CN205336318U

CN205336318U - 水声语音通信终端

Info

Publication number: CN205336318U
Application number: CN201521050793.4U
Authority: CN
Inventors: 李晔; 樊燕红; 张鹏; 姜竞赛; 马晓凤; 郝秋赟
Original assignee: Shandong Computer Science Center
Current assignee: Shandong Computer Science Center National Super Computing Center in Jinan; Shandong Computer Science Center
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2025-12-16

Abstract

本实用新型的水声语音通信终端，包括麦克、耳机、声码器模块、调制解调模块和发射接收模块；声码器模块由音频CODEC、声码编模块和声码解码模块组成，调制解调模块由调制模块、解调模块、D/A、A/D构成，发射接收模块由水声换能器、功率放大器和测量放大器组成；声码编码模块、调制模块分别实现语音发射过程中数字语音的编码、调制作用，解调模块、声码解码模块分别实现语音接收过程中数字语音的解调、解码作用。本实用新型的水声语音通信终端，在语音信号的编码和解码过程中，可将语音信号编码成不同的速率进行发送，以适应复杂多变的水声信道环境，保证水下语音通信的正常进行，具有电路简单，功耗低、可靠性高、成本低等特点。

Description

水声语音通信终端

技术领域

本实用新型涉及一种水声语音通信终端，更具体的说，尤其涉及一种适于采用不同语音编码速率通信的水声语音通信终端。

背景技术

随着开发和利用海洋步伐的加快，水下语音通信具有越来越重要的地位和作用。尤其是在水下蛙人潜水、饱和潜水、对潜通信等场合，主要通过语音进行信息交互。由于水声信道的复杂多变，且信道带宽较窄，水下语音通信需要较低的语音编码速率。同时为了适应不同情况下信道的传输能力，语音编码方案需采用变速率语音编码。变速率语音编码可根据不同的信道质量改变码率，以便实现较好的水下语音通信的效果。变速率声码器与水声通信技术相结合研发的水下语音通信终端，在水下通信时，合成语音具有良好的清晰度和可懂度。

发明内容

本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种水声语音通信终端。

本实用新型的水声语音通信终端，包括麦克、耳机、声码器模块、调制解调模块和发射接收模块；其特征在于：所述声码器模块由音频CODEC、声码编模块和声码解码模块组成，调制解调模块由调制模块、解调模块、D/A转换器和A/D转换器构成，发射接收模块由水声换能器、功率放大器和测量放大器组成；音频CODEC的模拟、数字输入分别与麦克、声码解码模块的输出相连接，音频CODEC的模拟、数字输出分别与耳机、声码编码模块的输入相连接；声码编码模块的输出端与调制模块的输入端相连接，调制模块的输出依次经D/A转换器、功率放大器的处理后，接于水声换能器上并通过水声信道发生出去；水声换能器接收的水声信道中的语音信号，依次经测量放大器、A/D转换器的处理后，输入至解调模块的输入端，解调模块的输出与声码解码模块的输入相连接；声码编码模块、调制模块分别实现语音发射过程中数字语音的编码、调制作用，解调模块、声码解码模块分别实现语音接收过程中数字语音的解调、解码作用，以实现水声语音通信。

本实用新型的水声语音通信终端，包括时钟电路和电源电路，所述声码编码模块和声码解码模块由ARM处理器构成，调制模块和解调模块由DSP处理器构成，DSP处理器连接有FLASH存储器和复位电路；时钟电路用于给音频CODEC、ARM处理器和DSP处理器提供时钟脉冲，所述电源电路具有+5V、+1.6V、模拟+3.3V和数字+3.3V。

本实用新型的水声语音通信终端，所述音频CODEC采用型号为TLV320AIC23的芯片，ARM处理器采用型号为STM32F405R芯片，DSP处理器采用型号为TMS320VC5510的芯片，音频CODEC与ARM处理器通过I²C总线、I²S总线相连接，已分别实现控制信号、数据的传输，ARM处理器与DSP处理器通过UART总线相连接，以实现编解码数据的传输。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的水声语音通信终端，设置有声码器模块、调制解调模块、发射接收模块，在语音发射过程中，首先声码编码模块对音频CODEC输出的数字语音信号进行编码，然后调制模块再对编码后的语音信号进行调制，最后经发生接收模块的放大和水声换能后，经水生信道发射出去；在语音接收过程中，首先经发射接收模块的水声换能和信号放大，然后在通过解调模块对接收的信号进行解调，最后经声码解码模块对解调后的信号进行解码，并经音频CODEC转化为模拟语音信号进行播放，在语音信号的编码和解码过程中，可将语音信号编码成不同的速率进行发送，以适应复杂多变的水声信道环境，保证水下语音通信的正常进行。

本实用新型的水声语音通信终端，可实现水下蛙人和水上通信控制平台的实时语音通信，通过ARM处理器芯片可实现对语音不同速率的编解码，具有电路简单，功耗低、可靠性高、成本低等特点。

附图说明

图1为本实用新型的水声语音通信终端的原理图；

图2为本实用新型的水声语音通信终端的电路原理图；

图3为本实用新型中音频CODEC的电路图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，给出了本实用新型的水声语音通信终端的原理图，其由麦克、耳机、声码器模块、调制解调模块、发射接收模块组成，声码器模块由音频CODEC、声码编码器和声码解码器组成，调制解调模块由调制模块、解调模块、D/A转换器和A/D转换器组成，发射接收模块由功率放大器、测量放大器和水声换能器组成，语音信号通过水声信道进行传输。在水声语音的发射过程中，麦克将使用人员的语音转化为电信号，并输入至音频CODEC中，音频CODEC将输入的语音信号转化为PCM数字语音信号，并将其输入至声码编码模块中，由声码编码模块实现对数字语音的编码。声码编码模块可将语音信号编码成不同的速率，以适应不同水下环境的语音通信。

语音信号经编码后，再输入至调制模块中实现语音信号的调制，调制后的语音信号经D/A转换器的处理后，转化为模拟语音信号。模拟语音信号经功率放大器的放大后，在通过水声换能器发射出去，发射出去的语音信号经水声信道向外进行传播。这样，就实现了水声语音的发射功能。

在水声语音的接收过程中，水声换能器将水声信道中语音信号转化为电信号，并输入至测量放大器中进行放大处理；放大后的语音信号再经A/D转换器的处理，由模拟信号转化为数字信号。转换后的数字语音信号首先经解调模块的解调，再通过声码解码模块进行解码，以获取PCM数字语音信号；PCM数字语音信号经音频CODEC的处理后，转化为模拟语音信号并通过耳机播放出来，以供使用人员进行接听，这样就实现了水声语音的接收。

如图2所示，给出了本实用新型的水声语音通信终端的电路原理图，声码编码模块和声码解码模块采用ARM处理器来实现，调制模块和解调模块采用DSP处理器来实现，功率放大器、测量放大器分别采用功率放大电路、放大滤波电路。音频CODEC、ARM处理器、DSP处理器分别采用型号为TLV320AIC23、STM32F405R、TMS320VC5510的芯片，所示的收发转换电路即为水声换能器。ARM处理器与音频CODEC之间通过I²C总线、I²S总线相连接，以分别实现ARM处理器对音频CODEC的控制以及它们之间的数据传输。

DSP处理器与ARM处理器时间通过UART总线相连接，以便ARM处理器将编码后的语音信号发送至DSP处理器，以及DSP处理器将解调后的语音信号发送至ARM处理器。DSP处理器还发出复位信号reset至ARM处理器，以实现对ARM处理器的复位控制；所示的DSP处理器还连接有FLASH存储器和复位电路。所示的时钟电路用于给音频CODEC、ARM处理器和DSP处理器提供时钟脉冲，以保证芯片的正常工作。所示的电源电路具有+5V、+1.6V、模拟+3.3V和数字+3.3V电源输出端，+3.3V电压采用模拟与数字分开的形式，避免了数字与模拟信号之间的干扰。+1.6V用于给DSP处理器提供电压。

ARM处理器所采用的芯片STM32F405，内部具有1MB的FLASH、192KB的RAM，内部资源丰富能够满足编解码程序的存储容量。最高主频为168MHZ，运算量高达210DMIPS，能够满足算法的运算量要求。时钟电路为该芯片提供的时钟频率为8MHZ，UART数据通信格式为：速率为115200bps、数据8bit，stop位1位，无奇偶校验位。ARM处理器通过I²C接口控制音频CODEC，通过I²S接口进行数据通信，音频数据是8KHZ采样、16bit大小。为了滤除干扰信号，ARM处理器的每个电压供电管脚添加0.1uf电容和10uf电容。ARM的复位信号由DSP芯片TMS320VC5510R发送过来。

DSP处理器采用型号为TMS320VC5510R的芯片，其最高数字信号的处理能力为200MIPS，能够很好的满足本终端的调制解调功能需求。且该芯片具有代码执行率高、功耗低等特点，适用于手持终端设备。时钟电路为TMS320VC5510R提供的时钟信号的频率为12MHZ。复位电路采用的复位芯片是CAT811S,上电后为TMS320VC5510R提供复位信号。存储扩展电路，通过EMIF接口扩展外部FLASH存储器，FLASH存储器采用的是SST39VF1601,用于存储程序代码。数据通信接口电路，主要是与声码器进行通信的UART接口。A/D接口电路将接收到的调制信号进行数字化，然后发送给TMS320VC5510R。D/A接口电路接收TMS320VC5510R发送过来的调制数据并进行转换。

如图3所示，给出了本实用新型中音频CODEC的电路图，音频CODEC的品质决定声音的信噪比和频带宽度等性能，决定通信终端的整体性能。音频CODEC电路的设计在通信终端中具有举足轻重的作用。音频CODEC使用的是TI的TLV320AIC23的芯片。音频电路中采用的是MIC输入，Headphone输出。为了防止数字信号对模拟信号的干扰，模拟电源和数字电源分别供电；模拟地和数字地独立开来，通过磁珠连通。时钟电路为CODEC供12MHZ的时钟信号，采用的USB-Mode,采样率为8KHZ。将MODE管脚接地，选择I²C总线作为控制接口。ARM处理器通过I²C接口给音频CODEC发送寄存器配置信息。TLV320AIC23芯片的第20、21管脚是I²C接口的两根线，20管脚为I²C的时钟线，21管脚为I²C的数据线。声码器模块通过I²S接口与音频CODEC进行数据通信。I²S接口包括5个管脚：28管脚为位时钟线，2、4管脚为帧同步时钟线，1管脚为数据输入线，3管脚为数据输出线。

Claims

1.一种水声语音通信终端，包括麦克、耳机、声码器模块、调制解调模块和发射接收模块；其特征在于：所述声码器模块由音频CODEC、声码编模块和声码解码模块组成，调制解调模块由调制模块、解调模块、D/A转换器和A/D转换器构成，发射接收模块由水声换能器、功率放大器和测量放大器组成；音频CODEC的模拟、数字输入分别与麦克、声码解码模块的输出相连接，音频CODEC的模拟、数字输出分别与耳机、声码编码模块的输入相连接；声码编码模块的输出端与调制模块的输入端相连接，调制模块的输出依次经D/A转换器、功率放大器的处理后，接于水声换能器上并通过水声信道发生出去；水声换能器接收的水声信道中的语音信号，依次经测量放大器、A/D转换器的处理后，输入至解调模块的输入端，解调模块的输出与声码解码模块的输入相连接；声码编码模块、调制模块分别实现语音发射过程中数字语音的编码、调制作用，解调模块、声码解码模块分别实现语音接收过程中数字语音的解调、解码作用，以实现水声语音通信。

2.根据权利要求1所述的水声语音通信终端，其特征在于：包括时钟电路和电源电路，所述声码编码模块和声码解码模块由ARM处理器构成，调制模块和解调模块由DSP处理器构成，DSP处理器连接有FLASH存储器和复位电路；时钟电路用于给音频CODEC、ARM处理器和DSP处理器提供时钟脉冲，所述电源电路具有+5V、+1.6V、模拟+3.3V和数字+3.3V。

3.根据权利要求2所述的水声语音通信终端，其特征在于：所述音频CODEC采用型号为TLV320AIC23的芯片，ARM处理器采用型号为STM32F405R芯片，DSP处理器采用型号为TMS320VC5510的芯片，音频CODEC与ARM处理器通过I²C总线、I²S总线相连接，已分别实现控制信号、数据的传输，ARM处理器与DSP处理器通过UART总线相连接，以实现编解码数据的传输。