CN111446981A - 蓝牙无线对讲系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝牙无线对讲系统，包括：第一蓝牙芯片、声音采集单元、声音播放单元、音频处理单元组成的无线接收模块；第二蓝牙芯片、音频收发单元、射频组网单元组成的无线发射模块；第三蓝牙芯片、PTT控制单元、控制按键组成的PTT控制模块；声音采集单元采集音频信号并通过音频处理单元的处理后通过第一蓝牙芯片与第二蓝牙芯片之间的第一蓝牙连接发送至音频收发单元；音频收发单元将音频信号进行处理后通过射频组网单元发射，并通过射频组网单元接收音频信号并处理后通过第二蓝牙芯片与第三蓝牙芯片之间的第二蓝牙连接发送至声音播放单元进行播放；控制按键通过PTT控制单元控制第一蓝牙连接的通断。
Description
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术，尤其涉及一种蓝牙无线对讲系统。
背景技术
随着移动通信技术的发展，用户已经习惯了使用移动终端相互通信。传统的通信方式是打电话和发短信，随着移动互联网技术的发展，发送即时通信消息也成为了用户最常使用的通信手段。
在一些特殊的应用场合，例如自驾车队的通信、户外骑行团队、餐厅等服务场所内，用户还有群组通信的通信需求，而传统的电话、短信等通信方式一般都是一对一进行通信，若需要进行群组通信则需要用户进行复杂的操作。而终端中的各种即时通信软件虽然也提供群组通信功能，但即时通信消息通过终端的移动通信网络进行消息传输，在移动通信网络质量不佳时可能影响消息的传输。
发明内容
本发明提供一种蓝牙无线对讲系统，将蓝牙通信与无线射频通信结合在一起，使蓝牙无线对讲系统可以在各种复杂环境中使用。
第一方面，本发明实施例提供一种蓝牙无线对讲系统，包括：无线接收模块、无线发射模块和PTT控制模块；
无线接收模块包括第一蓝牙芯片、声音采集单元、声音播放单元、音频处理单元；
无线发射模块包括第二蓝牙芯片、音频收发单元、射频组网单元；
PTT控制模块包括第三蓝牙芯片、PTT控制单元、控制按键；
第一蓝牙芯片与第二蓝牙芯片之间建立第一蓝牙连接，第二蓝牙芯片与第三蓝牙芯片之间建立第二蓝牙连接；
声音采集单元用于采集音频信号，将采集到的音频信号通过音频处理单元的处理后通过第一蓝牙连接发送至音频收发单元；
音频收发单元用于将接收到的音频信号进行处理后通过射频组网单元发射，并通过射频组网单元接收音频信号，将接收到的音频信号处理后通过第二蓝牙连接发送至声音播放单元进行播放；
控制按键用于根据用户的控制，通过PTT控制单元控制第一蓝牙连接的通断。
在第一方面一种可能的实现方式中，音频处理单元具体用于对采集到的音频信号进行放大、消回声、降噪处理、音效调整、动态范围压缩调整、自动增益补偿处理后通过第一蓝牙连接发送至音频收发单元。
在第一方面一种可能的实现方式中，声音采集单元包括两个麦克风，其中，第一麦克风用于采集通话声音，第二麦克风用于采集环境噪声；
音频处理单元具体用于根据第二麦克风采集的环境噪声对第一麦克风采集的通话声音进行降噪处理。
在第一方面一种可能的实现方式中，第一麦克风与第二麦克风的距离大于预设阈值。
在第一方面一种可能的实现方式中，第一蓝牙连接为SCO链路。
在第一方面一种可能的实现方式中，第一蓝牙芯片与第二蓝牙芯片连接后，通过串行端口规范SPP或蓝牙低能耗BLE通知第二蓝牙芯片建立SCO链路。
在第一方面一种可能的实现方式中，音频收发单元通过UART口与射频组网单元连接。
在第一方面一种可能的实现方式中，音频收发单元通过AGHFP协议将接收到的音频信号发送至声音播放单元进行播放。
在第一方面一种可能的实现方式中，第二蓝牙连接为BLE连接。
在第一方面一种可能的实现方式中，音频收发单元包括上行通路和下行通路，上行通路用于将接收到的音频信号进行处理后通过射频组网单元发射；
下行通路通过射频组网单元接收音频信号，将接收到的音频信号处理后通过第二蓝牙连接发送至声音播放单元进行播放。
本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统，包括：无线接收模块、无线发射模块和PTT控制模块，由PTT控制模块与无线发射模块之间的第二蓝牙连接对无线接收模块和无线发射模块之间的第一蓝牙连接进行PTT控制，从而提供了一种基于蓝牙的无线对讲系统，由于无线发射模块中采用射频组网单元与其他蓝牙无线对讲系统进行了同频组网，从而可以避免采用移动通信系统进行群语音通信时语音通信信号受到移动通信网络信号的影响，使本申请实施例的蓝牙无线对讲系统可以在各种复杂环境中使用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统的另一结构示意图；
图3为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统中无线接收模块的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统中无线发射模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
蓝牙(Bluetooth)通信是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，是基于低成本的近距离无线连接。蓝牙通信作为一种小范围无线连接技术，能在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信。特别是蓝牙耳机，由于体积较小、省电，已经广泛被用户所使用。但蓝牙通信的传输距离较近，一般为10米左右，即使是Class A制式的蓝牙设备，传输距离也仅为100m左右。因此，虽然蓝牙通信具有低功耗、低成本等多种优势，但不适用于远距离通信传输。而在需要使用对讲通信的场合中，例如户外自驾、户外骑行、服务场所内等，通信传输的距离经常会较远，因此目前无法将蓝牙通信应用于对讲通信中。
图1为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的蓝牙无线对讲系统包括：
无线接收模块11、无线发射模块12和一键通(Push to Talk，PTT)控制模块13。
无线接收模块11包括第一蓝牙芯片111、声音采集单元112、声音播放单元113、音频处理单元114。无线发射模块12包括第二蓝牙芯片121、音频收发单元122、射频组网单元123。PTT控制模块13包括第三蓝牙芯片131、PTT控制单元132、控制按键133。
第一蓝牙芯片111与第二蓝牙芯片121之间建立第一蓝牙连接，第二蓝牙芯片121与第三蓝牙芯片131之间建立第二蓝牙连接；声音采集单元112用于采集音频信号，将采集到的音频信号通过音频处理单元114的处理后通过第一蓝牙连接发送至音频收发单元122；音频收发单元122用于将接收到的音频信号进行处理后通过射频组网单元123发射，并通过射频组网单元123接收音频信号，将接收到的音频信号处理后通过第二蓝牙连接发送至声音播放单元113进行播放；控制按键133用于根据用户的控制，通过PTT控制单元132控制第一蓝牙连接的通断。
群语音通信为一种特殊的语音通信方式，在群语音通信中，多个用户需要进行相互的语音通信，多个用户能够同时接收到其他用户的语音信息。群语音通信的方式有多种，但一些即时通信软件提供的群语音通信方式，由于是通过移动通信网络进行传输，虽然没有了距离的限制，但会受到移动通信网络质量的影响，在山区等户外场景中会对语音传输质量产生影响。而传统的对讲机则体积较大，使用不便。
因此本申请实施例提供一种蓝牙无线对讲系统，将蓝牙通信与对讲系统进行结合。首先，本申请提供的蓝牙无线对讲系统由三个部分组成，分别为无线接收模块11、无线发射模块12和PTT控制模块13。其中无线接收模块11接收用户输入的语音并向用户播放其他用户的语音，无线发射模块12通过蓝牙与无线接收模块11连接，通过蓝牙连接与无线接收模块11进行语音信息的传输。无线发射模块12再通过射频连接与其他蓝牙无线对讲系统进行通信，也就是将无线接收模块11通过蓝牙收发的语音信息转换为无线射频信号进行收发，从而提高语音信息的传输距离。PTT控制模块13是为了实现无线对讲系统中的PTT控制，也就是在按下开关时切换受信状态的通信方式，这是在对讲系统中常用的控制方式，能够避免群语音通信中出现嘈杂的噪音。
无线接收模块11包括第一蓝牙芯片111、声音采集单元112、声音播放单元113、音频处理单元114。其中声音采集单元112即为麦克风(MIC)，用于采集用户的语音信号。声音播放单元113为扬声器，用于播放其他用户输入的语音信号。音频处理单元114用于对声音采集单元112采集的语音信号进行处理，包括但不限于进行放大、消回声、降噪处理、音效调整、动态范围压缩调整、自动增益补偿处理。
无线发射模块12包括第二蓝牙芯片121、音频收发单元122、射频组网单元123。其中，音频收发单元122用于将接收到的音频信号进行处理后通过射频组网单元发射，包括但不限于对接收到的音频信号进行回声消除、噪声抑制、均衡、动态范围压缩调整、增益控制等处理。射频组网单元123与其他蓝牙无线对讲系统进行同频组网，使得多个蓝牙无线对讲系统能够组网在一起，通过射频信号相互传输音频信号。射频组网单元123所使用的射频频段可以根据实际使用场景所配置，例如对讲机的授权频段，获取其他非授权频段，避免与其他无线通信的频段产生相互干扰。射频组网单元123包括调频、放大、滤波等各种组件，射频组网单元123与其他无线通信系统或设备中的射频单元或组件类似，功能就是完成无线射频信号的收发。射频组网单元123的传输能力根据所使用的频段和功率而决定，但传输距离一般远大于蓝牙通信的传输距离。并且射频组网单元123无需使用现有移动通信系统的基站设备或其他接入设备，因此不会受到其他设备的影响。无线发射模块12中的第二蓝牙芯片详单与蓝牙发射音频网关(Audio Gate，AG)的角色。
无线接收模块11和无线发射模块12组成了一个具有中继的无线通信系统，无线接收模块11完成音频信号的接收和播放，并通过蓝牙通信与无线发射模块12进行音频信号的交互，无线发射模块12将从无线接收模块11发送的音频信号转换为无线射频信号，并通过同频的射频组网单元123与其他蓝牙无线对讲系统进行交互。无线接收模块11可以为用户佩戴的蓝牙耳机的形式，无线发射模块12可以为便携式的终端。那么用户仅需佩戴无线接收模块11，并随身携带无线发射模块12即可。
而在群语音通信中，为了避免多个用户的音频信号相互干扰，因此可以采用PTT控制。PTT控制是在传统的对讲机中的控制方式，可以通过按键控制音频信号的收发切换。因此本申请实施例提供的蓝牙无线对讲系统还包括PTT控制模块13，PTT控制模块13包括第三蓝牙芯片131、PTT控制单元312、控制按键133。PTT控制模块13独立于无线接收模块11和无线发射模块12，通过第三蓝牙芯片131和第二蓝牙芯片121建立第二蓝牙连接，用户可以通过按压或松开控制按键133，通过PTT控制单元控制第一蓝牙连接的通断。PTT控制模块13可以制作成便于用户携带并随时控制的模块，例如手环、指套等形式，或者是可以粘贴或安装在自行车、摩托车把手或汽车方向盘上的按键模块。
进一步地，音频处理单元114具体用于对采集到的音频信号进行放大、消回声、降噪处理、音效调整、动态范围压缩调整、自动增益补偿处理后通过第一蓝牙连接发送至音频收发单元122。音频处理单元114与第一蓝牙芯片111可以由一颗超低功耗的QCC(高通蓝牙音频芯片)音频蓝牙集成电路(Integrated Circuit，IC)实现。音频处理单元114对音频信号进行模数转换(Analog-to-Digital Converter，ADC)采样后，将数字化的音频信号通过数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)进行放大、消回声、降噪处理、音效调整、动态范围压缩调整、自动增益补偿处理，然后通过第一蓝牙连接发送至音频收发单元122。
进一步地，声音采集单元112包括两个麦克风(MIC)，其中，第一麦克风用于采集通话声音，第二麦克风用于采集环境噪声。音频处理单元114具体用于根据第二麦克风采集的环境噪声对第一麦克风采集的通话声音进行降噪处理。为了满足双麦克风矩阵降噪算法，第一麦克风与第二麦克风的距离大于预设阈值，这里的距离是物理距离。
第一蓝牙芯片111支持免提规范(Hands-free Profile，HFP)、串行端口规范(Serial Port Profile，SPP)、蓝牙低能耗(Bluetooh Low Energy，BLE)等多种蓝牙协议。当第一蓝牙芯片111连接了第二蓝牙芯片112后，通过SPP或BLE通知第二蓝牙芯片112，建立第一蓝牙连接，第一蓝牙连接为面向同步连接(Synchronous Connection Oriented，SCO)链路。当SCO链路建立后，第一麦克风和第二麦克风的通道开启，第一麦克风和第二麦克风以16K、16bit对声源数据进行ADC采样。
进一步地，音频收发单元122与第二蓝牙芯片121可以由一颗超低功耗的QCC音频IC实现，QCC音频IC负责与无线接收模块11连接和上传下达数据到无线接收模块11.音频收发单元122包括上行通路和下行通路，上行通路用于将接收到的音频信号进行处理后通过射频组网单元123发射；下行通路通过射频组网单元123接收音频信号，将接收到的音频信号处理后通过第二蓝牙连接发送至声音播放单元113进行播放。音频收发单元122通过通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)口与射频组网单元123连接。音频收发单元122通过音频网关免提规范(Audio Gate Hands-freeProfile，AGHFP)协议将接收到的音频信号发送至声音播放单元113进行播放。
进一步地，第二蓝牙连接为BLE连接。第三蓝牙芯片131通过BLE交互控制为SCO链路的第一蓝牙连接的建立与关闭，从而实现第一蓝牙连接的控制。
本申请实施例提供的蓝牙无线对讲系统，包括：无线接收模块、无线发射模块和PTT控制模块，由PTT控制模块与无线发射模块之间的第二蓝牙连接对无线接收模块和无线发射模块之间的第一蓝牙连接进行PTT控制，从而提供了一种基于蓝牙的无线对讲系统，由于无线发射模块中采用射频组网单元与其他蓝牙无线对讲系统进行了同频组网，从而可以避免采用移动通信系统进行群语音通信时语音通信信号受到移动通信网络信号的影响，使本申请实施例的蓝牙无线对讲系统可以在各种复杂环境中使用。
图2为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统的另一结构示意图，如图2所示，本实施例提供的蓝牙无线对讲系统为系统功能框图。
如图2所示，无线接收模块11包括蓝牙接收模块，MIC 1和MIC 2两个麦克风，以及SPK(speaker，扬声器)，其中蓝牙接收模块可以采用低功耗的QCC音频蓝牙IC实现，具有蓝牙收发能力以及音频信号处理能力。蓝牙接收模块具有双MIC矩阵降噪处理能力。
无线发射模块12包括蓝牙发射AG和组网收发模块，其中蓝牙发射AG可以采用低功耗的QCC音频蓝牙IC实现，与无线接收模块11中的蓝牙接收模块建立蓝牙连接进行音频信号的收发，并受PTT控制模块13的控制。组网收发模块通过同频天线与其他蓝牙无线对讲系统进行同频组网，将蓝牙发射AG的音频信号转换为射频信号。
PTT控制模块13通过BLE连接对蓝牙发射AG和蓝牙接收模块之间的蓝牙连接进行控制。蓝牙发射AG和蓝牙接收模块之间的蓝牙连接为SCO链路，支持BLE和SPP协议。
图3为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统中无线接收模块的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的蓝牙无线对讲系统中的无线接收模块为系统功能框图。
如图3所示，无线接收模块包括MIC 1和MIC 2两个麦克风，其中MIC 1用于接收用户的语音信号，MIC 2用于采集噪声。MIC 1和MIC 2采集的音频信号通过编码器(Codec)进行ADC采样，然后通过Kalimba DSP(蓝牙邻域采用的DSP)对音频信号进行处理，包括放大、消回音、消噪音、音效调整、动态范围压缩调整、自动增益补偿等，并通过Kalimba DSP中的虚拟串口(Virtual Com Port，VCP)传输给无线发射模块。无线接收模块中还包括随机存取存储器闪存(Random Access Memory Flash，RAM Flash)、基带DSP(Bsaeband DSP)，微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)等功能或器件，以及蓝牙射频组件(Bluetooth RF)。
图4为本发明实施例提供的蓝牙无线对讲系统中无线发射模块的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的蓝牙无线对讲系统中的无线发射模块为系统功能框图。
图4中仅示出音频信号在无线发射模块中的逻辑处理框图。如图4所示，无线发射模块包括上行通路和下行通路，其中上行通路的上行输入端接收无线接收模块发送的MIC信号，依次通过回声抵消器(Acoustic Echo Canceller)、噪声抑制器(NoiseSuppressor)、均衡器(EQ)、动态范围压缩器(Dynamic Range Compressor)、自动增益控制(Automatic Gain Control)的处理，到达上行输出端输出。可选地，上行通路还可以包括自适应双麦克风处理(Adaptive Dual Microphone)模块。下行通路的下行输入端接收其他蓝牙无线对讲系统发送的音频信号，并依次通过Noise Suppressor、EQ、Automatic GainControl、Dynamic Range Compressor、噪声音量控制(Noise Dependant Volume Control)的处理到达下行输出端，并发送给无线接收模块。
值得注意的是，上述异构链路数据转译和分发设备的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种蓝牙无线对讲系统，其特征在于，包括：无线接收模块、无线发射模块和一键通PTT控制模块；
所述无线接收模块包括第一蓝牙芯片、声音采集单元、声音播放单元、音频处理单元；
所述无线发射模块包括第二蓝牙芯片、音频收发单元、射频组网单元；
所述PTT控制模块包括第三蓝牙芯片、PTT控制单元、控制按键；
所述第一蓝牙芯片与所述第二蓝牙芯片之间建立第一蓝牙连接，所述第二蓝牙芯片与所述第三蓝牙芯片之间建立第二蓝牙连接；
所述声音采集单元用于采集音频信号，将采集到的音频信号通过音频处理单元的处理后通过所述第一蓝牙连接发送至所述音频收发单元；
所述音频收发单元用于将接收到的音频信号进行处理后通过射频组网单元发射，并通过射频组网单元接收音频信号，将接收到的音频信号处理后通过所述第二蓝牙连接发送至声音播放单元进行播放；
所述控制按键用于根据用户的控制，通过所述PTT控制单元控制所述第一蓝牙连接的通断。
2.根据权利要求1所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述音频处理单元具体用于对采集到的音频信号进行放大、消回声、降噪处理、音效调整、动态范围压缩调整、自动增益补偿处理后通过所述第一蓝牙连接发送至所述音频收发单元。
3.根据权利要求2所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述声音采集单元包括两个麦克风，其中，第一麦克风用于采集通话声音，第二麦克风用于采集环境噪声；
所述音频处理单元具体用于根据所述第二麦克风采集的环境噪声对所述第一麦克风采集的通话声音进行降噪处理。
4.根据权利要求3所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述第一麦克风与所述第二麦克风的距离大于预设阈值。
5.根据权利要求1所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述第一蓝牙连接为面向同步连接SCO链路。
6.根据权利要求5所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述第一蓝牙芯片与所述第二蓝牙芯片连接后，通过串行端口规范SPP或蓝牙低能耗BLE通知所述第二蓝牙芯片建立所述SCO链路。
7.根据权利要求1所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述音频收发单元通过通用异步收发传输器UART口与所述射频组网单元连接。
8.根据权利要求1所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述音频收发单元通过音频网关免提规范AGHFP协议将接收到的音频信号发送至声音播放单元进行播放。
9.根据权利要求1所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述第二蓝牙连接为蓝牙低能耗BLE连接。
10.根据权利要求1所述的蓝牙无线对讲系统，其特征在于，所述音频收发单元包括上行通路和下行通路，所述上行通路用于将接收到的音频信号进行处理后通过射频组网单元发射；
所述下行通路通过射频组网单元接收音频信号，将接收到的音频信号处理后通过所述第二蓝牙连接发送至声音播放单元进行播放。
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