一种基于ZigBee技术的无线全双工实时语音传输装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于ZigBee技术的无线全双工实时语音传输装置和方法，其特征是包含两个相同对等的装置A和B，装置A和B的结构设置均为：驻极体式麦克风将声音信号转换为模拟电压信号；电动式扬声器将电压信号转换为声音信号；语音处理电路将驻极体式麦克风输出的模拟电压信号转换为数字信号后传送至嵌入式微控制器电路；同时还接收嵌入式微控制器电路输出的数字语音信号，转换为模拟信号后传送至电动式扬声器；嵌入式微控制器电路接收语音处理电路输出的数字语音信号，以“乒乓”方式进行压缩后传送至ZigBee射频电路进行射频发送；同时还接收ZigBee射频电路输出的数据，解压缩后以“乒乓”方式传送至语音处理电路。本发明专利技术设备结构简单、功耗和成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线语音通信
，尤其是涉及一种基于ZigBee技术的全双工实时语音传输装置和方法，适用于有紧急需求和有线网络布置困难的环境下，如矿井救援、消防救灾等传统通信方式无法满足要求的场合。
技术介绍
无线传感器网络是由部署在特定区域内的大量微型廉价的传感器网络节点组成的，这些节点以协作的方式感知和采集用户所需要的信息，并把这些数据通过无线信道传送给用户。一个典型的ZigBee无线传感器网络体系结构是由若干传感器网络节点、具有无线接收功能的汇聚节点(sink node)、Internet或其它通信网络和远程用户控制中心组成。传感器网络节点用于采集特定区域内的数据并以无线传输和多跳自组织方式发送到汇 聚节点；汇聚节点用于接收传感器网络节点发送过来的数据，并将其通过Internet、CAN总线或其它网络传输到远程用户控制中心；远程用户控制中心接收汇聚节点发送来的数据并进行处理，同时也可根据监测需要，对无线传感器网络进行管理和配置、发布监测任务或是收集回传数据等，以达到用户实时监测和交互式管理。ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线传感器网络技术，它是基于IEEE批准通过的802. 15. 4无线标准研制开发的，涵盖了组网、安全和应用软件方面的技术标准。在标准中规定其最大符号速率为250kbps，因此其主要适合于承载数据流量较小的业务。由于在无线语音通信特别是全双工实时语音通信中，需要传输的数据量很大(当语音信号采用SKHz采样率、16Bits量化时，那么要实现全双工语音通信需要传输的净载荷数据量为8KHZ*16Bits*2=256Kbps)，再加上ZigBee协议中MAC层和PHY层的报头数据，需要传输的数据量会远远大于标准中规定的符号速率。因此传统上认为基于ZigBee技术是无法实现全双工实时语音通信的。哈尔滨理工大学汪影、上海交通大学敬朝晖等介绍了基于ZigBee技术的语音通信系统(哈尔滨理工大学硕士学位论文，2011，“基于ZigBee技术的语音通信系统设计与实现”、上海交通大学硕士学问论文，2008，“基于IEEE802. 15. 4/ZigBee的语音通信技术研究与实现”)，其在星形拓扑结构的ZigBee无线网络中实现了采集、传输、播放的单向非实时语音信号的传输。但是此种技术无法提供全双工实时语音通信功能。武汉理工大学吴学红等分析了在无线传感器网络中MAC层和路由层协议对语音数据包的延迟造成的影响(传感技术学报，2008，21(9): 1605-1608，“无线传感器网络的语音应用研究”)，通过对目前主流的多种无线传感器网络MAC协议和路由协议的分析，定性地比较了采用这些协议进行语音传输时数据包的延迟。但是没有研究全双工实时语音通信的具体实施方案和关键技术问题。西安科技大学李文峰等专利技术了一种基于ZigBee协议的短距离无线语音通信方法(公开号101500323A)，此方法对语音信号进行采集、压缩、排序、存储、传输、解包、解压和播放等一系列操作，实现了 ZigBee网络内的语音通信。但此方法也是单向非实时的传输方案，无法提供全双工实时语音通信功能。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种设备结构简单、功耗和成本较低，用于实现ZigBee网内点对点全双工实时语音传输的装置和方法。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案本专利技术基于ZigBee技术的无线全双工实时语音传输装置的结构特点是包含两个相同对等的装置A和装置B，所述装置A和装置B的结构设置均为—驻极体式麦克风，将声音信号转换为模拟电压信号； —电动式扬声器，将电压信号转换为声音信号；一语音处理电路，是由包含有语音采集单元和语音播放单元的语音编解码芯片及其外围元件所组成的电路，由所述语音采集单元接收驻极体式麦克风输出的模拟电压信号，通过语音编解码芯片内部的模数转换器转换为数字语音信号，并传送至嵌入式微控制器电路；同时还接收所述嵌入式微控制器电路输出的数字语音信号，通过语音编解码芯片内部的数模转换器转换为模拟电压信号，并传送至电动式扬声器；所述嵌入式微控制器电路，是由包含有语音采集缓冲区、语音压缩单元、语音播放缓冲区和语音解压单元的微控制器芯片及其外围元件所组成的电路，由所述语音采集缓冲区接收语音处理电路输出的数字语音信号，经过语音压缩单元的压缩和组包后传送至ZigBee射频电路进行射频发送；同时还接收ZigBee射频电路输出的数据，经过语音解压单元的解包和解压缩，再经语音播放缓冲区的缓存传送至语音处理电路中的语音播放单元；所述ZigBee射频电路，是由包含有ZigBee发送单元和ZigBee接收单元的标准ZigBee射频芯片及其外围元件组成的电路，由所述ZigBee发送单元接收嵌入式微控制器电路输出的数据，经过编码和调制后无线传送至装置B或装置A ;同时还通过所述ZigBee接收单元接收装置B或装置A通过无线信道发送的数据，经过解调和解码后传送至嵌入式微控制器电路；电源电路，为所述装置提供电源。本专利技术基于ZigBee技术的无线全双工实时语音传输装置的语音传输方法的特点是按如下过程进行步骤一、装置A或装置B中语音信号的采集和压缩由驻极体式麦克风将声音信号转换为模拟电压信号送入语音处理电路；所述语音处理电路中的语音编解码芯片将来自驻极体式麦克风的模拟电压信号进行模数转换获得数字语音信号，并传至嵌入式微控制器电路中微控制器芯片的语音采集缓冲区进行缓存，微控制器芯片中的语音压缩单元采用“乒乓”处理方式从所述语音采集缓冲区中将数字语音信号取出，采用MELP压缩算法进行语音压缩获得压缩语音数据，由所述压缩数据组成ZigBee协议中的标准MAC层数据包传送至ZigBee射频电路中的ZigBee射频芯片；步骤二，装置A或装置B中数据无线传输所述ZigBee射频芯片在收到所述标准MAC层数据包后采用O-QPSK调制方式和DSSS扩频将标准MAC层数据包以250kbs的速率通过无线信道发送至装置B或装置A中的ZigBee射频电路；步骤三，装置B或装置A中语音数据解压缩和播放装置B或装置A中的所述ZigBee射频电路对于从无线信道中收到的来自装置A或装置B的数据进行解调，还原成ZigBee协议标准MAC层数据包，并取出所述标准MAC层数据包中的压缩语音数据，然后传送至嵌入式微控制器电路中进行相对应的解压缩和缓存获得数字语音信号，同时语音处理电路采用“乒乓”处理方式从语音播放缓冲区中取出所述数字语音信号，通过语音编解码芯片内部的数模转换器转换为模拟电压信号，送入扬声器中进行播放；本专利技术语音传输方法的特点也在于所述语音采集缓冲区“乒乓”处理方式是由所述的语音处理电路将实时转换的数 字语音信号写入到所述的嵌入式微控制器电路中微控制器芯片的大小为1280字节的语音采集缓冲区中，所述的语音采集缓冲区被分为大小为640字节上下两个半区，当所述的MELP语音压缩程序对上半区进行压缩时，数字语音信号被写入到下半区中，当所述的MELP语音压缩程序对下半区进行压缩时，数字语音信号被写入到上半区中，以实现语音采集和压缩的实时连续进行。所述语音播放缓冲区“乒乓”处理方式是由所述的MELP语音解压程序将解压缩后的数字语本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee技术的无线全双工实时语音传输装置，其特征是：包含两个相同对等的装置A和装置B，所述装置A和装置B的结构设置均为：一驻极体式麦克风，将声音信号转换为模拟电压信号；一电动式扬声器，将电压信号转换为声音信号；一语音处理电路，是由包含有语音采集单元和语音播放单元的语音编解码芯片及其外围元件所组成的电路，由所述语音采集单元接收驻极体式麦克风输出的模拟电压信号，通过语音编解码芯片内部的模数转换器转换为数字语音信号，并传送至嵌入式微控制器电路；同时还接收所述嵌入式微控制器电路输出的数字语音信号，通过语音编解码芯片内部的数模转换器转换为模拟电压信号，并传送至电动式扬声器；所述嵌入式微控制器电路，是由包含有语音采集缓冲区、语音压缩单元、语音播放缓冲区和语音解压单元的微控制器芯片及其外围元件所组成的电路，由所述语音采集缓冲区接收语音处理电路输出的数字语音信号，经过语音压缩单元的压缩和组包后传送至ZigBee射频电路进行射频发送；同时还接收ZigBee射频电路输出的数据，经过语音解压单元的解包和解压缩，再经语音播放缓冲区的缓存传送至语音处理电路中的语音播放单元；所述ZigBee射频电路，是由包含有ZigBee发送单元和ZigBee接收单元的标准ZigBee射频芯片及其外围元件组成的电路，由所述ZigBee发送单元接收嵌入式微控制器电路输出的数据，经过编码和调制后无线传送至装置B或装置A；同时还通过所述ZigBee接收单元接收装置B或装置A通过无线信道发送的数据，经过解调和解码后传送至嵌入式微控制器电路；电源电路，为所述装置提供电源。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李奇越，王建平，黎洁，魏常勇，穆道明，朱程辉，钱自拓，孙伟，秦剑，戴雷，邓凡李，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：