CN113645167A

CN113645167A - 传输数字音频和电源信号的方法、系统、设备及存储介质

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Publication number: CN113645167A
Application number: CN202111189707.8A
Authority: CN
Inventors: 陈涛; 欧阳典勇; 史立庆
Original assignee: Shenzhen Valuehd Corp
Current assignee: Shenzhen Valuehd Corp
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2041-10-13
Also published as: CN113645167B

Abstract

本发明公开一种传输数字音频和电源信号的方法、系统、设备及存储介质，所述方法为：将数字音频接口的电平信号转换成差分信号，将差分信号经过电容隔直后得到隔直差分信号；将电相关信号经过低通滤波后接入到隔直差分信号上得到综合差分信号，发送综合差分信号至信号接收端。在接收到综合差分信号后，将综合差分信号进行拆分得到电相关信号以及隔直差分信号；将电相关信号经过低通滤波后发送给电源接收设备，完成电源信号的传输；将隔直差分信号经过电容隔直后恢复得到差分信号，将差分信号转换成电平信号；将电平信号参照数字音频接口标准要求进行时序调整，完成数字音频信号的传输。从而简单可靠、高效低成本地远距离传输数字音频和电源信号。

Description

传输数字音频和电源信号的方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及多媒体通讯领域，尤其涉及一种传输数字音频和电源信号的方法、系统、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

在会议系统、扩音系统和录播系统中，一般都会使用麦克风拾音，但是单个麦克风拾音距离往往不够远，需要多个麦克风进行级联。常用的级联方式有：1.无线级联，音频使用2.4G级联方式，每个麦克风都需要比较贵的无线模块，无线模块延时也比较大。2.USB级联，音频通过USB口进行级联，时钟同步比较麻烦。3.模拟级联，通过模拟线路音频级联，线缆比较多，成本比较高。4.以太网级联，麦克风通过以太网方式级联，由于两个麦克风之间要同步，因此需要高精度晶振或者1588协议同步等方式。总的来说现在的方式成本比较高，或者同步方式复杂。

音频的数字接口有I2S、PDM和TDM等，I2S、PDM和TDM基本都是TTL或者CMOS电平，主要用于板内或者板对板的连接。而且设备之间的连接由于衰减，干扰等原因，也不会直接使用I2S、PDM和TDM等音频接口。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种传输数字音频和电源信号的方法，旨在解决现有技术中数字音频信号长距离传输方式复杂繁琐且成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种传输数字音频和电源信号的方法，其应用于信号发送端，所述传输数字音频和电源信号的方法包括：

将数字音频接口的电平信号转换成差分信号，将所述差分信号经过电容隔直后得到隔直差分信号；

将电源信号和GND信号经过低通滤波后接入到所述隔直差分信号上，得到综合差分信号，发送所述综合差分信号至信号接收端。

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法还包括：

判断是否同时传输数字音频信号和电源信号；

若同时传输数字音频信号和电源信号，则执行所述将数字音频接口的电平信号转换成差分信号；

若只传输数字音频信号而不传输电源信号，则直接发送所述差分信号至信号接收端。

可选地，所述将电源信号和GND信号经过低通滤波后接入到所述隔直差分信号上的步骤包括：

电源信号经过低通滤波接入在隔直差分信号的正端或者负端；

GND信号经过低通滤波接入在隔直差分信号的负端或者正端，GND信号与电源信号的接入相反。

为实现上述目的，本发明提供一种传输数字音频和电源信号的方法，其应用于信号接收端，所述传输数字音频和电源信号的方法包括：

在接收到综合差分信号后，将所述综合差分信号进行拆分，得到电源信号和GND信号，以及隔直差分信号；

将所述电源信号和GND信号经过低通滤波后发送给电源接收设备，完成电源信号的传输；

将所述隔直差分信号经过电容隔直后恢复得到差分信号，将恢复得到的差分信号转换成电平信号；

将转换后的电平信号参照数字音频接口标准要求进行时序调整，完成数字音频信号的传输。

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

在接收到综合差分信号后，判断所述综合差分信号是否同时包含电源信号和GND信号，以及隔直差分信号；

若同时包含电源信号和GND信号，以及隔直差分信号，则执行所述将所述综合差分信号进行拆分的步骤；

若只包含差分信号而不包含电源信号，则将接收到的差分信号转换成电平信号；

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

在传输数字音频信号时，使用差分信号发送芯片将数字音频接口的电平信号转换成差分信号，使用差分信号接收芯片将差分信号转换成数字音频接口的电平信号。

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

在传输电源信号时，使用低通滤波器将电源信号和GND信号接入到隔直差分信号上，以及将电源信号和GND信号发送给电源接收设备；

使用隔直电容将差分信号进行电容隔直后转换成隔直差分信号，以及将隔直差分信号进行电容隔直后转换成差分信号。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种传输数字音频和电源信号的系统，所述传输数字音频和电源信号的系统包括信号发送端和信号接收端，

在所述信号发送端，将数字音频接口的电平信号转换成差分信号，将所述差分信号经过电容隔直后得到隔直差分信号；

将电源信号和GND信号经过低通滤波后接入到所述隔直差分信号上，得到综合差分信号，发送所述综合差分信号至信号接收端；

在所述信号接收端，在接收到综合差分信号后，将所述综合差分信号进行拆分，得到电源信号和GND信号，以及隔直差分信号；

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种传输数字音频和电源信号的设备，所述传输数字音频和电源信号的设备包括：低通滤波器、隔直电容、RS422/RS48发送芯片、RS422/RS48接收芯片、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的传输数字音频和电源信号的程序，所述传输数字音频和电源信号的程序被所述处理器执行时实现如上述的传输数字音频和电源信号的方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有传输数字音频和电源信号的程序，所述传输数字音频和电源信号的程序被处理器执行时实现如上所述的传输数字音频和电源信号的方法的步骤。

本发明实施例提出的一种传输数字音频和电源信号的方法、设备及计算机可读存储介质，在信号发送端，将数字音频接口的电平信号转换成差分信号，将所述差分信号经过电容隔直后得到隔直差分信号；将电源信号和GND信号经过低通滤波后接入到所述隔直差分信号上，得到综合差分信号，发送所述综合差分信号至信号接收端。在信号接收端，在接收到综合差分信号后，将所述综合差分信号进行拆分，得到电源信号和GND信号，以及隔直差分信号；将所述电源信号和GND信号经过低通滤波后发送给电源接收设备，完成电源信号的传输；将所述隔直差分信号经过电容隔直后恢复得到差分信号，将恢复得到的差分信号转换成电平信号；将转换后的电平信号参照数字音频接口标准要求进行时序调整，完成数字音频信号的传输。从而简单可靠、高效低成本地远距离传输数字音频信号和电源信号。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图；

图2为本发明传输数字音频和电源信号的方法一实施例信号发送端的流程示意图；

图3为本发明传输数字音频和电源信号的方法一实施例信号接收端的流程示意图；

图4为本发明传输数字音频和电源信号的方法一实施例数据传输示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图。

本发明实施例运行设备可以是PC，也可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器、便携计算机等具有显示功能的可移动式终端设备。

如图1所示，该运行设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如WI-FI接口）。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

可选地，运行设备还可以包括摄像头、RF（Radio Frequency，射频）电路，传感器、音频电路、WiFi模块等等。其中，传感器比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器及接近传感器。作为运动传感器的一种，重力加速度传感器可检测各个方向上（一般为三轴）加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别移动运行设备姿态的应用（比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准）、振动识别相关功能（比如计步器、敲击）等；当然，移动运行设备还可配置陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的运行设备结构并不构成对运行设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及传输数字音频和电源信号的程序。

在图1所示的运行设备中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端（用户端），与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的传输数字音频和电源信号的程序，并执行以下操作：

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的传输数字音频和电源信号的程序，还执行以下操作：

判断是否同时传输数字音频信号和电源信号；

参照图2，本发明提供一种传输数字音频和电源信号的方法，其应用于信号发送端，所述传输数字音频和电源信号的方法包括：

步骤A，将数字音频接口的电平信号转换成差分信号，将所述差分信号经过电容隔直后得到隔直差分信号。

数字音频接口DAI，即Digital Audio Interfaces，表示在板级或板间传输数字音频信号的方式。数字音频信号的传输标准，如I2S（Integrated Interchip Sound，集成电路内置音频总线）、PCM (Pulse Code Modulation，脉冲编码调制) 和PDM (Pulse DensityModulation，脉冲密度调制)等主要用于同一块电路板上芯片之间音频信号的传输。本发明实施例中的电平信号包括I2S,PDM和TDM（time-division multiplexing, 时分复用技术）等数字音频接口的TTL（transistor transistor logic，晶体管-晶体管逻辑电平）或者CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS，P型和N型互补金属氧化物半导体）电平。一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异，在本发明实施例中的差分信号采用RS422/RS485两种串口通信电平标准，即两种电气协议，其是对电气特性以及物理特性的规定，作用于数据的传输通路上，并不内含对数据的处理方式。更具体的，电气的特性也决定了线路的连接方式，比如RS485，使用差分电平表示数据，因此，必须用两根线才能达到传输数据的基本要求，而要实现全双工，则必需用4根线。其中电容隔直是指由于电容器的结构是两块极板，中间隔着一层绝缘体。当电容器接通直流电源时，仅在刚接通的短暂时间内发生充电过程，在这一短暂过程中，电流过电容器。此后由于直流电源电压恒定不变，电容器两端电压也恒定不变，没有电位差,因此电容器中不会有电流过，相当于电容器把直流电流隔断，即电容器可以起到隔直流的作用。

在本发明一实施例中，把I2S，PDM和TDM的数字信号，如PDM的CLK（Clock，时钟信号）信号、同步信号等转换成RS422/RS485差分信号，将转换后得到的RS422/RS485差分信号经过隔直电容后，得到隔直差分信号。

步骤B，将电源信号和GND信号经过低通滤波后接入到所述隔直差分信号上，得到综合差分信号，发送所述综合差分信号至信号接收端。

GND（Ground，电线接地端）代表地线或0线，对于电源来说，相当于一个电源的负极。滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施，其中低通滤波允许信号中较低频率的成分通过，规则为低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱。

在本发明一实施例中，将电源设备中的电源信号和GND信号在经过低通滤波器的滤波后，接入到步骤A得到的隔直差分信号上，得到综合差分信号，信号发送端将综合差分信号发送至信号接收端，完成信号的发送。

在本实施例中，将数字音频接口的电平信号转换成差分信号，将所述差分信号经过电容隔直后得到隔直差分信号。从而在高度免疫外部电磁干扰的情况下，提高信号精度,并基于对细微信号的高敏感性，实现远距离信号的传送。将电源信号和GND信号经过低通滤波后接入到所述隔直差分信号上，得到综合差分信号，发送所述综合差分信号至信号接收端。从而尽量减少对正常电源信号的衰减，精准有效地传输电源信号。

参照图3，本发明提供一种传输数字音频和电源信号的方法，其应用于信号接收端，所述传输数字音频和电源信号的方法包括：

步骤C，在接收到综合差分信号后，将所述综合差分信号进行拆分，得到电源信号和GND信号，以及隔直差分信号。

信号接收端在接收到在步骤B通过差分线缆发送的综合差分信号后，将综合差分信号进行拆分，得到电源信号和GND信号，以及隔直差分信号。

步骤D，将所述电源信号和GND信号经过低通滤波后发送给电源接收设备，完成电源信号的传输。

将步骤C得到的电源信号和GND信号进行低通滤波后发送给信号接收端的电源接收设备，对信号接收端进行供电。

步骤E，将所述隔直差分信号经过电容隔直后恢复得到差分信号，将恢复得到的差分信号转换成电平信号。

将步骤C得到的隔直差分信号进行电容隔直后，恢复得到RS422/RS485差分信号，将RS422/RS485差分信号转换成I2S、PDM和TDM的数字信号，如PDM的CLK（Clock，时钟信号）信号、同步信号等。

步骤F，将转换后的电平信号参照数字音频接口标准要求进行时序调整，完成数字音频信号的传输。

在板内传输时一般距离较短，通过信号发送端发送时钟，信号接收端接受时钟的方式传输数据。数据传送到信号接收端也就是几ns的延时，对整个时序不会产生影响，不会影响信号发送端对数据进行采样。但在本发明一实施例中，由于将TTL/CMOS电平转换为RS422/RS485差分信号增加了延时，同时也增加了长距离传输时线缆的传输延时，以及信号接收端的RS422/RS485差分转TTL/CMOS电平的延时。此时总的时序已经不能满足I2S、PDM和TDM等传输标准的要求，需要调整时序，以产生满足I2S、TDM和PDM传输标准要求的时序，比如用FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）技术的预先编辑的代码进行调整，或者直接对左右声道进行调整等方法进行时序的调整。

在本实施例中，步骤C相当于步骤B的逆过程，将综合差分信号进行拆分得到电源信号和GND信号，以及隔直差分信号。步骤E相当于步骤A的逆过程。将隔直差分信号经过电容隔直后恢复得到差分信号，将恢复得到的差分信号转换成电平信号。整个数字音频信号和电源信号的传输过程可以看做将信号在信号发送端进行“加工组装”，在信号接收端进行“拆卸分解”，而传输过程采用将主要用于板内或者板对板连接的I2S、PDM和TDM等数字音频接口的TTL/CMOS电平，转变为适合长距离传送的RS485/RS422差分信号，并在信号接收端调整各个环节导致的时序，最终完成I2S、PDM和TDM等数字音频的长距离传送。通过更改RS422/RS485差分电路，在RS422/RS485差分信号上接入电源信号和GND信号，在传输RS422/RS485差分信号的同时传输电源信号，实现同时远距离传输数字音频信号和电源信号。

为辅助理解上述传输数字音频和电源信号的步骤，现在通过以下的一个PDM中的DATA数据为例来进行解释说明。

如图4所示，在步骤A中，把PDM的数字信号作为DATA IN发送至RS422/RS48发送芯片，转换成RS422/RS485差分信号，将转换后得到的RS422/RS485差分信号经过隔直电容后，得到隔直差分信号。

在步骤B中，将电源设备中的电源输入信号如+12V和GND信号，在经过低通滤波器的低通滤波后，接入在隔直差分信号上，得到综合差分信号，信号发送端将综合差分信号发送至信号接收端，完成信号的发送。

在步骤C中，综合差分信号传送到信号接收端后，信号接收端将综合差分信号进行拆分，得到电源信号和GND信号，以及隔直差分信号。

在步骤D中，将电源信号和GND信号经过低通滤波后发送给电源接收设备，其中电源输出信号为+12V，从而完成电源信号的传输。

在步骤E中，将隔直差分信号进行电容隔直后，发送至RS422/RS48接收芯片，恢复得到RS422/RS485差分信号，将RS422/RS485差分信号转换成PDM的数字信号作为DATA OUT。

在步骤F中，针对如图4所示的传输过程在RS422/RS48发送芯片中把PDM的数字信号DATA转换成RS422/RS485差分信号的延时，在信号发送端与信号接收端的差分线缆中的长距离传输延时，在RS422/RS48接收芯片中把RS422/RS485差分信号转换成PDM的数字信号DATA的延时，调整DATA OUT的时序，以满足PDM传输标准的时序要求。

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法还包括：

判断是否同时传输数字音频信号和电源信号；

在本发明一实施例中，若选择只传输数字音频信号而不传输电源信号，则只需要发送差分信号至信号接收端即可。也就是说信号发送端直接将经过RS422/RS48发送芯片转换的RS422/RS485差分信号，直接传输至信号接收端的RS422/RS48接收芯片即可，从而完成只传输数字音频信号而不传输电源信号的信号发送过程。

电源信号经过低通滤波器后接入在经过隔直电容的隔直差分信号的+端或者-端，GND信号经过低通滤波器后接入在经过隔直电容的隔直差分信号的-端或者+端，GND信号接入隔直差分信号与电源信号接入隔直差分信号相反。

若电源信号经过低通滤波器后接入在经过隔直电容的隔直差分信号的+端，则GND信号经过低通滤波器后就会接入在经过隔直电容的隔直差分信号的-端，与电源信号接入隔直差分信号相反，以构成回路。

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

在本发明一实施例中，若选择只传输数字音频信号而不传输电源信号，则只需要接收差分信号，并将其转换成电平信号，再接着调整时序即可。也就是说信号接收端的RS422/RS48接收芯片直接将接收到的RS422/RS485差分信号转换成电平信号，接着完成对于TTL/CMOS电平转换为RS422/RS485差分信号增加的延时，长距离传输时线缆增加的传输延时，以及信号接收端的RS422/RS485差分转TTL/CMOS电平增加的延时的时序调整，从而完成只传输数字音频信号而不传输电源信号的信号接收过程。

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

在硬件设备上，为实现本发明实施例中传输数字音频和电源信号的方法，需要在传输数字音频信号时，需要在信号发送端使用RS422/RS485差分信号发送芯片将I2S，PDM和TDM的TTL/CMOS电平信号转换成RS422/RS485差分信号。

可选地，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

在硬件设备上，为实现本发明实施例中传输数字音频和电源信号的方法，需要在传输电源信号时，需要在信号发送端使用低通滤波器将电源信号和GND信号接入到隔直差分信号上，在信号接收端使用低通滤波器将电源信号和GND信号发送给电源接收设备。

使用隔直电容将RS422/RS485差分信号进行电容隔直后转换成隔直差分信号，需要在信号接收端将隔直差分信号进行电容隔直后转换成RS422/RS485差分信号，使用RS422/RS485差分信号接收芯片将RS422/RS485差分信号转换成I2S，PDM和TDM的TTL/CMOS电平信号。

此外，本发明实施例还提供一种传输数字音频和电源信号的系统，所述传输数字音频和电源信号的系统包括信号发送端和信号接收端，

此外，本发明实施例还提供一种传输数字音频和电源信号的设备，所述传输数字音频和电源信号的设备包括：低通滤波器、隔直电容、RS422/RS48发送芯片、RS422/RS48接收芯片、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的传输数字音频和电源信号的程序，所述传输数字音频和电源信号的程序被所述处理器执行时实现如上述的传输数字音频和电源信号的方法的步骤。

此外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有传输数字音频和电源信号的程序，所述传输数字音频和电源信号的程序被处理器执行时实现如上所述的传输数字音频和电源信号的方法的步骤。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种传输数字音频和电源信号的方法，其特征在于，其应用于信号发送端，所述传输数字音频和电源信号的方法包括：

2.如权利要求1所述的传输数字音频和电源信号的方法，其特征在于，所述传输数字音频和电源信号的方法还包括：

判断是否同时传输数字音频信号和电源信号；

3.如权利要求1所述的传输数字音频和电源信号的方法，其特征在于，所述将电源信号和GND信号经过低通滤波后接入到所述隔直差分信号上的步骤包括：

4.一种传输数字音频和电源信号的方法，其特征在于，其应用于信号接收端，所述传输数字音频和电源信号的方法包括：

5.如权利要求4所述的传输数字音频和电源信号的方法，其特征在于，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

6.如权利要求1至5任意一项所述的传输数字音频和电源信号的方法，其特征在于，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

7.如权利要求1至5任意一项所述的传输数字音频和电源信号的方法，其特征在于，所述传输数字音频和电源信号的方法，还包括：

8.一种传输数字音频和电源信号的系统，其特征在于，所述传输数字音频和电源信号的系统包括信号发送端和信号接收端，

9.一种传输数字音频和电源信号的设备，其特征在于，所述传输数字音频和电源信号的设备包括：低通滤波器、隔直电容、RS422/RS48发送芯片、RS422/RS48接收芯片、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的传输数字音频和电源信号的程序，所述传输数字音频和电源信号的程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的传输数字音频和电源信号的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有传输数字音频和电源信号的程序，所述传输数字音频和电源信号的程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的传输数字音频和电源信号的方法的步骤。