模块、无线收发模块、模拟语音放大模块、喇叭、模拟语音延时模块、滤波单元、放大单元、包络检测电路、迟滞比较电路、状态延时控制单元和TX/RX控制模块等。

包络检测模块包括：

滤波单元，用于对所述模拟语音信号进行滤波处理；

放大单元，用于对所述模拟语音信号进行放大处理；

包络检测电路，用于所述模拟语音信号进行包络检测。

包络检测模块是将模拟语音信号放大并检测检测模拟语音信号具有的包络，即检测出模拟语音信号的强度，这种方式不受语音频率以及语速影响，仅仅与声音大小有关，这样可以真实反应出现场的语音强弱。

所述语音处理模块包括迟滞比较电路和状态延时控制单元等。

迟滞比较电路，用于将包络检测的模拟语音信号输入至迟滞比较器，与高精度基准电压进行比较，输出具有高低电平的数字信号。将经过包络检测后的模拟语音信号输入至迟滞比较器，与高精度基准电压进行比较，通过迟滞比较电路的输出结果即可转换成数字信号，数字信号具有两种状态，即一种状态代表现场语音强度足够大，一种状态表示现场语音强度可以忽略，如图4所示，上层图案代表语音波形，下层图代表迟滞比较器输出结果，高电平表示无效的语音信号，低电平表示有效的语音信号。基本上可以利用这个数字信号，去控制系统的发送/接收。

若考虑到人在连续说话时，两个字之间会有语音信号会幅度会较弱，如果直接利用这个数字信号去驱动发送/接收时，两个字之间较弱的语音幅度可能就会被认为是现场没有语音输入，从而系统会误判，导致会丢失一部分相对较弱的语音信号，这样的语音对讲系统是无法接受的。

这里的状态延时控制单元用于基于语音特性将所述具有高低电平的数字信号生成数字信号，所述数字信号中表示出有效语音信号和/或无效语音信号。

通过将迟滞比较电路输出的结果输入至状态延时控制单元，该单元基于语音特性可以把有效状态维持一段时间。如果在维持的这段时间，迟滞比较电路输出有效信号，则状态延时单元继续保持有效；反之，如果迟滞比较电路输出无效信号，则状态延时单元延时保持有效状态一段时间后，就会输出无效状态。通过这种方式，人在正常连续说话时，状态延时控制单元可以一直输出有效信号，直至检测到没有说话后，延时一段时间再输出无效信号，这样可以确保连续说话时的语音不会丢失，如图5所示，最上层图代表语音波形，中间方波图代表迟滞比较器输出结果，最下层方波图代表状态延时控制单元输出结果。最后，再通过状态延时控制单元的输出去驱动系统的发送/接收状态，这种结果与实际场景较接近，可以确保语音的连续性。

所述通信状态控制模块即TX/RX控制模块用于基于有效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于发送状态；以及所述通信状态控制模块用于基于无效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于接收状态。

所述半双工数字对讲终端还包括模拟语音延时模块，所述模拟语音延时模块连接在咪头和语音编解码模块之间，所述模拟语音延时模块用于基于状态延时控制方法控制咪头所产生的模拟语音信号向语音编解码模块输出。

人的语音信号幅度不能突变，是慢慢增加的，在增加的过程中，迟滞比较器的状态才会进行转换，对比图5中的波形图可以很明显看出。因此，如果是等待比较器状态转换时同时打开发送通道，就会导致前半部分语音信号丢失。因此，此处采用模拟语音延时模块，如图6所示，上层图代表输入语音信号波形，下层图代表延时后的输出语音信号波形，也就是等发送状态就绪后，延时后的语音信号再经由各模块，最终由天线发送出去，这样可以确保语音信号的完整性。

如图7所示，为系统的原始语音信号、被延时的语音信号、原始语音检测信号以及经软件处理的语音检测信号的整体对比图。最上层图为原始语音信号波形，第二层为延时后的语音波形，第三层为原始语音波形经过语音检测后产生的数字波形，第四层为经由状态延时控制单元后的输出波形，用于驱动系统发送通道的开启与关闭。

可以看到，系统检测到语音信号后，可以先控制打开发送通道，发送通道就绪后，被延时的模拟语音信号进行AD转换后经过调制后通过天线发送出去。通过调整延时时长，可以确保语音信号前半段不会被丢失，同样，后半段也不会被丢失，这样可以确保全部语音的完整性。

若是两个设备在点对点通话时，若均没有检测到有效语音信号，双方此时均处于接收状态，若是一方检测到语音信号时，这一方先处于发送通道，通过信令告知另一方只能处于接收状态，直至释放发送通道再竞争发送权，这个可以通过协议完成。

通过上述这种半双工通信方式可以有效减少发射时间，这样可以大大降低无线电路的功耗，从而降低电池以及电源成本。

基于图2和图3所示的硬件原理，本发明实施例所提出的控制半双工数字对讲系统通信的方法，其通过对咪头上的模拟语音信号进行包络检测；对完成包络检测的模拟语音信号转换成数字信号；基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态。

具体的，图8示出了本发明实施例中的控制半双工数字对讲系统通信的方法流程图，包括如下步骤：

S801、对模拟语音信号进行滤波处理；

即针对咪头上的模拟语音信号进行相关处理。

S802、对模拟语音信号进行放大处理；

S803、基于包络检测电路对滤波和放大处理后的模拟语音信号进行包络检测；

S804、将包络检测的模拟语音信号输入至迟滞比较器，与高精度基准电压进行比较，输出具有高低电平的第一数字信号；

S805、将所述具有高低电平的第一数字信号输入至状态延时控制单元，基于语音幅度特性生成第二数字信号，所述第二数字信号表示出有效语音信号和/或无效语音信号；

S806、基于有效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于发送状态；

处于发送状态时，还需要基于状态延时控制方法控制咪头所产生的模拟语音信号向语音编解码模块输出。该半双工数字对讲终端基于咪头所产生的模拟语音信号经过语音编码模块实现模数(AD)转换后，发送给DSP处理器进行处理，DSP处理器需要把AD转换后的语音信号进行缓存，DSP处理器将数字信号输入至调制解调模块，然后基于发射通道将语音信号通过无线收发模块所连接的天线发送出去。

S807、基于无效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于接收状态。

当没有检测到有效的语音信号时，整个系统会处于接收状态，即通过天线接收无线信号，将无线信号经过调解模块进行解调、DSP处理器进行处理、语音编解码模块实现数模DA转换后，通过模拟语音放大模块输出至喇叭进行声音的输出。

本发明实施例中采用廉价的分立模拟电路检测语音信号强度，并用来驱动系统发送状态的方法，提高系统的鲁棒性。采用模拟语音信号延时并配合语音强度检测信号来确保语音信号不被丢失，这种方法不需要由DSP处理器进行VAD算法识别过程，减少DSP处理器的处理负担，并优化整个硬件解决方案，提高了系统控制通信状态的精准度。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的控制半双工数字对讲系统通信的方法及终端进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种控制半双工数字对讲系统通信的方法，其特征在于，包括：

对咪头上的模拟语音信号进行包络检测；

对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号；

基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态；

所述对咪头上的模拟语音信号进行包络检测包括：

对所述模拟语音信号进行滤波和放大处理；

基于包络检测电路对滤波和放大处理后的模拟语音信号进行包络检测；所述对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号包括：

将包络检测的模拟语音信号输入至迟滞比较器，与高精度基准电压进行比较，输出具有高低电平的第一数字信号；

将所述具有高低电平的第一数字信号输入至状态延时控制单元，并基于语音幅度特性生成第二数字信号，所述第二数字信号表示出有效语音信号和/或无效语音信号；

所述状态延时控制单元基于语音特性将有效状态维持一段时间，如果在维持的这段时间，迟滞比较电路输出有效信号，则状态延时单元继续保持有效；如果迟滞比较电路输出无效信号，则状态延时单元延时保持有效状态一段时间后，就会输出无效状态。

2.如权利要求1所述的控制半双工数字对讲系统通信的方法，其特征在于，所述基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态包括：

基于有效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于发送状态；

基于无效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于接收状态。

3.如权利要求1或者2所述的控制半双工数字对讲系统通信的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于状态延时控制方法控制咪头所产生的模拟语音信号向语音编解码模块输出。

4.一种半双工数字对讲终端，其特征在于，所述半双工数字对讲终端包括：无线收发模块、调制解调模块、DSP处理器、语音编解码模块、咪头、包络检测模块、通信状态控制模块和语音处理模块，其中：

所述包络检测模块用于对咪头上的模拟语音信号进行包络检测；

所述语音处理模块用于对完成包络检测的模拟语音信号通过比较器转换成数字信号；

所述通信状态控制模块用于基于所述数字信号控制无线收发模块的通信状态；

所述包络检测模块包括：

滤波单元，用于对所述模拟语音信号进行滤波处理；

放大单元，用于对所述模拟语音信号进行放大处理；

包络检测电路，用于所述模拟语音信号进行包络检测；

所述语音处理模块包括：

迟滞比较电路，用于将包络检测的模拟语音信号输入至迟滞比较器，与高精度基准电压进行比较，输出具有高低电平的第一数字信号；

状态延时控制单元，用于基于语音幅度特性将所述具有高低电平的第一数字信号生成第二数字信号，所述第二数字信号表示出有效语音信号和/或无效语音信号；

所述状态延时控制单元基于语音特性将有效状态维持一段时间，如果在维持的这段时间，迟滞比较电路输出有效信号，则状态延时单元继续保持有效；如果迟滞比较电路输出无效信号，则状态延时单元延时保持有效状态一段时间后，就会输出无效状态。

5.如权利要求4所述的半双工数字对讲终端，其特征在于，所述通信状态控制模块用于基于有效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于发送状态；以及

所述通信状态控制模块用于基于无效语音信号控制无线收发模块的通信状态处于接收状态。

6.如权利要求4或者5所述的半双工数字对讲终端，其特征在于，所述半双工数字对讲终端还包括模拟语音延时模块，所述模拟语音延时模块连接在咪头和语音编解码模块之间，所述模拟语音延时模块用于基于状态延时控制方法控制咪头所产生的模拟语音信号向语音编解码模块输出。

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