CN117082460B - 公专网信号共用方法、双网对讲机和混合组网对讲系统 - Google Patents

公专网信号共用方法、双网对讲机和混合组网对讲系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了公专网信号共用方法、双网对讲机和混合组网对讲系统,发送状态下双网对讲机将同一音源采集的语音信号向公网和专网发送;接收状态下双网对讲机将专网接收的模拟语音信号转换为第一数字信号,再通过波形相似度对比在公网接收的语音信号中找出与第一数字信号同源的第二数字信号,当出现公网或专网信号异常,双网对讲机自动在第一数字信号和第二数字信号之间选择。双网对讲机通过波形相似度对比寻找到与专网语音信号同源的公网语音信号,遇到信号问题可自动选择数据源,不会出现切换延迟;混合组网时中继通过信号选择方法同时支持公网和专网两种通讯,结合了两种网络的优势,提高了对讲网络的通达率,扩展了对讲机使用场景。

Description

公专网信号共用方法、双网对讲机和混合组网对讲系统
技术领域
本发明涉及对讲机应用技术领域,具体涉及公专网信号共用方法、双网对讲机和混合组网对讲系统。
背景技术
模拟对讲机和数字对讲机统一归为传统类型的对讲机,同时也被人们称之为专网对讲机,使用UHF / VHF频段实现对讲。而公网对讲机是指基于移动蜂窝分组域承载,利用voip技术实现的半双工语音业务。通俗来说,就是利用无线网络(3G/4G)进行数字通讯。公网对讲机可以不受到通讯距离的限制,但是会受到移动基站信号覆盖范围的制约,同时在人流密集区域会受到网络拥堵的影响,而专网对讲机正适于在无信号覆盖或网络拥堵的区域使用。目前市面上的双网对讲机产品,可以支持公网和专网连接。但是这种双网对讲机智能同时连接一种网络,遇到信号问题选择需要人为判断并通过开关进行切换。
这种双网对讲机也不能混合组网,即同一对讲群组中所有双网对讲机要么全部选择公网,要么全部切换为专网,才能做到即时通信。但是在很多场景中是需要混合组网的,比如一个对讲群组需要进行语音对讲,但其中几台双网对讲机不能连接公网但距离较近,另有几台双网对讲机只能通过公网传输数据,这种情况下单一的公网或者专网都不能满足全员语音对讲的需求。
发明内容
鉴于上述,本发明提出了公专网信号共用方法以及适用该方法的双网对讲机,以解决目前双网对讲机只能在公网和专网之间通过开关择一连接,遇到信号问题需要人为判断切换网络的问题;本发明还提出了利用上述双网对讲机进行混合组网的对讲系统,通过混合组网,同时支持公网和专网两种通讯。
本发明提出了公专网信号共用方法,应用于双网对讲机,双网对讲机可同时与公网和专网连接;
发送状态下,双网对讲机将同一音源采集的语音信号向公网和专网发送;
接收状态下,双网对讲机将专网接收的模拟语音信号转换为第一数字信号,再通过波形相似度对比在公网接收的语音信号中找出与第一数字信号同源的第二数字信号,当出现公网或专网信号异常时,双网对讲机自动在第一数字信号和第二数字信号之间选择。
优选的,波形相似度对比的计算采用最大上下模式法。
本发明还提出了双网对讲机,采用上述任一项技术方案所记载的公专网信号共用方法进行信号选择;
双网对讲机包括公网通讯模块、专网通讯模块、声音存储器和MCU控制器;其中,
声音存储器用于存储语音信号,MCU控制器用于波形相似度对比计算和控制双网对讲机共用信号。
本发明还提出了混合组网对讲系统,采用上述任一项技术方案所记载的双网对讲机进行组网:
双网对讲机具有中继模式,在中继模式下:
当专网通讯模块接收到模拟语音信号时,将模拟语音信号转换为第一数字信号,再通过波形相似度对比在声音存储器中寻找是否存在与第一数字信号同源的第二数字信号;
若存在第二数字信号,则仅通过专网发送模拟语音信号;若不存在,
则通过公网发送数字语音信号,同时通过专网发送模拟语音信号。
优选的,当专网组网中出现同时连接到公网和专网的双网对讲机数量大于1、且连接不到公网的对讲机数量大于0时,通过公网进行中继选举,选举其中1台双网对讲机作为中继。
优选的,在中继模式下,仅连接到公网的双网对讲机通过专网发送模拟语音信号。
优选的,当双网对讲机仅能连接公网时,双网对讲机通过公网参与组网收发语音信号。
本发明具有以下有益效果:双网对讲机在接收信号时,公网通讯模块会收到不同持机人发送的不同信号,因此需要在这些信号中寻找到与专网同源的信号,才能在切换网络时保证语音持续输出。本发明同时连接公网和专网时,通过波形相似度对比寻找到与专网语音信号同源的公网语音信号,遇到信号问题时可以自动选择数据源,不会出现人工切换时的延迟;混合组网时作为中继的双网对讲机通过信号选择方法同时支持公网和专网两种通讯,结合了两种网络的优势,提高了对讲网络的通达率,扩展了对讲机使用场景。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明,其中:
图1是本发明公专网信号共用方法的原理图。
图2是本发明双网对讲机的逻辑结构图。
图3是本发明混合组网对讲系统的系统图。
附图标记说明:
1-第一专网群组,2-第二专网群组,3-第三专网群组,4-拾音器,5-扩音器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
由此,本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征,而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外,应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计,但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此,除非另有说明,所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图及实施例对本发明的原理进行详细说明。
本发明提出了公专网信号共用方法,应用于双网对讲机,双网对讲机可同时与公网和专网连接;如图1所示:一台双网对讲机作为发射机,另一双网对讲机作为接收机;
发送状态下,发射机将同一音源采集的语音信号向公网和专网发送;
接收状态下,接收机将专网接收的模拟语音信号转换为第一数字信号,再通过波形相似度对比在公网接收的语音信号中找出与第一数字信号同源的第二数字信号,当出现公网或专网信号异常时,双网对讲机自动在第一数字信号和第二数字信号之间选择。VOIP服务器用于布置对讲平台以管理通讯群组,若干双网对讲机可在通讯群组内呼叫对话。
对讲机的通讯环境复杂多变。比如在人流密集区域公网通讯容易拥堵,消防通道等狭小空间内公网信号微弱,人烟稀少的地区没有运营商基站覆盖,这些因素都会影响公网通讯;又如对讲者距离忽远忽近,机场等区域禁用专网通讯,受周边物体和气象的影响传输不稳定,这些因素都会影响专网通讯。对讲机通常会随着使用者移动位置,公网和专网通讯都很难保证稳定,因此需要在某一种网络无法通讯时切换到另一种网络。背景技术中的双网对讲机通过硬件形态的按键开关或者屏显的软件开关切换公网和专网,它只能通过开关所选择的一种网络进行通话,当信号临时中断或变弱,则通过开关切换另一种网络再次连接通讯群组,信号中断和切换开关会对通话造成延迟。
本实施例的双网对讲机不通过硬件开关或软件开关来切换网络,它主动保持与公网和专网的连接,当同时连接公网和专网时,双网对讲机将公网接收的数字语音信号计算波形并暂存在对讲机内的存储器中,此时存储器中可能暂存有多个IP的数字语音信号;双网对讲机还将专网接收的模拟语音信号转换成第一数字信号,计算第一数字信号波形后通过波形相似度对比寻找到与专网语音信号同源的公网语音信号,并优先使用公网语音信号进行播放。优先使用公网语音信号进行播放的原因是公网通常所受干扰小于专网通讯,这样有助于首次就可以选择到更好音质的音源。当公网语音信号临时中断或者变弱时,则自动选择专网信号;当公网信号恢复正常时,则继续公网信号的接收。若专网信号中断或者变弱,双网对讲机则再次选用公网信号。可见,公专网信号共用方法能够允许公网和专网的语音信号共存,并根据信号状态自动选择数据源,不会出现背景技术对讲机的人工切换时延迟,也不会因开关切换导致声音重复播放和丢掉声音的情况。
本实施例中,波形相似度对比的计算采用最大上下模式法。
由声音学可知,声音的内容是由波形决定的,虽然公网和专网传输的语音信号内容不同,但波形是相近的,计算波形并将语音信号放入到双网对讲机的缓存区,采用8K的采样率16位数据位单声道进行音频采样,缓存500ms的数据,缓存区大小为8KByte大小。
波形相似度,又称为形状相似度,它涉及一组幅值数据序列,比较两组幅值数据以分析这两组数据的相似性,可以通过计算相似度绝对值,对两个响应处理的数据判断的特征。
波形相似度是指两个数据的曲线是否拥有常见的形态,可以通过观察数据的趋势、极值和转向等特性得到。当通过这种方式计算时,如果计算出的相似度接近1,则认为该曲线形式相似。波形相似度的计算通常采用,最大上下模式(Max Up-Down,MUD)法的相似度评估,记为Cmax。它的计算公式如下:Cmax=∑|Xn-Yn|÷∑|Xn|+|Yn|;其中,Xn和Yn为比较的两条曲线对应点的横坐标值,Cmax为数值越接近1,则曲线相似度越高。当Cmax接近0时,则两条曲线形式越不相似。用时间作为X轴,采样数据作为Y轴,将公网和专网数据缓存区的8KByte数据转换为波形,计算他们的相似度,当相似度大于0.8时认为是相同的声音,否则认为是不同的声音。
本发明还提出了双网对讲机,采用上述任一实施例所记载的公专网信号共用方法进行信号选择。
如图2所示,双网对讲机包括公网通讯模块、专网通讯模块、声音存储器和MCU控制器;其中,
声音存储器用于存储语音信号,声音存储器划分为用于存储公网语音信号的公网数据缓存区和用于存储专网语音信号的专网数据缓存区。
MCU控制器用于波形相似度对比计算和控制双网对讲机共用信号,MCU控制器也可以实现对其他电路,如功放、拾音器4、扩音器5等的控制。
现实生产中,MCU控制器也可能会与公网通讯模块集成在一起,声音存储器也可以选用两颗分别缓存公网数据和专网数据,本实施例所提供的是逻辑概念的设计思路。
本发明还提出了混合组网对讲系统,采用上述任一实施例所记载的双网对讲机进行组网。
图3给出了一个通话群组模式,它由15台双网对讲机混合组网构成。受环境影响,双网对讲机a1-a9仅能连接到专网,a10-a13能够同时连接公网和专网,a14和a15仅能连接到公网,VOIP服务器用于搭建、管理公网对讲平台,公网通过运营商4G移动网络连接。
仍结合图3,双网对讲机a1、a2、a3和a10组成了第一专网群组1,a1为发射机,a10通过专网接收到a1发送的模拟语音信号时,将模拟语音信号转换为第一数字信号,再通过波形相似度对比在声音存储器中寻找是否存在与第一数字信号同源的第二数字信号。由于a1、a2和a3均无法连接公网,因此此时a10也无法在公网接收到a1发送的语音信号,进而也无法找到同源的第二数字信号。此时a10会进入中继模式,通过公网发送数字语音信号,同时通过专网发送模拟语音信号。
仍结合图3,a1发送的语音信号经a10中继后会经公网发送到VOIP服务器,然后再经公网转发到其他能够连接到公网的双网对讲机,包括a11-a15。
仍结合图3,a4、a5、a6、a11和a12组成了第二专网群组2,其中双网对讲机a11和a12能够同时连接公网和专网。此时专网组网中出现同时连接到公网和专网的双网对讲机数量为2台,连接不到公网的双网对讲机数量为3台,因此会通过公网进行中继选举避免数据重复浪费资源。本实施例选举其中a11作为中继,a11仅从公网收取到语音信号,然后a11将公网接收到的语音信号通过专网发送,使得a4、a5和a6能够通过专网接收到第一专网群组中a1所发送的语音信号。
仍结合图3,a7、a8、a9和a13组成了第三专网群组3,同时a13作为中继与a10通过专网连接。a13通过专网接收到a10发送的模拟语音信号后,将模拟语音信号转换为第一数字信号后,通过波形相似度对比计算能够找到与第一数字信号同源的第二数字信号,这说明公网中已经存在该语音信号,因此a13仅通过专网发送模拟语音信号。使得a7、a8和a9能够通过专网接收到第一专网群组中a1所发送的语音信号。
仍结合图3,a14和a15未通过专网与其它双网对讲机连接,这两台双网对讲机仅从公网收取到a1所发送的语音信号。
从图3可以看到,混合组网对讲系统的网络中可能出现多个子网和多个中继,并且这些子网和中继是动态的。混合组网时作为中继的双网对讲机通过信号选择方法同时支持公网和专网两种通讯,结合了两种网络的优势,提高了对讲网络的通达率,扩展了对讲机使用场景。

Claims (7)

1.公专网信号共用方法,应用于双网对讲机,其特征在于,所述双网对讲机可同时与公网和专网连接;
发送状态下,双网对讲机将同一音源采集的语音信号向公网和专网发送;
接收状态下,双网对讲机将专网接收的模拟语音信号转换为第一数字信号,再通过波形相似度对比在公网接收的语音信号中找出与第一数字信号同源的第二数字信号,当出现公网或专网信号异常时,双网对讲机自动在第一数字信号和第二数字信号之间选择。
2.如权利要求1所述的公专网信号共用方法,其特征在于,所述波形相似度对比的计算采用最大上下模式法。
3.双网对讲机,其特征在于,采用权利要求1-2任一项所记载的公专网信号共用方法进行信号选择;
所述双网对讲机包括公网通讯模块、专网通讯模块、声音存储器和MCU控制器;其中,
所述声音存储器用于存储语音信号,所述MCU控制器用于波形相似度对比计算和控制所述双网对讲机共用信号。
4.混合组网对讲系统,其特征在于,采用权利要求3所记载的双网对讲机进行组网:
所述双网对讲机具有中继模式,在中继模式下:
当专网通讯模块接收到模拟语音信号时,将模拟语音信号转换为第一数字信号,再通过波形相似度对比在声音存储器中寻找是否存在与第一数字信号同源的第二数字信号;
若存在第二数字信号,则仅通过专网发送模拟语音信号;若不存在,
则通过公网发送数字语音信号,同时通过专网发送模拟语音信号。
5.如权利要求4所述的混合组网对讲系统,其特征在于,当专网组网中出现同时连接到公网和专网的双网对讲机数量大于1、且连接不到公网的对讲机数量大于0时,通过公网进行中继选举,选举其中1台双网对讲机作为中继。
6.如权利要求5所述的混合组网对讲系统,其特征在于,当双网对讲机仅能连接公网时,双网对讲机通过公网参与组网收发语音信号。
7.如权利要求5所述的混合组网对讲系统,其特征在于,当双网对讲机仅能连接专网时,双网对讲机通过专网参与组网收发语音信号。
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