CN217522832U - 一种基于uwb的低延迟无损数字音频传输单元、系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于无线通信技术领域，涉及一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元、系统及电子设备，包括：音频输入模块、音频处理模块、射频收发模块及UWB处理模块；所述音频输入模块用于输入音频信号；音频处理模块与音频输入模块信号连接，用于接收音频输入模块输出的I2S格式的第一数字音频信号，并将所述第一数字音频信号传输至UWB处理模块；所述UWB处理模块同时与所述音频处理模块及所述射频收发模块信号连接；所述射频收发模块还与另一所述数字音频传输单元信号连接，用于将经过所述UWB处理模块处理后的第一数字音频信号发送至另一所述数字音频传输单元，并且还用于接收另一所述数字音频传输单元所发送至UWB处理模块的I2S格式的第二数字音频信号。
Description
技术领域
本实用新型属于无线通信技术领域，涉及一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元、系统及电子设备。
背景技术
无线技术的发展应用给人类生活带来了便利。无线化的最大特点就是省略了原有的有线连接，给用户带来更多好处：无线化直接减少了布线和线长的束缚，增加或改变设备间连接无需重新布线，只需简单的操作建立新的连接就即可。无线包含很多的传输技术和标准，比如生活中常见的蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、NFC、IrDA等。
在音频无线传输系统中常见的有蓝牙和Wi-Fi，但在针对具体应用的时候这些技术或多或少的都有些缺陷。蓝牙传输距离短、带宽有限无法传输无损音频数据，在低延迟无损音频传输的时候传输延迟过高限制了应用；Wi-Fi大多主要用于文件传输，Wi-Fi是可以传输无损音频但是传输低延迟无损音频应用上需要连接使用无线路由器，使用配置比较麻烦、功耗高、设备拥挤容易互相干扰，音频通道间同步比较难以同步；使得音频无线传输系统仅仅能够实现一对一的应用场景，即实现一个主设备与一个从设备之间的音频传输，而不能够实现一对多或者多对一之间的音频传输，从而导致音频传输系统难以适用于现实生活和工作中的多种场景。
随着无线传输技术的发展，近年来出现了多种无线传输的新技术，使得近距离内高速无线传输数据成为可能，例如，目前的超宽带(Ultra Wide Band，UWB)无线传输技术能在3.1GHz到10.6GHz频率之间提供最高达到480Mbps数据传输速率，为解决上述问题提供了良好的技术基础。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元、系统及电子设备，不仅能够实现一对一的应用场景，还能够实现一对多或者多对一之间的音频传输，从而保证音频传输系统能够适用于现实生活和工作中的多种场景。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，包括：音频输入模块、音频处理模块、射频收发模块及UWB处理模块；
所述音频输入模块用于输入音频信号，并将所述音频信号转换为I2S格式的第一数字音频信号后输出；
所述音频处理模块与所述音频输入模块信号连接，用于接收音频输入模块输出的I2S格式的第一数字音频信号，并对第一数字音频信号处理后传输至UWB处理模块；
所述UWB处理模块同时与所述音频处理模块及所述射频收发模块信号连接，用于处理从所述音频处理模块接收到的第一数字音频信号及从所述射频收发模块接收到的第二数字音频信号；
所述射频收发模块还与另一所述数字音频传输单元信号连接，用于将经过所述UWB处理模块处理后的第一数字音频信号发送至另一所述数字音频传输单元，并且还用于接收另一所述数字音频传输单元所发送至UWB处理模块的第二数字音频信号。
进一步的，所述音频处理模块与所述UWB处理模块之间还依次设有：I2S接口模块、I2S数据处理模块及FIFO缓存器；所述I2S接口模块与所述音频信号处理模块电性连接，用于采集所述第一数字音频信号或输出第二数字音频信号，所述I2S数据处理模块与所述I2S接口模块电性连接，用于处理采集的所述第一数字音频信号，所述FIFO缓存器同时与所述UWB处理模块及I2S数据处理模块信号连接。
进一步的，所述FIFO缓存器通过实时传输协议栈与所述UWB处理模块通信连接。
进一步的，所述数字音频传输单元还包括：时钟模块，所述时钟模块用于向I2S接口模块提供主时钟信号。
进一步的，所述数字音频传输单元还包括：用于给所述数字音频传输单元提供电能的电源模块。
进一步的，所述UWB处理模块上还连接有状态信息接口模块，所述状态信息接口模块用于连接微处理器。
进一步的，所述数字音频传输单元还包括：音频输出模块，所述音频输出模块与所述音频处理模块信号连接，用于输出音频信号。
本实用新型还提供一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输系统，包括：发射装置及接收装置，所述发射装置及所述接收装置上均具有所述的一种基于UWB的数字音频传输单元。
本实用新型还提供一种电子设备，包括：电路板，所述电路板上具有所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元。
本实用新型的有益效果：
将UWB处理模块、射频收发模块、音频处理模块及音频输入模块相结合，利用UWB的传输高带宽及低功耗的特点，克服了蓝牙传输带宽和延迟问题及 Wi-Fi功耗高、EMI抗干扰问题，不仅能够实现主设备与从设备之间的双向音频传输，还可以能够实现一对多或者多对一之间的音频传输，从而保证音频传输系统能够适用于现实生活和工作中的多种场景。
附图说明
附图1是本实用新型的原理示意图；
附图2是本实用新型中数字音频传输系统的原理示意图；
附图3是本实用新型中音频进行无线传输时一对一的简单示意图；
附图4是本实用新型中音频进行无线传输时多对一的简单示意图；
附图5是本实用新型种音频进行无线传输时一对多的简单示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参考附图1-附图5，一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，包括：音频输入模块、音频处理模块、射频收发模块及UWB处理模块；所述音频输入模块用于输入音频信号，并将所述音频信号转换为I2S格式的第一数字音频信号后输出；所述音频处理模块与所述音频输入模块信号连接，用于接收音频输入模块输出的I2S格式的第一数字音频信号，并对第一数字音频信号处理后传输至UWB处理模块；所述UWB处理模块同时与所述音频处理模块及所述射频收发模块信号连接，用于处理从所述音频处理模块接收到的第一数字音频信号及从所述射频收发模块接收到的第二数字音频信号；所述射频收发模块还与另一所述数字音频传输单元信号连接，用于将经过所述UWB处理模块进行处理后的第一数字音频信号发送至另一所述数字音频传输单元，并且还用于接收另一所述数字音频传输单元所发送至UWB处理模块的I2S格式的第二数字音频信号，本实施例中，射频收发模块为安装在UWB处理模块上的天线阵列，音频处理模块为音频编解码器，UWB处理模块为UWB芯片，具体的，UWB芯片的型号包含并不限于深圳捷扬微电子的GT1000芯片，其中，UWB处理模块与射频收发模块连接构成UWB无线传输单元。
在一个实施例中，所述音频处理模块与所述UWB处理模块之间还依次设有：I2S接口模块、I2S数据处理模块及FIFO缓存器；所述I2S接口模块与所述音频信号处理模块电性连接，用于采集所述第一数字音频信号或输出第二数字音频信号，所述I2S数据处理模块与所述I2S接口模块电性连接，用于处理采集的所述第一数字音频信号，所述FIFO缓存器同时与所述UWB处理模块及I2S数据处理模块信号连接，用于接收缓存第二数字音频信号，并将第二数字音频信号发送至I2S数据处理模块进行处理；进一步的，I2S接口模块为标准I2S双向数字接口, 支持数据格式包括但不限于双向的44.1kHz~192kHz采样率，16~32 bits位深，支持TDM输入/输出，一方面I2S数据处理模块用于封包从I2S接口模块的输入口输入的第一数字音频信号，具体的，第一数字音频信号包括：第一音频数据和第一音频信息等数据，另一方面，I2S数据处理模块还用于解包UWB处理模块输入的第二数字音频信号，具体的，此时第二数字音频信号包括：已封包的第二音频数据和第二音频信息等数据，并依据第二数字音频信号中的第二音频信息在I2S接口模块的输出口上输出对应采样和对应通道的音频信号。
在一个实施例中，所述FIFO缓存器通过实时传输协议栈与所述UWB处理模块通信连接，其中，FIFO缓存器能够将接收的第一数字音频信号及第二数字音频信号缓存，FIFO缓存器是保证无线传输纠错重传时候的音频数据的低延迟和无损连续，FIFO缓存器的大小选择要依据采样率、通道数来动态调节，FIFO缓存器的大小太大会影响延迟，太小可能会出现断音的问题。
在一个实施例中，所述数字音频传输单元还包括：时钟模块，所述时钟模块用于向I2S接口模块提供主时钟信号，其中，主时钟信号包括：参考时钟源和VCXO时钟源，具体的，时钟模块与音频处理模块电性连接，在I2S接口输出音频数据时保障输出时钟的精准和低抖晃，在I2S接口输入时候作为时钟基准来识别输入采样率、位深，在多通道时候作为通道间同步的时钟参考。
在一个实施例中，所述数字音频传输单元还包括：用于给所述数字音频传输单元提供电能的电源模块，另一些实施例中，电源模块还用于管理控制整个数字音频传输单元功耗，管理电源模块同时与所述UWB处理模块及I2S数据处理模块电性连接。
在一个实施例中，所述UWB处理模块上还连接有状态信息接口模块，所述状态信息接口模块用于连接微处理器，进一步的，在微处理器上还配置有用于与音频处理模块连接的接口，状态信息接口模块的设置，方便微处理器从UWB处理模块获取相对位置角度、音频采样率、音频采样位深、通道数、音量等控制信息及状态信息，在本实施例中，状态信息接口模块包括但不限于以下类型：I2C接口、UART接口、SPI接口等接口，其中，微处理器为单片机。
在一个实施例中，所述数字音频传输单元还包括：音频输出模块，所述音频输出模块与所述音频处理模块信号连接，用于输出音频信号，本实施例中，音频输出模块为扬声器。
本实用新型还提供一种基于UWB的数字音频传输系统，包括：发射装置及接收装置，所述发射装置及所述接收装置上均具有所述的一种基于UWB的数字音频传输单元。本实施例中，数字音频传输系统在工作时，发射装置上的时钟模块提供参考时钟源，接收装置上的时钟模块提供可调的VCXO时钟源用于跟踪参考时钟，当发射装置上的时钟模块与接收装置上的时钟模块的收发速率达到一致时，然后结合FIFO缓存器反馈的状态信息，从而确定发射装置上的时钟模块与接收装置上的时钟模块的时钟信号同步。
本实用新型还提供一种电子设备，包括：电路板，所述电路板上具有所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元。
工作原理：数字音频传输单元接收数据信号流程，天线阵列接收另一所述数字音频传输单元所发送至UWB处理模块的第二数字音频信号， UWB处理模块接收符合UWB规范的有效数据，将接受到有效的数据写入数据缓存，并通过实时传输协议栈传输到FIFO缓存器，经过I2S数据处理模块解包，解包后的数据依据数据包内音频采样率、位深经过时钟模块同步时钟之后，从I2S接口输出到音频处理模块进行处理，将数字信号转换为电信号，并通过扬声器以声信号的方式传输到外界；
数字音频传输单元发送数据信号流程，音频输入模块输入音频信号，并将所述音频信号转换为I2S格式的第一数字音频信号后输出到音频处理模块，音频处理模块对接收到的第一数字音频信号进行处理，并将第一数字音频信号经过I2S接口将第一数字音频信号输入到I2S数据处理模块，数据处理模块将接收到的数据封包，封包的数据：包含音频数据、采样率、位深、通道编号等信息，封包之后的数据传输到FIFO缓存器缓存，并通过实时传输协议栈传输至UWB处理模块，UWB处理模块将接收到的数据缓存，并进行基带射频处理，按UWB规范调制无线信号，之后通过天线阵列射频输出。
以上所述的实施例，只是本实用新型的较优选的具体方式之一，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，其特征在于，包括：音频输入模块、音频处理模块、射频收发模块及UWB处理模块；
所述音频输入模块用于输入音频信号，并将所述音频信号转换为I2S格式的第一数字音频信号后输出；
所述音频处理模块与所述音频输入模块信号连接，用于接收所述音频输入模块输出的I2S格式的第一数字音频信号，并对第一数字音频信号处理后传输至UWB处理模块；
所述UWB处理模块同时与所述音频处理模块及所述射频收发模块信号连接，用于处理从所述音频处理模块接收到的第一数字音频信号及从所述射频收发模块接收到的第二数字音频信号；
所述射频收发模块还与另一所述数字音频传输单元信号连接，用于将经过所述UWB处理模块处理后的第一数字音频信号发送至另一所述数字音频传输单元，并且还用于接收另一所述数字音频传输单元所发送至UWB处理模块的I2S格式的第二数字音频信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，其特征在于，所述音频处理模块与所述UWB处理模块之间还依次设有：I2S接口模块、I2S数据处理模块及FIFO缓存器；所述I2S接口模块与所述音频信号处理模块电性连接，用于采集所述第一数字音频信号或输出第二数字音频信号，所述I2S数据处理模块与所述I2S接口模块电性连接，用于处理采集的所述第一数字音频信号，所述FIFO缓存器同时与所述UWB处理模块及I2S数据处理模块信号连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，其特征在于，所述FIFO缓存器通过实时传输协议栈与所述UWB处理模块通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，其特征在于，所述数字音频传输单元还包括：时钟模块，所述时钟模块用于向I2S接口模块提供主时钟信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，其特征在于，所述数字音频传输单元还包括：用于给所述数字音频传输单元提供电能的电源模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，其特征在于，所述UWB处理模块上还连接有状态信息接口模块，所述状态信息接口模块用于连接微处理器。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元，其特征在于，所述数字音频传输单元还包括：音频输出模块，所述音频输出模块与所述音频处理模块信号连接，用于输出音频信号。
8.一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输系统，其特征在于，包括：发射装置及接收装置，所述发射装置及所述接收装置上均具有权利要求1-7任意一项所述的一种基于UWB的数字音频传输单元。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：电路板，所述电路板上具有权利要求1-7任意一项所述的一种基于UWB的低延迟无损数字音频传输单元。
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