CN212086458U - 一种具有安全通信功能的降噪耳机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有安全通信功能的降噪耳机，包括：主动降噪模块、无线组网模块、加解密模块、语音处理模块和核心处理器；主动降噪模块用于采集耳机外部和内部噪声，生成反相噪声输出至耳机的喇叭；无线组网模块用于接收其它耳机发送的非本地语音数据包并转发至加解密模块；加解密模块用于对接收到的非本地语音数据包进行解密处理，然后发送至核心处理器；还用于对接收到的本地语音数据包进行加密处理，然后发送至无线组网模块；核心处理器用于对语音信号进行编码和解码处理；语音处理模块用于采集本地语音信号，转换为数字信号并进行组包后发送至核心处理器；还用于将接收到的非本地语音数据包转化为模拟信号后进行播放。
Description
技术领域
本实用新型涉及耳机技术领域，尤其涉及到一种具有安全通信功能的降噪耳机。
背景技术
无处不在的噪声会干扰人们的听觉，使得人们在使用耳机时无法得到预期的收听效果，人们不得不以提高音量的方式来获得更好的收听效果。可是，长期如此，会对使用者的听力系统造成永久性的破坏。在耳机中加入主动降噪功能可以在降低噪声的同时保证的正常的音频信号收听。主动降噪耳机通过采用电子技术和电声器件，引入一个与原噪声的声波幅值相等而相位相反的次级声波，使其产生的噪声与原来的噪声在一定区域内相互抵消，并且在降噪的同时保证语音信号的顺利传输，因此适用于高噪声场所的语音通信。
在一些特定的应用场景下，耳机主要用来屏蔽环境噪声。此时，不仅要求耳机降噪性能优异，还要求耳机具有互相通话功能。
近年来，无线组网通信技术快速发展。无线自组织网络是一个由几个到几十个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的语音流。通常节点具有持续的能量供给不需要固定设备支持，各节点自行组网。通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线网络地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适用于现场无网络，需要快速建网、便捷安装的场景，如地震救援、火灾救援、林区通信、安保通信等。
目前市场缺乏既具有降噪功能，还具有远程通话功能的一体化耳机。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种具有安全通信功能的降噪耳机。其技术方案为：
一种具有安全通信功能的降噪耳机，包括：主动降噪模块、无线组网模块、加解密模块、语音处理模块和核心处理器；
所述主动降噪模块，用于分别采集耳机外部和内部噪声，生成与噪声波形相同、相位相反的反相噪声，输出至耳机的喇叭；
所述无线组网模块，用于实现一个分组内的所有耳机之间的自组网，接收其它耳机发送的非本地语音数据包并转发至加解密模块，将接收到的本地语音数据包发送出去；
所述加解密模块，用于对接收到的非本地语音数据包进行解密处理，然后发送至核心处理器；还用于对接收到的本地语音数据包进行加密处理，然后发送至无线组网模块；
所述核心处理器，用于对接收到的解密后的非本地语音数据包进行解码处理，然后发送至语音处理模块；还用于对接收到的本地语音数据包进行编码处理，然后发送至加解密模块；
所述语音处理模块，用于采集本地语音信号，转换为数字信号并进行组包后发送至核心处理器；还用于将接收到的非本地语音数据包转化为模拟信号，然后播放该模拟信号。
作为上述装置的一种改进，所述主动降噪模块包括三个麦克风和降噪处理单元；三个麦克风包括：参考麦克风、左误差麦克风和右误差麦克风；
所述参考麦克风放置于噪声环境中，用于直接采集外部噪声并输出至降噪处理单元；
所述左误差麦克风放置在耳机罩内部左喇叭附近，用于采集耳罩内部噪声，输出至降噪处理单元；
所述右误差麦克风放置在耳机罩内部右喇叭附近，用于采集耳罩内部噪声，输出至降噪处理单元；
所述降噪处理单元，用于接收参考麦克风输出外部噪声，生成一个与外部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至两个喇叭，使喇叭产生反向外部噪声信号；还用于接收左误差麦克风输出的内部噪声，生成与内部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至左喇叭，使左喇叭产生反向内部噪声信号；还用于接收右误差麦克风输出的内部噪声，生成与内部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至右喇叭，使右喇叭产生反向内部噪声信号。
作为上述装置的一种改进，其特征在于，所述三个麦克风均为模拟硅麦。
作为上述装置的一种改进，其特征在于，所述无线组网模块包括自组网单元、接收单元和发送单元；
所述自组网单元，用于实现与同组内耳机的组网；
所述接收单元，用于接收同组内其它耳机发送的非本地语音数据包，并转发至加解密模块；
所述发送单元，用于将所述加解密模块发送的加密后的本地语音数据包发送出去。
作为上述装置的一种改进，所述无线组网模块选用工作频率为2.4GHz。
作为上述装置的一种改进，所述核心处理器将接收到的本地语音数据包进行编码，然后发送至加解密模块，将接收到的解密后的非本地语音数据包进行解码，然后发送至语音处理模块。
作为上述装置的一种改进，所述加解密模块包括：密钥、AES加密单元和AES解密单元；
所述密钥长度为128、192或256位；
所述AES加密单元，用于采用AES-128对核心处理器发送的编码后的本地语音数据包进行加密，然后发送至无线组网模块；
所述AES解密单元，用于采用AES-128对无线组网模块发送的非本地语音数据包进行解密，然后发送至核心处理器。
作为上述装置的一种改进，同组内的耳机的密钥相同。
作为上述装置的一种改进，所述语音处理模块包括一个对讲麦克风、AD转换器、DA转换器和两个对讲扬声器；
所述对讲麦克风，用于采集语音信号，然后发送至AD转换器；
所述AD转换器，用于接收对讲麦克风传送的模拟信号，进行AD采样后转变成数字信号，组包为本地语音数据包发送至核心处理器；
所述DA转换器，用于将接收到的非本地语音数据包的数字信号转换为模拟信号，然后发送至两个对讲扬声器；
所述两个对讲扬声器，用于对接收到的模拟信号进行播放。
本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型的耳机同时具备主动降噪、加密通信和语音对话功能；
2、本实用新型的耳机具有结构紧凑、合理的优点。
附图说明
图1为本实用新型的具有安全通信功能的降噪耳机的组成框图；
图2为本实用新型的主动降噪模块的框图；
图3为多个降噪耳机组网后的示意图；其中，A-B中A为组号，B为组内耳机编号；
图4为本实用新型的加解密模块的框图；
图5为本实用新型的语音处理模块的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。
本实用新型将主动抗噪技术和无线自组网技术进行结合，提出了一种具有安全通信功能的降噪耳机，该耳机由主动降噪模块、无线组网模块、加解密模块、语音处理模块和核心处理器组成，如图1所示。以上四个模块均由核心处理器控制，核心处理器为TMS320C55x系列DSP处理器，优选地，本方案选择的处理器为型号为TMS320C5517的DSP，生产商为美国德州仪器(TI)公司。
一、主动降噪模块
主动降噪模块包括三个麦克风和降噪处理单元；三个麦克风包括：参考麦克风、左误差麦克风和右误差麦克风；
参考麦克风放置于噪声环境中，用于直接采集外部噪声并输出至降噪处理单元；
左误差麦克风放置在耳机罩内部左喇叭附近，用于采集耳罩内部噪声，输出至降噪处理单元；
右误差麦克风放置在耳机罩内部右喇叭附近，用于采集耳罩内部噪声，输出至降噪处理单元；
降噪处理单元，用于接收参考麦克风输出外部噪声，生成一个与外部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至两个喇叭，使喇叭产生反向外部噪声信号；还用于接收左误差麦克风输出的内部噪声，生成与内部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至左喇叭，使左喇叭产生反向内部噪声信号；还用于接收右误差麦克风输出的内部噪声，生成与内部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至右喇叭，使右喇叭产生反向内部噪声信号。降噪处理单元采用的算法均属于现有技术，不涉及方法的改进。
优选地，三个麦克风均选用低功耗，超小体积的模拟硅麦。
二、无线组网模块
无线组网模块负责系统中所有网络成员(耳机)组成自组织无中心Mesh网络，支持网络成员的上下线、IP地址分配以及IP地址冲突检测与解决功能。如图3所示。
优选地，无线组网模块选用工作频率为2.4GHz的GTi-M808智能Mesh自组网无线模块，生产商为北京博大光通物联科技股份有限公司。
无线组网模块通过数据接口与核心处理器连接。无线组网模块负责系统中所有网络成员(耳机)组成自组织无中心Mesh网络。
无线组网模块包括自组网单元、接收单元和发送单元；所述自组网单元，用于实现与同组内耳机的组网；所述接收单元，用于接收同组内其它耳机发送的非本地语音数据包，并转发至加解密模块；所述发送单元，用于将所述加解密模块发送的加密后的本地语音数据包发送出去。
三、加解密模块
AES采用对称分组密码体制，密钥长度可以为128、192或256位，分组长度128位，算法应易在各种硬件和软件上实现。本方案采用AES-128，也就是密钥的长度为128位，加密轮数为10轮。
加密实现过程如图4所示，AES加密过程涉及到4种操作，分别是字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加。解密过程分别为对应的逆操作。
密钥由专人保管，在耳机使用前进行设置，保证一次一密。加解密模块通过数据接口与核心处理器连接。同组之间的密钥相同，保证了同组通信的私密性。
加解密模块包括：密钥、AES加密单元和AES解密单元；密钥长度为128、192或256位；AES加密单元，用于采用AES-128对核心处理器发送的编码后的本地语音数据包进行加密，然后发送至无线组网模块；AES解密单元，用于采用AES-128对无线组网模块发送的非本地语音数据包进行解密，然后发送至核心处理器。加解密模块采用的加解密算法均属于现有技术，不涉及方法的改进。
四、语音处理模块
如图5所示，语音处理模块包括一个对讲麦克风、AD转换器、DA转换器和两个对讲扬声器；
所述对讲麦克风，用于采集语音信号，然后发送至AD转换器；
所述AD转换器，用于接收对讲麦克风传送的模拟信号，进行AD采样后转变成数字信号，组包为本地语音数据包发送至核心处理器；
所述DA转换器，用于将接收到的非本地语音数据包的数字信号转换为模拟信号，然后发送至两个对讲扬声器；
所述两个对讲扬声器，用于对接收到的模拟信号进行播放在耳机开始使用前，管理员对耳机进行分组，处于同一组的耳机分配相同的密钥。
语音处理模块采用的算法均属于现有技术，不涉及方法的改进。
五、核心处理器
核心处理器将接收到的本地语音数据包进行编码，然后通过数据接口发送至加解密模块，将接收到的解密后的非本地语音数据包进行解码，然后通过数据接口发送至语音处理模块。采用的解码和编码方法均属于现有技术，不涉及方法的改进。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，包括：主动降噪模块、无线组网模块、加解密模块、语音处理模块和核心处理器；
所述主动降噪模块，用于分别采集耳机外部和内部噪声，生成与噪声波形相同、相位相反的反相噪声，输出至耳机的喇叭；
所述无线组网模块，用于实现一个分组内的所有耳机之间的自组网，接收其它耳机发送的非本地语音数据包并转发至加解密模块，将接收到的本地语音数据包发送出去；
所述加解密模块，用于对接收到的非本地语音数据包进行解密处理，然后发送至核心处理器；还用于对接收到的本地语音数据包进行加密处理，然后发送至无线组网模块；
所述核心处理器，用于对接收到的解密后的非本地语音数据包进行解码处理，然后发送至语音处理模块；还用于对接收到的本地语音数据包进行编码处理，然后发送至加解密模块；
所述语音处理模块，用于采集本地语音信号，转换为数字信号并进行组包后发送至核心处理器；还用于将接收到的非本地语音数据包转化为模拟信号，然后播放该模拟信号。
2.根据权利要求1所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，所述主动降噪模块包括三个麦克风和降噪处理单元；三个麦克风包括：参考麦克风、左误差麦克风和右误差麦克风；
所述参考麦克风放置于噪声环境中，用于直接采集外部噪声并输出至降噪处理单元；
所述左误差麦克风放置在耳机罩内部左喇叭附近，用于采集耳罩内部噪声，输出至降噪处理单元；
所述右误差麦克风放置在耳机罩内部右喇叭附近，用于采集耳罩内部噪声，输出至降噪处理单元；
所述降噪处理单元，用于接收参考麦克风输出外部噪声，生成一个与外部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至两个喇叭，使喇叭产生反向外部噪声信号；还用于接收左误差麦克风输出的内部噪声，生成与内部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至左喇叭，使左喇叭产生反向内部噪声信号；还用于接收右误差麦克风输出的内部噪声，生成与内部噪声波形相同、相位相反的反噪声，输出至右喇叭，使右喇叭产生反向内部噪声信号。
3.根据权利要求2所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，所述三个麦克风均为模拟硅麦。
4.根据权利要求1所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，所述无线组网模块包括自组网单元、接收单元和发送单元；
所述自组网单元，用于实现与同组内耳机的组网；
所述接收单元，用于接收同组内其它耳机发送的非本地语音数据包，并转发至加解密模块；
所述发送单元，用于将所述加解密模块发送的加密后的本地语音数据包发送出去。
5.根据权利要求4所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，所述无线组网模块选用工作频率为2.4GHz。
6.根据权利要求1所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，所述核心处理器将接收到的本地语音数据包进行编码，然后发送至加解密模块，将接收到的解密后的非本地语音数据包进行解码，然后发送至语音处理模块。
7.根据权利要求1所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，所述加解密模块包括：密钥、AES加密单元和AES解密单元；
所述密钥长度为128、192或256位；
所述AES加密单元，用于采用AES-128对核心处理器发送的编码后的本地语音数据包进行加密，然后发送至无线组网模块；
所述AES解密单元，用于采用AES-128对无线组网模块发送的非本地语音数据包进行解密，然后发送至核心处理器。
8.根据权利要求7所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，同组内的耳机的密钥相同。
9.根据权利要求1所述的具有安全通信功能的降噪耳机，其特征在于，所述语音处理模块包括一个对讲麦克风、AD转换器、DA转换器和两个对讲扬声器；
所述对讲麦克风，用于采集语音信号，然后发送至AD转换器；
所述AD转换器，用于接收对讲麦克风传送的模拟信号，进行AD采样后转变成数字信号，组包为本地语音数据包发送至核心处理器；
所述DA转换器，用于将接收到的非本地语音数据包的数字信号转换为模拟信号，然后发送至两个对讲扬声器；
所述两个对讲扬声器，用于对接收到的模拟信号进行播放。
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|---|---|---|---|---|
| CN112614501A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-06 | 深圳创维－Rgb电子有限公司 | 降噪方法、装置、噪音消除器、麦克风和可读存储介质 |
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