CN1960218A - 音频数字化无线传输 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种低速率的音频数字化无线传输方法，在发送端使用无采样时钟的脉冲密度调制，把模拟音频信号转换为一系列由固定脉宽加可变间隔组成的脉冲序列。在接收端由检测到的脉冲边沿去触发功能电路产生固定宽度的脉冲来还原音频。固定脉宽和可变间隔会根据系统的实际情况，各自规定一个最大和最小值。一种解决无采样时钟的脉冲密度调制器出现死锁的技术，由一个可复位的震荡器构成。当外部复位脉冲周期小于震荡器固有周期时，震荡器不会输出震荡脉冲；当外部复位脉冲周期大于震荡器固有周期时，震荡器就会不断输出震荡脉冲。本发明适用于无线音频传输领域，如无线耳机、无线音箱、舞台设备等。

Description

音频数字化无线传输

技术领域  本发明涉及一种音频信号的低速率数字化无线传输方法，适用于无线音频传输领域。如无线耳机、无线音箱、无线话筒等。

背景技术  在无线音频传输领域里，基本可分为AM、FM和数字传输三大类，本发明的方法属于数字传输类。数字传输相对于前两种方式，具有明显的优点，如频响宽、失真小、噪音低。但是，数字传输的缺点就是系统复杂、成本高、占用频带大。在使用AD转换器的数字音频无线传输系统中，因为高精度AD转换器的存在，会使得成本高，数据量也大。例如：一个16位AD转换44.1K采样率的系统，数据速率会达到705.6K比特。而通常不使用AD转换器的脉冲密度调制(PDM)或脉冲位置调制(PPM)技术，是由电路生成的一系列脉冲信号去和输入的模拟信号作比较，从而产生出表示模拟量大小的数字信号。这样的系统都有一个采样时钟，在每个采样时钟到来时，检测比较器的翻转状态，并根据比较器的状态来生成表示模拟量大小的数字信号。这个时钟在选定后是固定不变的，而比较器的翻转状态却是随机的，也就是说，在采样时钟到来的前后任一个时刻比较器都有可能翻转。这样也就产生了时间上的误差，这种误差的表现就是噪音和失真。为了减小误差，就只好去大幅度提高采样时钟的频率。常用的音频脉冲密度调制(PDM)或脉冲位置调制采样率都在2M以上。过高的采样频率必然带来过高的频带占用、高成本和复杂的结构。使得在民用产品领域里，无线数字音频传输受到极大的限制。

发明内容  如果在脉冲密度调制(PDM)系统中不用采样时钟，在比较器翻转的那一刻，就立即送入一个固定宽度的脉冲给比较器，同时也输出一位的数字信号位，这样就能解决由于时钟误差而带来的问题了，也省去了采样时钟电路部分的成本，简化结构。使用本发明方法的数字音频传输可以做到结构简单、成本低、占用频带小。试验传输系统可以在300K的FM收音机通频带内传输3赫兹至30千赫兹的音频信号，而同时噪音和失真极低。数字脉冲信号的重复频率最高125K平均62.5K。实现了低数据速率。低速率带来窄带宽，窄带宽的无线系统灵敏度可以做得较高，整个系统的成本会因为低速率和窄带宽而下降，同时又具有数字技术的优点。

附图说明  下面结合附图来说明本发明方法的工作原理：音频模拟信号由比较器A的负向输入端输入，如果模拟输入信号比正向输入端的电压高，则比较器输出低电平，这个低电平的下降沿触发单稳态电路B输出一个高电平脉冲，这个高电平脉冲使得可复位震荡器C复位，可复位震荡器C停止震荡而只起一个缓冲器的作用。可复位震荡器C输出一个高电平脉冲经过R1对C1充电，使得比较器A的正向输入端电位升高，比较器A输出高电平，当可复位震荡器C输出的高电平脉冲结束后，C1通过R1放电，随后又使得比较器A输出低电平，从而重复前述的过程。在这个一高一低的变化过程中，比较器A的正向输入端将会尽可能地倾向于无限接近负向输入端。两者的误差大小取决于比较器的精度和速度。比较器的精度越高则误差越小，比较器的速度越快则误差越小。D点的输出信号也同时就是转换后的数字信号，可用于调频、调幅、其它调制方式或者不用调制而直接发送。从上述原理可以看出，D点的数字信号经过RC或LC滤波后可以无限逼近于比较器A负相输入端的模拟输入信号。

下面说说可复位震荡器的作用：如果在比较器A的负向输入端输入一个很大的正向干扰电压，比较器输出低电平的下降沿去触发单稳态电路B并使其输出一个正向脉冲，经过可复位震荡器C的缓冲之后，正向脉冲再经过R1、C1滤波后加在比较器A的正向输入端。如果在这个正向脉冲结束D点变低之后，比较器还是没有翻转为高电平的话，则C1就会通过R1放电，使得比较器A的正向输入端更加变低，直致C1放电完毕到零电平为止，此时比较器A的正向输入端变为零电平，使得比较器A的输出端变为恒低电平，此后，比较器的负向输入端的模拟信号在零电位以上不论怎么变化也不能使比较器输出翻转为高电平，电路进入死锁状态。此时，可复位震荡器因为得不到复位脉冲而起震，向D点不断地输出震荡脉冲，从而解除了死锁状态。

在本发明的无线传输系统接收端，检测电路E检测出脉冲信号后，同时整型成方波信号。用这个方波信号的边沿去触发单稳态电路F，使其输出高电平脉冲。这个高电平脉冲可以直接驱动发声器件放音，也可以经过滤波后作为后级功放的输入信号。G点就是接收端的音频输出端点。附图中的各级波形图表示各级的工作状态。

为什么不用更为简单的PWM方式传送无线音频呢？因为无线传输过程中，信号的衰减是无法预先准确估测的，方波的数字信号在接收端都会变成前后沿平缓的脉动信号，如果用整形电路把这种波形变成方波，就会使得方波的正负半周比例和原发送端的比例相差甚远，且是随着正负半周比例值的变化而随机变化，表现出来的就是噪声特别大。而本方法在接收端只取脉冲的单一的正沿或负沿，整个传输系统对于脉冲正沿或负沿的影响是短时固定的，也就是说：对于这个脉冲正沿的影响和对于那个脉冲正沿的影响是相等的；对于这个脉冲负沿的影响和对于那个脉冲负沿的影响是相等的。这种相等只要求短时间的相等，音频可用范围最低频是20赫兹，所以这个相等只要求在50毫秒的时间内相等就行了。要做到50毫秒内电路对于信号的同向边沿影响相等是很容易的，所以，本方法能够做到很高的性能。

具体实施方式  附图中的比较器A可以使用LM393；单稳态电路B可以使用74HC123；可复位震荡器C可以使用施密特反向器74HC14构成；接收端的检测整型电路E可以使用LM393；单稳态电路F可以使用74HC123；如果是使用调频或调幅波传送数字信号，则高频接收电路部分可以使用常用的收音机高频电路，原来收音电路的检波、鉴频输出端接入检测整形电路E的输入端；高频发送部分可以使用常见的调频或调幅调制电路。

Claims (4)

1、一种音频数字化无线传输方法，其特征是：在发送端使用无采样时钟的脉冲密度调制，把模拟音频信号转换为一系列由固定脉冲宽度加可变间隔时间组成的脉冲序列。在接收端由检测到的脉冲边沿去触发功能电路产生固定宽度的脉冲来还原音频信号。

2、如权利要求1所述的方法，其特征是：固定脉冲宽度和可变间隔时间会根据具体系统的实际情况，各自规定一个最小值以方便接收端检测脉冲或间隔的边沿。

3、如权利要求1所述的方法，其特征是：固定脉冲宽度和可变间隔时间会根据具体系统的实际情况，各自规定一个最大值以防止数字脉冲的频率落入音频范围内。

4、一种解除无采样时钟的脉冲密度调制器死锁状态的方法。其特征是：由一个可复位的震荡器构成。当外部复位脉冲周期小于震荡器固有周期时，震荡器不会输出震荡脉冲；当外部复位脉冲周期大于震荡器固有周期时，震荡器就会不断输出震荡脉冲。