CN220896833U - 一种uwb智能音频系统及音频设备 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种UWB智能音频系统及音频设备。音频设备集成有UWB芯片，在UWB智能音频系统中，发送设备和接收设备可以基于UWB技术进行音频传输，利用UWB技术的超带宽、抗干扰性强以及低延时的特点，本申请可以使得音频设备之间在音频传输时具有高带宽、抗干扰性强以及低延时的优点，提高音频设备之间音频传输的效率、稳定性和音质，改善用户体验。

Description

一种UWB智能音频系统及音频设备

技术领域

本申请涉及音频传输技术领域，具体涉及一种UWB(Ultra Wide Band，超宽带)智能音频系统及音频设备。

背景技术

当前，智能设备之间主要是基于蓝牙、Wi-Fi等技术进行音频传输。受限于蓝牙、Wi-Fi等技术的特点，智能设备在音频传输时存在明显缺陷，例如带宽狭窄、抗干扰性差以及延时问题，从而影响音频传输的质量和用户体验。

实用新型内容

鉴于此，本申请提供一种UWB智能音频系统及音频设备，可以改善设备在音频传输时的带宽狭窄、抗干扰性差及延时等问题。

本申请提供的一种UWB智能音频系统，包括发送设备和接收设备；

所述发送设备包括：

第一UWB芯片；

第一音频处理器，与所述第一UWB芯片连接，所述第一音频处理器包括依次连接的放大器、模数转换器、编码压缩器及调制器；

第一UWB天线组件，与所述第一UWB芯片连接，用于将经由所述调制器调制后的音频数据进行外发；

所述接收设备包括：

第二UWB芯片；

第二UWB天线组件，与所述第二UWB芯片连接，用于在所述第二UWB芯片的控制下建立所述接收设备与所述发送设备之间的通信连接，以及从所述发送设备接收所述音频数据；

第二音频处理器，与所述第二UWB芯片连接，所述第二音频处理器包括依次连接的解调器、解码解压器和数模转换器；

至少一扬声器，与所述第二UWB芯片或者所述第二音频处理器连接，用于播放经由所述数模转换器输出的音频数据。

可选地，所述接收设备和发送设备均包括组网组件，分别与所述第一UWB芯片和所述第二UWB芯片连接，用于所述发送设备和接收设备接入同一网络的联网凭证。

可选地，所述组网组件包括无线局域网络接入点。

可选地，所述至少一扬声器包括第一扬声器和第二扬声器；所述第一扬声器与所述第二UWB芯片或者所述第二音频处理器直接连接；所述第二扬声器与所述第一UWB天线组件之间基于所述网络连接。

可选地，所述第一UWB芯片和所述第二UWB芯片中的至少一者，设置有外接插口；所述第一UWB芯片的外接插口与所述第一音频处理器连接，所述第二UWB芯片的外接插口与所述第二音频处理器连接；任一所述外接插口还用于插接外部设备以接收通过所述外部设备传输的音频数据。

可选地，所述外接插口包括I2S接口、USB接口中的任一种。

可选地，所述第一音频处理器集成于所述第一UWB芯片上，所述第二音频处理器集成于所述第二UWB芯片上。

可选地，所述第一UWB芯片和所述第二UWB芯片还分别包括FIFO缓存器；所述第一UWB芯片的FIFO缓存器与所述第一音频处理器连接；所述第二UWB芯片的FIFO缓存器与所述第二音频处理器连接。

本申请提供的一种音频设备，包括：

UWB芯片；

音频处理器，与所述UWB芯片连接，所述音频处理器包括依次连接的模数转换器、放大器、编码压缩器及调制器；

UWB天线组件，与所述UWB芯片连接，用于将经由所述调制器调制后的音频数据进行外发。

本申请提供的一种音频设备，包括：

UWB芯片；

UWB天线组件，与所述UWB芯片连接，用于在所述UWB芯片的控制下建立所述音频设备与其他设备之间的通信连接，以及从所述其他设备接收音频数据；

音频处理器，与所述UWB芯片连接，所述音频处理器包括依次连接的解调器、解码解压器和数模转换器；

至少一扬声器，与所述UWB芯片或者所述音频处理器连接，用于播放经由所述数模转换器输出的音频数据。

如上所述，本申请的音频设备集成有UWB芯片，在UWB智能音频系统中，发送设备和接收设备可以基于UWB技术进行音频传输，利用UWB技术的超带宽、抗干扰性强以及低延时的特点，本申请可以使得音频设备之间在音频传输时具有高带宽、抗干扰性强以及低延时的优点，提高音频设备之间音频传输的效率、稳定性和音质，改善用户体验。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种UWB智能音频系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种UWB智能音频系统在无线局域网络中的音频传输的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图，对本申请的技术方案进行清楚地描述。显然，下文所描述实施例仅是本申请的一部分实施例，而非全部的实施例。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可相互组合，且亦属于本申请的技术方案。

在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅为便于描述相应实施例的技术方案，而非指示或暗示装置或元件必须具有特定方位、以特定方位构造和操作，不能理解为对本申请的限制。

请参阅图1，本申请实施例提供的一种UWB智能音频系统包括发送设备1和接收设备2。所谓发送设备1为发送音频数据的一端，接收设备2为接收音频数据的一端，任一者可以为适应类型的电子终端。

发送设备1包括第一UWB芯片11、第一音频处理器12和第一UWB天线组件13。

第一UWB芯片11作为一种通信连接芯片，不仅集成有传统处理器芯片的结构件及功能，还集成有依托局域网络通信的结构件及功能。第一UWB芯片11作为当前领域较为成熟的芯片，具体结构可参阅现有技术。

第一音频处理器12与第一UWB芯片11连接，主要用于对音频数据进行模数(A/D)转换、信号放大、编码压缩器及调制等，因此其对应包括放大器121、模数转换器122、编码压缩器123及调制器124。根据对音频数据的处理方式，第一音频处理器12还可以包括其他器件，例如降噪单元等，并且这些器件之间的连接方式可根据对音频数据的处理流程而定，例如模数转换器122、放大器121、编码压缩器123及调制器124依次连接。

在一示例中，第一音频处理器12可以集成于第一UWB芯片11上，换言之，本申请的UWB智能音频系统具有集成了音频处理器的UWB芯片，因此，该UWB智能音频系统集成了音频处理电路，可以直接对获取的音频数据进行相关处理，从而使得UWB智能音频系统的外围电路设计更加简单。

第一音频处理器12可以直接插接市政用电(又称市电)进行供电，使得UWB智能音频系统可以无需自带电池等内置电源。例如，UWB智能音频系统包括电源插件和整流转换电路，电源插件用于直接插接市政用电电口，例如室内常见的插座、插排、插口等，从而使得UWB智能音频系统及发送设备的应用场景和可活动范围更加广泛、更加灵活，整流转换电路与电源插件连接并用于将市政用电转换为该UWB智能音频系统所适用的电压和电流。整流转换电路可以采用当前领域较为成熟的整流保护电路，其具体结构和各个结构元件的工作原理可参阅现有技术，此处不予赘述。

第一UWB天线组件13与第一UWB芯片12连接，用于将经由调制器124调制后的音频数据进行外发。在一示例中，第一UWB天线组件13可以仅将调制后的音频数据发送给接收设备2。在其他示例中，第一UWB天线组件13还可以将调制后的音频数据发送给除接收设备2之外的其他设备，即，发送设备1并非采用一对一传输方式仅发送给接收设备2，而是将音频数据发送给多个设备，这些设备均可以接收到该音频数据。

接收设备2包括第二UWB芯片21、第二UWB天线组件22、第二音频处理器23以及至少一扬声器24。

第二UWB天线组件22与所述第二UWB芯片21连接，用于在第二UWB芯片21的控制下建立所述接收设备2与所述发送设备1之间的通信连接，以及从所述发送设备1接收所述音频数据。

第二音频处理器23与第二UWB芯片21连接，在一示例中，第二音频处理器23可以集成于第二UWB芯片21上。所述第二音频处理器23包括依次连接的解调器231、解码解压器232和数模转换器233。

至少一扬声器24与第二UWB芯片21连接或者与第二音频处理器23连接，用于播放经由所述数模转换器233输出的音频数据。

其在一示例中，第二UWB芯片21与第一UWB芯片11、第二UWB天线组件22与第一UWB天线组件13、第二音频处理器23与第一音频处理器12的结构可以相同，在执行音频传输时的作用有所区别。

发送设备1的工作原理及过程，请参阅如下：

放大器121对模拟信号形式的音频数据进行放大，通过模数转换器122将模拟信号形式的音频数据转化为数字信号形式的音频数据；编码压缩器123在运用基于预测和编码的原理时分析音频数据之间的线性预测关系，从而生成差异信号(即残差信号)。这些残差信号随后通过有效的编码方案进行编码，从而在保持音质的前提下实现数据的高效压缩。

调制器124使用智能调制技术将压缩后的音频数据映射到适用于UWB传输的脉冲序列中。本步骤旨在将数字信号形式的音频数据转化为脉冲信号，以便能够在UWB信道中进行传输。这个过程涉及到将数字信号映射到脉冲形状、振幅、频率等参数上，以形成符合UWB技术要求的信号，具体的调制方式可根据实际所需适应性而对，以确保生成的UWB信号能够在UWB信道中稳定传输，并且在接收设备2一侧能够被准确解析。

在第一UWB芯片11的控制下，第一UWB天线组件13将调制后的UWB信号发送出去，例如传输到接收设备2。UWB技术允许信号以极短的脉冲持续时间传输，从而实现高精度的时间定位和抗多径干扰能力。

接收设备2的第二UWB天线组件22接收传输过来的UWB信号。在第二UWB芯片21的控制下，第二音频处理器23的解调器231负责将接收到的脉冲序列解调成数字信号形式的音频数据，解码解压器232可以采用编码压缩器123采用的无损压缩算法，将解调后的数据还原为原始的无损音频数据。

在第二音频处理器23执行解调、解码及解压阶段，在一示例中，第二UWB芯片21可以引入丢包检测机制以着重解决潜在的数据包丢失问题，确保音频传输的稳定性和可靠性。为了弥补可能的丢包，可以采用前向纠错码和冗余数据等技术。前向纠错码能够在一定程度上恢复丢失的数据，而冗余数据的引入则进一步增加了数据的完整性和稳定性，保持音频数据传输的一致性。第二音频处理器23的数模转换器233将数字信号形式的音频数据转换为模拟信号形式的音频数据，然后通过对应的扬声器24进行播放。

如上所述，本申请的音频设备(即发送设备1和接收设备2)集成有UWB芯片，在UWB智能音频系统中，发送设备1和接收设备2可以基于UWB技术进行音频传输，UWB技术作为一种利用超短脉冲或极大带宽连续波进行数据传输的无线通信技术，具备高度抗干扰性、精准定位能力以及卓越的数据传输速率。利用UWB技术的超带宽、抗干扰性强以及低延时的特点，本申请可以使得音频设备之间在音频传输时具有高带宽、抗干扰性强以及低延时的优点，提高音频设备之间音频传输的效率、稳定性和音质，改善用户体验。

在实际场景中，拥有更大的频带宽度，发送设备1能够轻松传输高质量的音频数据，可实现高达192k的音频文件的无损压缩、传输及播放原始音质。借助于UWB技术出色的定位能力，本申请的UWB智能音频系统能够实现多设备之间的音频同步和音频定位，为音频体验增添更多沉浸感。

UWB芯片(即第一UWB芯片11和第二UWB芯片21)作为各个设备的核心器件，实现了标准UWB规范下的无线数据双向传输，同时可以引入音频协议栈，旨在实现UWB芯片与各个连接接口之间的精确高速数据交换。在遵循协议栈的基础上，包括音频数据在内的数据得以高速、精确地交换，从而确保了音频数据的准确传输和同步。

在一示例中，第一UWB芯片11和第二UWB芯片21的缓存器均为FIFO(First InputFirst Output，先进先出)缓存器(图未示出)。第一UWB芯片11的FIFO缓存器与第一音频处理器12连接；第二UWB芯片21的FIFO缓存器与第二音频处理器23连接。FIFO缓存器用于为对应的UWB芯片提供各种数据的缓存。在保障数据连续性方面，执行输入/输出的FIFO缓存器起到关键作用。通过合适大小的FIFO缓存器以及与接收设备2的第二UWB芯片21的VCXO(Voltage Controlled Oscillator，压控振荡器)的时钟同步，本申请可以确保音频数据的无缝、连贯传输。

在一示例中，第一UWB芯片11和第二UWB芯片21中的至少一者，设置有外接插口14。第一UWB芯片11的外接插口14与第一音频处理器12连接，第二UWB芯片21的外接插口14与第二音频处理器23连接。任一外接插口14还用于插接外部设备，以接收通过所述外部设备传输的音频数据，从而使得对应的设备具有外接能力。而对于接收设备2而言，其不仅可以通过发送设备1获得音频数据，还可以通过插接外部设备获取音频数据。

在实际场景中，外接插口14包括但不限于I2S接口、USB接口中的任一种。以I2S接口作为输入/输出接口为例，外接插口14可以支持多种数据格式，范围涵盖了双向的44.1kHz～192kHz采样率、16-32bits位深，以及TDM多通道格式。这使得数据传输具备广泛的适应性，可满足不同音频传输需求。

请一并参阅图1和图2，在一示例中，所述接收设备2和发送设备1均包括组网组件15，分别与第一UWB芯片11和第二UWB芯片21连接，用于发送设备1和接收设备2接入同一网络的联网凭证。

该网络可以为包括接收设备2和发送设备1在内的多个设备组成的无线局域网络，对应地该组网组件15包括无线局域网络接入点(Access Point，简称AP，又称热点)。例如无线局域网络为家庭网络，则在该家庭网络中，仅有家庭中的电子设备之间可以执行前述音频传输。

至少一扬声器24与第二UWB芯片21或者第二音频处理器23连接，用于播放音频数据。本文所谓的连接可以是两个元件之间的直接连接，也可以是通过至少一个其他元件的间接连接，具体可根据实际场景所需而定。例如，直接与第二音频处理器23的扬声器24，可以将处理完成的音频数据直接播放。又例如，扬声器24与第二UWB芯片21位于不同的场地，因此这些扬声器24与第二UWB芯片21之间可以通过第二UWB天线组件22间接连接，第二UWB芯片21将处理后的音频数据通过第二UWB天线组件22发送给扬声器24。还可以设置有与第一UWB天线组件13连接的扬声器24，两者之间可以基于接收设备2和发送设备1所接入的无线局域网络连接。

于此，本申请的至少一扬声器24可以至少划分为两种类型，分别为第一扬声器和第二扬声器，均采用与扬声器24相同的标号。第一扬声器24与第二UWB芯片21或者第二音频处理器23连接，第二扬声器24与第一UWB天线组件13连接，例如前述基于家庭网络连接。

应理解，前述发送设备1和接收设备2分别为完整的电子设备，可以具有对应电子设备具有的已知结构器件，例如，如图1所示，两者还可以分别设置有麦克风16，通过各自的麦克风16获取音频数据；发送设备1也可以设置有扬声器24。或者，发送设备1和接收设备2的结构可以完全相同，两者之间的角色或者作用可以根据实际场景予以切换，例如发送设备1可以在另一场景中切换为接收设备2，接收设备2切换为发送设备1。

本申请实施例还提供一种音频设备，包括：

UWB芯片；

音频处理器，与UWB芯片连接，所述音频处理器包括依次连接的模数转换器、放大器、编码压缩器及调制器；

UWB天线组件，与所述UWB芯片连接，用于将经由所述调制器调制后的音频数据进行外发。

所述音频设备可实现前述发送设备1的功能，具有前述任一示例的发送设备1的结构设计，此处不再予以赘述，也具备相应的有益效果。

本申请实施例还提供一种音频设备，包括：

UWB芯片；

UWB天线组件，与所述UWB芯片连接，用于在所述UWB芯片的控制下建立所述音频设备与其他设备之间的通信连接，以及从所述其他设备接收所述音频数据；

音频处理器，与所述UWB芯片连接，所述音频处理器包括依次连接的解调器、解码解压器和数模转换器；

至少一扬声器，与所述UWB芯片或者所述音频处理器连接，用于播放经由所述数模转换器输出的音频数据。

所述音频设备可实现前述接收设备2的功能，具有前述任一示例的接收设备2的结构设计，此处不再予以赘述，也具备相应的有益效果。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，对于本领域普通技术人员而言，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

尽管本文采用术语“第一、第二”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。另外，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

Claims (10)

1.一种UWB智能音频系统，其特征在于，包括发送设备和接收设备；

所述发送设备包括：

第一UWB芯片；

第一音频处理器，与所述第一UWB芯片连接，所述第一音频处理器包括依次连接的放大器、模数转换器、编码压缩器及调制器；

第一UWB天线组件，与所述第一UWB芯片连接，用于将经由所述调制器调制后的音频数据进行外发；

所述接收设备包括：

第二UWB芯片；

第二UWB天线组件，与所述第二UWB芯片连接，用于在所述第二UWB芯片的控制下建立所述接收设备与所述发送设备之间的通信连接，以及从所述发送设备接收所述音频数据；

第二音频处理器，与所述第二UWB芯片连接，所述第二音频处理器包括依次连接的解调器、解码解压器和数模转换器；

至少一扬声器，与所述第二UWB芯片或者所述第二音频处理器连接，用于播放经由所述数模转换器输出的音频数据。

2.根据权利要求1所述的UWB智能音频系统，其特征在于，所述接收设备和发送设备均包括组网组件，分别与所述第一UWB芯片和所述第二UWB芯片连接，用于所述发送设备和接收设备接入同一网络的联网凭证。

3.根据权利要求2所述的UWB智能音频系统，其特征在于，所述组网组件包括无线局域网络接入点。

4.根据权利要求2或3所述的UWB智能音频系统，其特征在于，所述至少一扬声器包括第一扬声器和第二扬声器；

所述第一扬声器与所述第二UWB芯片或者所述第二音频处理器直接连接；

所述第二扬声器与所述第一UWB天线组件之间基于所述网络连接。

5.根据权利要求1所述的UWB智能音频系统，其特征在于，所述第一UWB芯片和所述第二UWB芯片中的至少一者，设置有外接插口；

所述第一UWB芯片的外接插口与所述第一音频处理器连接，所述第二UWB芯片的外接插口与所述第二音频处理器连接；任一所述外接插口还用于插接外部设备以接收通过所述外部设备传输的音频数据。

6.根据权利要求5所述的UWB智能音频系统，其特征在于，所述外接插口包括I2S接口、USB接口中的任一种。

7.根据权利要求1所述的UWB智能音频系统，其特征在于，所述第一音频处理器集成于所述第一UWB芯片上，所述第二音频处理器集成于所述第二UWB芯片上。

8.根据权利要求1所述的UWB智能音频系统，其特征在于，所述第一UWB芯片和所述第二UWB芯片还分别包括FIFO缓存器；

所述第一UWB芯片的FIFO缓存器与所述第一音频处理器连接；

所述第二UWB芯片的FIFO缓存器与所述第二音频处理器连接。

9.一种音频设备，其特征在于，包括：

UWB芯片；

音频处理器，与所述UWB芯片连接，所述音频处理器包括依次连接的模数转换器、放大器、编码压缩器及调制器；

UWB天线组件，与所述UWB芯片连接，用于将经由所述调制器调制后的音频数据进行外发。

10.一种音频设备，其特征在于，包括：

UWB芯片；

UWB天线组件，与所述UWB芯片连接，用于在所述UWB芯片的控制下建立所述音频设备与其他设备之间的通信连接，以及从所述其他设备接收音频数据；

音频处理器，与所述UWB芯片连接，所述音频处理器包括依次连接的解调器、解码解压器和数模转换器；

至少一扬声器，与所述UWB芯片或者所述音频处理器连接，用于播放经由所述数模转换器输出的音频数据。