CN1507185B - 用于远程控制音频源的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于从远程控制中心对与无线音频系统相关的一组变量进行远程控制的方法和装置。该方法包括生成经数字调制的导频音的步骤和将该导频音通过无线通信传送给无线接收器的步骤。经数字调制的导频音承载的数据包括与音频源及其相关的发射器有关的多个变量。该方法还包括在无线接收器上接收数据、利用与无线接收器有关的信息对数据进行扩充、以及将结果数据通过通信网络传递给远程控制中心的步骤。该方法还包括在远程控制中心对结果数据进行监视、对检测到的与无线音频系统有关的问题进行诊断、以及向音频系统传递适当的修复措施以缓解被检测到的问题的步骤。

Description

用于远程控制音频源的方法及设备
本申请与2003年10月3日提交的美国临时专利申请No.60/415,717有关，该申请目前已经完成。上述美国临时专利申请No.60/415,717被整体引入本文以作为参考。 
发明领域 
本发明一般涉及对音频网络环境的监视，特别涉及一种通过通信网络对无线音频源进行监视和远程控制的方法及设备。 
背景技术
诸如话筒系统之类的现代音频通信系统提供了可靠的基础架构以用于传输语音信号。无线话筒系统通常包括诸如话筒之类的声源以及接收器。声源和接收器通过发射器相互连接在一起。因此，发射器使来自音频源的声能与接收器之间的无线连接得到了简化。 
这些音频部件，即，话筒、发射器和接收器，在音频工业中都是普遍采用的。话筒是一种转换器，其中来自声源的声能通过可响应于传输的声能而发生振荡的振荡元件被转换成电输出。该电输出被馈送给发射器。 
发射器是无线的，它可以为手持设备的形式或者为机载设备(bodypack)的形式。发射器通过由接收器的天线所捕获的传输信号将话筒的电输出发送给接收器。传输信号可以为例如射频(RF)信号，并且其中设有导频音(pilot tone)，以使接收器能够识别出从发射器发出的载有话筒输出的信号。 
接收器可以是分集式接收系统或者非分集式接收系统。分集式无线接收器系统是非常理想的，因为它们能够有效地解决无线话筒设备的最常见的问题，即，因多路径造成的信号失落(signal dropout)。与类似的非分集式系统相比，分集式无线系统还几乎总是具有更好的工作范围。 
无线接收器必须具有一个或两个外部天线，而且在这些天线与发射器 的天线之间应该有空旷的户外路径。每个无线话筒系统都工作于特定的频率上。政府规定了哪些频率范围可以由无线系统使用。根据政府的政策，所有的频率都由整个国家的大量用户共同分享。必须有一个发射器和一个接收器以组成完整的无线系统，并且它们必须工作于相同的频率。 
这种无线话筒系统的性能一般是在它们的音频组件的物理位置处得到测试和评估，或者可在远程测试及维护设备上得到测试和评估。但是，这些情况都会引入其各自的缺点，即，它们或者需要将无线话筒组件运送至远处的设备，或者需要将合格的技术人员实地派往使用无线话筒系统的地方。 
推荐标准(RS)232是信息处理系统中的一个通用的串行通信标准。RS-232作为数据终端设备(DTE)与数据电路终接设备(DCE)之间的电气接口标准已经有几十年。DTE的例子包括个人电脑(PC)、工作站、文件服务器或打印服务器，这些设备作为一个群体经常被称为终端站。DCE的例子包括在网络中接收和转发数据帧的各种中间网络设备，它们或者是(i)独立的设备，如中继设备、网络交换机以及路由器，或者是(ii)通信接口单元，如接口卡和体制解调器。RS-232被用于异步数据传输以及同步链接。 
以太网已经代替串口而主宰了计算机通信的方式，并且已经成为人们选择的通信方法。例如，以太局域网(LAN)由网络节点和互连媒介组成。网络节点分为两个主要类型：DTE和DCE。典型地基于微控制器的方案是在10base T以太网或更高速的网络上进行通信，并且以太网板(Ethernetboard)允许与互联网进行数据通信。互联网只是一种类型的通信网络。其它通信网络可以是局域网(LAN)、广域网(WAN)综合业务数字网络(ISDN)、无线网络以及其它在两点之间传输数据的类似网络。 
发明内容
一种用于从远程控制中心对与无线音频系统相关的一组功能进行远程控制的方法，所述方法包括以下步骤： 
提供含有发射器和接收器的无线音频系统； 
通过位于所述发射器内的声能转换器检测音频信号； 
将数据从所述无线音频系统的发射器发送至接收器，并在所述接收器中保存所述数据，所述数据包括所述被检测的音频信号； 
将用数据帧编码的声音脉冲串从所述发射器发送至接收器；并在所述接收器内保存所述数据帧，所述数据帧的包含有在所述数据帧中设置的与所述发射器有关的两个或者更多的特征； 
通过一种通信网络在所述无线音频系统的接收器与所述控制中心之间建立链路，以对所述一组功能进行远程控制； 
通过从所述远程控制中心对保存在所述接收器中的所述数据进行监视，确定是否存在任何问题； 
从所述远程控制中心向所述音频系统传递适当的修复措施，以缓解所述问题。 
附图说明
通过阅读以下的详细文字说明并参考附图，本领域的普通技术人员将会更加容易地理解本发明的长处和优点，在以下的附图中： 
图1的示意图示出一个典型的通信网络，其说明了用于监视和控制无线音频源的方法的总体操作； 
图2的框图示出了在本发明一个典型实施例中使用的与发射器结合在一起的声能转换器，其中发射器中合并有数字调制导频音发生器； 
图3A和3B的框图示出了在本发明一个典型实施例中使用的发射器与接收器之间的无线通信； 
图4的框图示出了在本发明一个典型实施例中使用的无线接收器的实施例； 
图5的流程图示出了本发明的一个典型实施例； 
图6的框图示出了在本发明的另一个典型实施例中使用的主接收器和多个通过通信总线连接的从属接收器； 
图7是结合了本发明多个方面的无线发射器系统的另一个实施例的示意图； 
图8是结合了本发明多个方面的无线发射器系统的又一个实施例的示意图； 
图9A-9C示出了典型的帧组成、帧首标格式、以及异步串行传输下的8位单元数据的数据格式。 
具体实施方式
虽然本发明能够以多种形式得到实施，但以下将结合附图对本发明的优选实施例进行示例性的说明，而且这些说明的意图并不是将本发明限制于图示的特定实施例。 
另外，还应该明白，说明书中本节内容的标题，即，“具体实施方式”是为了满足美国专利局的要求，它并不意味着或者说不应被认为是对在此公开的主题的限制。 
在本说明书中，除非有特别说明，否则是没有数量限定的。也就是说，本文中所述的各个单元的数量没有限制。 
通过使用例如以太网来远程控制诸如无线话筒的音频系统，就可以监视下述变量(function)：接收器的网际协议(IP)地址、接收器的链路地址、接收器的RF电平以及接收器的AF电平。另外，下述变量还可以得到控制：接收器的名称、接收器的频率、接收器的抑止电平(squelch level)、接收器的仪表控制(meter hold)(开/关)、接收器的天线功率(开/关)、接收器的静音(开/关)、接收器状态的缺省显示、接收器的锁定情况以及接收器的负荷(load)/保存预设。此举是非常有益的，例如，因为诸如无线话筒系统之类的音频系统所具有的问题可以得到远程监视和诊断，而无需将话筒系统送回给制造商。 
在本发明的一个示范性实施例中，导频音(它被用于使无线接收器识别出发射器信号)受到数字调制，从而包含了与发射器及相应的音频源(如无线话筒)相关的附加信息。该附加信息可包括，例如，发射器的名称、发射器的类型(手持式或带装式(belt-pack))、封装(capsule)类型(电容型(condenser)或动态型)、输入类型(话筒或仪器)、发射器增益设定、发射器功率(高或低)、电池电平、发射器锁定模式的状态、发射器静音情况的状态、发射器的预设名称。这个列表可被增加到受监视的变量列表中(已在前面得到说明)。 
本发明的重要特征包括，例如，使用稳固的基于web的技术来实时地 监视和控制无线音频系统的多个列举出来的变量。具体来说，本发明能够实现例如远程诊断、性能跟踪、调谐以及从远程位置处调整无线音频系统。另外，在一个典型实施例中，本发明还能够实现远程故障检修和调试。实际上，在发现有组件故障的情况下，远程控制中心能够检查是否可以进行远程修复。如果不能，则远程控制中心可以提醒本地的技术人员对该问题进行实时解决。如果问题太过复杂以至于不能在本地得到解决，则有故障的组件将被卸下以在适当的技术控制下得到修复。 
图1是一个典型的通信网络100，其中示出了一个可用于理解监视和控制无线音频源的方法的整体操作的实施例。在这个典型的通信网络中，远程控制中心102通过互联网104与多个无线话筒系统106相连。该结构在远程控制中心102与无线话筒系统106之间提供了双向通信。该结构还允许将通过无线系统106的无线模式而获取的数据提供给远离音频源的控制中心102，而且控制中心102能够依次对无线系统106的可控制组件提供校正措施。这种在互联网104上提供的连续实时数据也可通过蜂窝网络而从无线话筒系统106发送至互联网104，并从互联网104发送至远程控制中心102。 
图2的示意框图示出了图1所示无线音频系统106的一部分的一个例子。在该典型的应用中，无线音频系统106包括无线话筒系统，其中声音信号被声能转换器108(如话筒或乐器)获取。这些信号被馈送至发射器110。发射器110将音频信号转换成无线信号，并通过天线111将该无线信号广播给周边地区。广播是通过利用声音信号来调制无线载波并有效地传输经调制的无线信号而得以实现的。因此，发射器110配备有专门用于处理音频信号转换、无线信号的调制和广播的电路。作为无线通信的一部分，附加的信号(称为导频音)也被传递给无线接收器。该导频音由导频音发生器112生成，并且通常由只与发射器110所广播的无线信号的频率相关的信息承载。该系统中含有电池114或其它适当的电源用以提供电能。 
话筒系统106包括电源开关、静音开关、功率调节器和频率选择器(未示出)，这些控制器的状态典型地在本地记录。在本发明中，导频音被调制为数字信号，并被编程以将这些控制器的状态传送给无线接收器，该无线接收器在后文详述。数字化的导频音所传送的控制器的列表包括进一步的 信息，如发射器的名称、发射器的类型、封装类型、输入类型、电池114的电平以及发射器的预设名称。 
图3A和3B分别是根据本发明的话筒系统300和话筒系统301的示意方框图。系统300使发射器310或316和接收器314之间可以以无线信号的形式发送信息。信息被转换为无线信号、发送、接收并转换回它最初的形式。在本发明中，在上述传送过程中还加入了在上文详细描述的传送关于声源302和发射器310或316的附加信息的被数字调制的导频音。 
接收器314的一个功能是进行第一级的频率过滤，以防止不需要的无线信号造成干扰，它们将有效地拒绝频率在发射器310或316的广播工作频率之上或之下的信号。为监控的目的，记录通过被数字调制的导频音传送的控制器列表。如前面所指出的，接收器314具有相应的能够被遥控的变量列表。这两个变量列表能够通过互联网104传送到控制中心102。在接收器314和互联网104之间的变量传送由上面介绍的附加部件即RS232和以太网卡完成。 
图4是图3A和图3B所示的无线接收器314的一个实施例的方框图。在典型的实施例中，接收器314为“AEW-5200无线”接收器，由美国声讯科技有限公司(Audio Technica USA，Inc.)提供，在市场上可以买到。被话筒获得的或乐器发出的声音信号被手持的无线发射器402或机载(bodypack)的无线发射器404以无线的形式传送到分集式接收器412和414。 
无线传送信号(典型的是射频信号)通过天线406传送。这些被传送的射频信号被固定在分集接收器A 412和分集接收器B 410上的天线408获得。因为分集接收器412和410包括两个天线和两个接收信道，所以能够避免信号由于多路径而失落。接收器内的特殊电路用来从天线408和接受信道内选择具有最佳信号的音频。由于在两个天线408中同时失落信号的概率很小，分集接收器412和410几乎完全避免了信号因为多路径而被遗失。 
分集操作还能提高无线系统的有效工作范围。这是因为，即使信息没有实际上完全失落，多路径效应也会减少远距离的有效信号的数量。这使得在发射器402超出范围之前，接收器会短暂地失去声音信号。而利用分集，信号全部失落的可能性大大减少，从而，无线系统的有效工作范围被 扩展。另外，将逻辑设备420与接收器A 412和接收器B 410相连，能够加强对最好的信噪比的信号的选择。在音频传送期间，连续并无缝地选择最好的分集接收器A 412或分集接收器B 410。 
被传送的信号根据其强度而被分集接收器A 412或分集接收器B 410选择，监测发射器和接收器的特定变量的传感器装配出预定义的数据列表。该预定义的数据列表包括前面说明的多个变量。该数据列表被传送到RS232转换器414。该RS转换器414将从属接收器A 412和接收器B 410接收的数据传送到以太网卡416。以太网卡416通过互联网104将被传送的数据帧格式的数据传送给远程控制中心102(图1)。 
一旦数据到达远程控制中心102，就被诊断以评估被监测变量的状态。数据获得可以包含当被监测的任何变量的相应的通知特征被满足时能够发出通知的逻辑，如报警。在变量可控的情况下，正确的控件被传回无线控制系统，以依据可控制的变量进行调整和更改。 
在监测的变量不可控制的情况下，被监测的不可控变量的状态可被直接传送到能够立即注意的人，或登记以在将来的维修中使用。 
本发明的系统包括远程控制中心、通信网、以及一定数量的无线控制系统。系统只受远程控制中心和通信网对实时同步监测的无线控制系统之间往返的数据业务的处理能力的限制。这些无线控制系统的位置只受它们与通信网如互联网的连接能力的限制。 
图5是流程图500，示出了监测与控制无线声源如无线话筒的方法的一个实施例。在步骤502，向控制中心102发起链接。在步骤504，一旦链接建立，无线话筒系统106就被连接到控制中心102的计算机上。控制中心接收到无线话筒系统106的识别信息以及相应的被监测变量的列表。进一步，在步骤506中，工作与测量数据被传送到控制中心用来分析与评估无线话筒系统106的被监测的变量。用相应的存储的数据或参考状态来评估被监测变量列表中的每个元素。 
当在步骤508中，对被监测变量中的任何元素检测到故障时，在步骤510，将基于控制中心102或基于存储在控制中心102的计算机上的专家系统的技术支持采取被认为是正确的修复措施。在步骤510的这种修复可以是改变无线话筒系统106的故障变量的参数。在步骤512，修复行动的结 果被返回控制中心102评估。 
在步骤514，如果任何可控制的被监测变量未解决缺陷或故障，则无线话筒系统106将被送往合适的维修工厂去维修。否则，在步骤516，技术支持可以选择推迟在无线话筒系统106和控制中心102之间进行连接，或保持监测无线话筒系统的声音传送的任意部分。 
图6是示出了本发明的进一步的典型实施例的方框图。在该应用中，系统600包括主接收器606和多个通过通信总线608连接的从属接收器610。在这个典型的通信网络中，远程控制中心102通过互联网104被连接到主接收器606。该主接收器606通过如通信总线或其他任何能实现主/从通信系统的结构，依次与该多个从属接收器610连接。 
在主/从通信系统中，主接收器606完全控制着通信。该主接收器606按控制中心102的意图依次对每个从属接收器进行数据询问(例如发送与接收如上述的多个被监测变量的数据)。从属接收器610仅在接收到请求时，才对主接收器606进行应答。该请求可以向所有的从属接收器广播，在带有从属接收器610的独特的标识如网际协议(IP)地址时，也可只传给该特定的从属接收器。IP地址用于通过通信网传送数据包，并带有被称为端对端的含义。这意味着源与目的IP地址在数据包通过通信网时保持不变。每个从属接收器610具有独一无二的IP地址用于正确的识别。如果从属接收器610在预定的时间期间不能做出反应，那么主接收器606在向下一个从属接收器询问之前，会对其进行多次重新询问。 
如上所述，每一个无线音频系统200带有数据表，该数据表包括多个可控的和不可控的、与它的无线通信系统相对应的被监测变量。通过从特定的从属接收器使用其自身的IP地址与主接收器606进行通信的数据包中识别出校正措施，主/从系统允许控制中心102包含任何用于该特定的接收器610的期望的校正措施。主接收器606依次将所期望的校正措施传送给目标从属接收器610。 
参照图7，示出了结合本发明的多个方面的典型的发射器系统700的特定的实施例。图8示出了用于与图7所示的发射器系统联合使用的典型的接收器系统。 
图7、图8所示的电路允许在发射器和接收器之间传送不同的数据。 为了实现最小的成本，可以生产将这种电路合并的产品。例如，在幅值调制的情况下就不需要对与识别阈值频率相关的问题进行补偿的附加电路。类似地，与用于频率开关目的而提供的精确频率相关的成本以及提供多个振荡器的成本都取消了。 
在发射器一侧，提供能够利用编码的系列编号和声音脉冲串来中断精确频率的声音信号的变量。通过声音信号的“开”或“关”来表示序列数据。作为一个例子，声音存在表示为“1”，没有声音表示为“0”，这是以精确的比特率(串行数据时钟)实现的。 
在接收器一侧，电路存储由“1”和“0”组成的连续的代码，CPU将它们恢复为数据。电路还包括保持(hold)电路，保持声音脉冲串比最大的期间稍长，这样使声音脉冲串产生“没有声音”。这使得例如即使在声音信号被中断时，接收器也不会被错误地静音。在一个典型的实施例中，该保持电路包括二极管和能够检测声音信号的电容器。这样就有足够大的电容在任何串行数据波动中保持信号。该数据波动可能是由静音电路与表示串行数据相关地将声音信号开关而产生的。 
接收器电路还有另外的优点。一般地，当发射器停止发送电波时，首先停发用于声音压制信号的声音，在等待足够的时间以操作接收器的静音电路之后，才停发电波。这会将不期望的噪声带入所发送的信号中。为避免这种情况，接收器的静音电路采用保持电路为稳定期增加保持时间，这减少了进入所传送信号内的噪声。 
在图7所示的典型的实施例中，所有被图示的元器件被包括在手持的话筒或机载设备中。发射器系统700包括一个带有声能转换器的音频信号管理模块702，和其它将音频信号转换为电信号的相关电路。导频音发生器704产生一定频率的导频音。在一个典型的实施例中为32kHz。 
发射器系统700中设置有中央处理单元(CPU)706。CPU 706提供从发射器到声音脉冲串产生电路708的编码及串行化的信息。该声音脉冲串产生电路708将该信息并入声音脉冲串。结果信号被送往混频器710。混频器710将该结果信号与音频信号相结合。该来自混频器710的合成信号在模块712被调制，并通过高频输出天线714被传送到外部大气环境。 
参照图8，来自发射器系统700的信号被天线716接收，并被传送到 调谐器718和解调器720进行适当的调谐和解调工作。设置滤波器722以从所发送的音频信号中分离声音脉冲串信号。声音脉冲串信号被送往声音解码器724，而所发送的音频信号被送往静音电路726。 
声音解码器接收来自滤波器722的声音脉冲串信号，并将解码的结果发送给CPU 728。正如将在后面进行的更详细的讨论，解码的结果中包含一定的串行数据。声音信号从解码器724传送给保持电路730。随后传送到常规的声音抑制电路732。该声音抑制电路732和静音电路726一起在块734提供音频输出。块734能够以很小的成本减少噪声。 
表1列出了可在无线话筒或其它结合了本发明多个方面的系统的发射器和接收器之间传送的编码的串行数据。 
表1 
本发明所公开的包括表1所示出的数据装置在内的数据集，具有很多显著的优点。在发射器一侧，该数据集提供了允许将用户与唯一的口令或代码相联系的功能，并使代码可被记忆。音频放大器所获得/输出的能量以 及音频静音器的设定点条件也能被记忆。数据装置还允许将个别的设定点和用户名称作为集合被记忆。所有的数据，包括关于电池寿命余量的电流信息，都能被编码并按如上讨论的与声音脉冲串信号一起传送。在接收器侧，接收器指出设定点的数据，并按照从发射器接收的代码操作。 
根据本发明的这个方面，可以通过在接收器上显示使用者名称来将发射器和接收器作为一个集合来控制。当发射器的设定点情况被发送到接收器时，可以通过每个接收器，为每一个发射器确定特定的设置(setup)条件。结果，无须无线音频系统的使用者为每个发射器和接收器建立使用者名称或设定点的书面的注释。这样也减少了错误，并增强了人员的工作性能。 
图9A-9C示出了典型的帧结构，帧头格式以及异步串行传输的用于8位单元数据的数据格式。在图9A所示的本发明的实施例中，每个帧结构包括帧头和两个从发射器到接收器的数据的副本。图9B示出了8位帧头结构。图9C示出了在本发明的典型实施例中数据是如何被安排的。应该意识到，图9A至图9C以及表1所示的本发明的实施例只是实施例，并不是将本发明的范围限于这些特定实施例。 
从上面的描述中，可以明确，在不脱离本发明的新颖的原理的真正精神和范围的情况下，可以进行众多的更改和调整。应当理解，不应认为或推断出本发明仅限于所示出的特定实施例。所公开的发明被权利要求所保护，并涵盖了所有权利要求范围内的修改。 

Claims (5)

1.一种用于从远程控制中心对与无线音频系统相关的一组功能进行远程控制的方法，所述方法包括以下步骤：
提供含有发射器和接收器的无线音频系统；
通过位于所述发射器内的声能转换器检测音频信号；
将数据从所述无线音频系统的发射器发送至接收器，并在所述接收器中保存所述数据，所述数据包括所述被检测的音频信号；
将用数据帧编码的声音脉冲串从所述发射器发送至接收器；并在所述接收器内保存所述数据帧，所述数据帧包含有在所述数据帧中设置的与所述发射器有关的两个或者更多的特征；
通过一种通信网络在所述无线音频系统的接收器与所述控制中心之间建立链路，以对所述一组功能进行远程控制；
通过从所述远程控制中心对保存在所述接收器中的所述数据进行监视，确定是否存在任何问题；
从所述远程控制中心向所述音频系统传递适当的修复措施，以缓解所述问题。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线音频系统包括无线话筒系统。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射器包括手持式设备。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射器包括机载设备。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收器包括分集式接收器。
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