一種基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng) -、技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及交流溝通中助聽(tīng)的方法和設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是屬于無(wú)線傳輸助 聽(tīng)系統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)。 二、【背景技術(shù)】
[0002] 針對(duì)耳朵聽(tīng)力存在問(wèn)題、阻礙或者存在溝通障礙的人群，采用助聽(tīng)器是最常用的 方式而在W往的助聽(tīng)器中，通常采用獨(dú)立的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)助聽(tīng)功能，如采用盒式、耳背式、耳 內(nèi)式、耳道式等助聽(tīng)器。其中盒式助聽(tīng)器采用線纜將助聽(tīng)器與耳朵連接，但是助聽(tīng)器需要放 在口袋里或佩戴在衣服上，攜帶不方便，同時(shí)助聽(tīng)器放在人體上，人體相當(dāng)于屏障，外界聲 波傳到軀體時(shí)，低頻部分的聲音可反射到助聽(tīng)器的傳聲器從而增加了助聽(tīng)器的低頻增益， 但運(yùn)種低頻增益反射作用會(huì)對(duì)助聽(tīng)器高頻放大帶來(lái)不利的掩蔽作用，從而降低了適用性。 同時(shí)盒式助聽(tīng)器隱蔽性較差，大多數(shù)成年聽(tīng)力障礙人員并不愿讓別人發(fā)現(xiàn)自己是聽(tīng)力障礙 者，因此也影響了其推廣。耳背式、耳內(nèi)式、耳道式等助聽(tīng)器一方面要求體積非常小，限制了 助聽(tīng)器中聲音處理的能力，影響了助聽(tīng)的效果，另一方面，由于將助聽(tīng)器掛在耳朵上或者置 于耳朵內(nèi)，極大地影響了使用者的舒適性。特別在外出時(shí)，帶來(lái)了很大的不便，另外運(yùn)些助 聽(tīng)器的電池袖珍不常見(jiàn)，使用成本高，需要經(jīng)常去廠家購(gòu)買(mǎi)，使用極為不便。
[0003] 本實(shí)用新型提出通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，采用分離式的裝置，提高收聽(tīng)外部音頻信 號(hào)W及與別人的交流溝通能力。 H、【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型目的是，主要針對(duì)耳朵聽(tīng)力存在問(wèn)題或者存在溝通障礙的人群，提出 一種基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)方法和系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑捎梅蛛x式的裝置，將助聽(tīng)器 分離為多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置和基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置，可分別采 用了波束形成技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Zigbee技術(shù)、語(yǔ)音互譯和語(yǔ)音錄制等技術(shù)，提高了收聽(tīng)外部 音頻信號(hào)W及與別人的交流溝通能力。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案:基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是包括多功能音頻處 理和無(wú)線傳輸裝置和基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置，多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝 置中包括具有噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制、語(yǔ)音增強(qiáng)、調(diào)制解調(diào)、各種模式控制單元 的音頻處理和控制模塊、音頻采集模塊、包括調(diào)制解調(diào)、上、下變頻和RF濾波單元的近距離 射頻收發(fā)模塊，音頻采集模塊接音頻處理和控制模塊輸入端，音頻處理和控制模塊輸出端 接近距離射頻收發(fā)模塊;基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置包括近距離射頻收發(fā)模塊和 音頻處理模塊，基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置內(nèi)近距離射頻收發(fā)模塊接收多功能音 頻處理和無(wú)線傳輸裝置的信號(hào)并做下變頻處理，得到基帶數(shù)字信號(hào)，再由音頻處理模塊對(duì) 基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再輸至D/A轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，最后由耳機(jī)送出。
[0006] 本實(shí)用新型當(dāng)收聽(tīng)音頻時(shí)，多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置處理后的數(shù)字信號(hào)通 過(guò)近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻和發(fā)射，由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置進(jìn)行接 收并做下變頻處理，得到基帶數(shù)字信號(hào)，再由音頻處理模塊對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并D/ A轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào);基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置包括近距離射頻收發(fā)模塊(可 采用藍(lán)牙忍片，能進(jìn)行上下變頻處理）和音頻處理模塊(進(jìn)行基帶數(shù)字調(diào)制解調(diào)、D/A和A/D 轉(zhuǎn)換）。
[0007] 音頻處理和控制模塊輸入端接有廣播接收模塊，廣播接收模塊由本振單元、中放 單元、檢波單元，本振單元提供本振信號(hào)，經(jīng)過(guò)與輸入的調(diào)幅或調(diào)頻廣播信號(hào)進(jìn)行混頻處 理，得到中頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)中放單元進(jìn)行二級(jí)放大，再經(jīng)調(diào)頻或調(diào)幅信號(hào)檢波單元，產(chǎn)生基 帶信號(hào)，并通過(guò)A/D采樣后將基帶數(shù)字信號(hào)送給音頻處理和控制模塊后道單元。
[0008] 多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置為獨(dú)立裝置或可與拐杖、箱包、雨傘、腕表、手環(huán)、 手獨(dú)、輪椅、助力器、助步器、文明棍、茶杯、手電筒等相結(jié)合，可穿戴語(yǔ)音處理裝置可W采用 帽子、發(fā)夾、眼鏡、衣帽等形式。
[0009] 其中藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信的無(wú)線電技術(shù)，工作在全球通用的ISM (工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，其數(shù)據(jù)速率可達(dá)IMbps,采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。
[0010] 多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置設(shè)有與近距離射頻收發(fā)模塊并聯(lián)的遠(yuǎn)距離射頻 收發(fā)模塊，遠(yuǎn)距離射頻收發(fā)模塊采用Zigbee或移動(dòng)通信模塊，用成熟的無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行 多套多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置之間的無(wú)線傳輸，移動(dòng)通信模塊包括采用GSMXDMA、 WCDMA、4G 模塊。
[0011] 多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置設(shè)有與近距離射頻收發(fā)模塊并聯(lián)的遠(yuǎn)距離射頻 收發(fā)模塊，遠(yuǎn)距離通信模式下，音頻處理和控制模塊控制遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊，與外 部的助聽(tīng)系統(tǒng)或手機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)接收信號(hào)時(shí)，先由遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊對(duì)射頻信 號(hào)進(jìn)行下變頻處理得到數(shù)字音頻信號(hào)，接著送給音頻處理和控制模塊，進(jìn)行解調(diào)、噪聲抑 審IJ、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，然后將處理后得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)近距離 射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻和發(fā)射，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻 處理，然后由音頻處理模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和D/A轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，由耳機(jī)送出；當(dāng)發(fā) 射信號(hào)時(shí)，則由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置先對(duì)需要發(fā)射的音頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和調(diào)制 處理，再送給近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻處理并發(fā)射出去，接著由多功能音頻處理和 無(wú)線傳輸裝置接收，通過(guò)其中的近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行下變頻處理，送給音頻處理和控 制模塊，進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，接著由遠(yuǎn)距離多模式 射頻收發(fā)模塊做上變頻處理，產(chǎn)生射頻信號(hào)并發(fā)射。
[0012]在音頻處理和控制模塊中，設(shè)有CPU忍片、時(shí)鐘單元和音頻處理電路，音頻處理電 路采用FPGA或DSP忍片;并設(shè)有接口模塊。
[0013] 在多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置中，輸入端連接音頻陣列接收模塊，該音頻陣 列接收模塊接收?qǐng)A形或平面陣揚(yáng)聲器陣列信號(hào)，揚(yáng)聲器陣列的單元N=2-1024。
[0014] 在多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置中，輸入端連接音頻陣列接收模塊，音頻陣列 接收模塊為多個(gè)麥克風(fēng)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行接收，采用FPGA或DSP忍片對(duì)信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理，首 先進(jìn)行音頻信號(hào)的波達(dá)方向DOA估計(jì)，然后進(jìn)行自適應(yīng)陣列處理;在該音頻陣列接收模塊 中，使用圓形或平面陣陣列:N = 2-1024元，麥克風(fēng)陣列接收到的音頻信號(hào)經(jīng)放大和A/D采 樣，經(jīng)音頻處理和控制模塊，先進(jìn)行自適應(yīng)波束形成，再進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益 控制、語(yǔ)音增強(qiáng)和調(diào)制處理;所述自適應(yīng)波束形成即遠(yuǎn)場(chǎng)自適應(yīng)加權(quán)處理或近場(chǎng)波束形成 方法:在遠(yuǎn)場(chǎng)工作模式，使用多重信號(hào)分類(lèi)、估計(jì)信號(hào)參數(shù)的旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)、基于時(shí)延估計(jì) 法實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的DOA估計(jì)，并進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)處理;在近場(chǎng)工作模式，使用近場(chǎng)波束形成 方法和穩(wěn)健近場(chǎng)波束形成進(jìn)行處理。
[0015] 音頻處理與控制模塊的輸入端設(shè)有語(yǔ)音互譯模塊。
[0016] 音頻處理和控制模塊輸出端連接錄放模塊。
[0017] 音頻處理和控制模塊的輸出端還設(shè)有定位和導(dǎo)向模塊，在定位和導(dǎo)向模塊中包括 GPS室外定位單元。
[0018] 在音頻處理和控制模塊中，時(shí)鐘模塊給其它模塊提供時(shí)鐘信號(hào)，音頻處理電路中 采用高性能的FPGA或DSP忍片進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)處理；同 時(shí)采用高性能CPU忍片（如ARM7等)接收外部接口模塊送來(lái)的控制參數(shù)，從而控制其它各模 塊，執(zhí)行各種模式的操作，接口模塊還將數(shù)字濾波的參數(shù)發(fā)送給CPU忍片，CP閑尋運(yùn)些參數(shù)加 載到音頻處理電路的FPGA或DSP中，由音頻濾波電路根據(jù)該值調(diào)整濾波器的頻響、增益值 等，動(dòng)態(tài)滿足每個(gè)人的聽(tīng)力補(bǔ)償需要(可采用基于現(xiàn)有的助聽(tīng)方法與技術(shù)）。
[0019] 同時(shí)在多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置中，輸入端連接音頻陣列接收模塊，可實(shí) 現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)、噪音抑制、聲源定位和回聲抵消等作用。在收聽(tīng)模式下，通過(guò)音頻處理和控制 模塊控制音頻采集模塊，將外部的音頻信號(hào)進(jìn)行放大和A/D采樣，再送給音頻處理和控制模 塊的后道單元。
[0020] 在陣列接收增強(qiáng)模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制音頻陣列接收模塊，對(duì)多 路麥克風(fēng)組成的音頻陣列(音頻陣列接收模塊通常采用N=2~1024元圓形或平面陣分布的 麥克風(fēng)陣列)接收到的音頻信號(hào)進(jìn)行放大和A/D采樣，送給音頻處理和控制模塊，先進(jìn)行自 適應(yīng)波束形成，再進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制、語(yǔ)音增強(qiáng)和調(diào)制等處理。
[0021] 多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置設(shè)有與近距離射頻收發(fā)模塊并聯(lián)的遠(yuǎn)距離射頻 收發(fā)模塊，遠(yuǎn)距離通信模式下，音頻處理和控制模塊控制遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊，與外 部的助聽(tīng)系統(tǒng)或手機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)接收信號(hào)時(shí)，先由遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊對(duì)射頻信 號(hào)進(jìn)行下變頻處理得到數(shù)字音頻信號(hào)，接著送給音頻處理和控制模塊，再通過(guò)近距離射頻 收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻和發(fā)射，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并處理;發(fā)射信 號(hào)時(shí)由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和調(diào)制處理，再送給近距離 射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻處理并發(fā)射出去，接著由多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置接收， 通過(guò)其中的近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行下變頻處理，送給音頻處理和控制模塊，進(jìn)行噪聲抑 審IJ、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，接著由遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊做上變 頻處理，產(chǎn)生射頻信號(hào)并發(fā)射。
[0022] 本實(shí)用新型遠(yuǎn)距離射頻收發(fā)模塊采用Zigbee或移動(dòng)通信模塊，用成熟的無(wú)線通信 技術(shù)進(jìn)行多套多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置之間的無(wú)線傳輸，不僅可W實(shí)現(xiàn)兩兩之間的 通信功能，還可W實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶之間的相互通信功能。利用Zigbee組網(wǎng)技術(shù)，ZigBee節(jié)點(diǎn)之 間都能相互通信。采用移動(dòng)模塊進(jìn)行通信時(shí)，可W采用GSM、CDMA、WCDMA、4G等技術(shù)實(shí)現(xiàn)與手 機(jī)之間的語(yǔ)音通信功能。在遠(yuǎn)距離通信模式下，不僅可W實(shí)現(xiàn)與其它助聽(tīng)系統(tǒng)之間的相互 通信，也能實(shí)現(xiàn)與手機(jī)用戶之間的通信。
[0023] 本實(shí)用新型音頻處理和控制模塊輸出端設(shè)有錄放模塊，通過(guò)采用高效的壓縮算法 和大容量存儲(chǔ)器，可W實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的語(yǔ)音錄制功能，同時(shí)采用減噪處理，可W提高語(yǔ)音的 清晰度。
[0024] 在錄音模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制音頻采集模塊和錄放模塊。當(dāng)收收 音頻時(shí)，先由音頻采集模塊對(duì)外部的音頻信號(hào)進(jìn)行放大和A/D采樣，送給音頻處理和控制模 塊，進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，然后將處理后的音頻數(shù)據(jù) 送到錄放模塊中進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)需要播放音頻時(shí)，由音頻處理和控制模塊讀取存儲(chǔ)在錄放模 塊中的音頻數(shù)據(jù)，先由音頻處理和控制模塊對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制處理，再送給近距離射頻 收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻處理和發(fā)射，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻 處理，最后由音頻處理模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和D/A轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，并由耳機(jī)送出。
[0025] 音頻處理和控制模塊輸入端連接接口模塊，通過(guò)接口模塊輸入音頻文件，存儲(chǔ)到 錄放模塊。
[0026] 在音頻處理和控制模塊中，時(shí)鐘模塊給其它模塊提供時(shí)鐘信號(hào)，音頻處理電路中 采用高性能的FPGA或DSP忍片進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理； 同時(shí)采用高性能CPU忍片(如ARM 7等)接收外部接口模塊送來(lái)的控制參數(shù)，從而控制其它各 模塊，執(zhí)行各種模式的操作，接口模塊還將數(shù)字濾波的參數(shù)發(fā)送給CPU忍片，CPU將運(yùn)些參數(shù) 加載到音頻處理電路的FPGA或DSP中，由音頻濾波電路根據(jù)該值調(diào)整濾波器的頻響、增益值 等，動(dòng)態(tài)滿足每個(gè)人的聽(tīng)力補(bǔ)償需要(可采用基于現(xiàn)有的助聽(tīng)方法與技術(shù)）。
[0027] 在定位和導(dǎo)向模塊中，采用GI^室外定位技術(shù)(如采用XM1613等無(wú)線定位模塊），進(jìn) 行基于時(shí)間傳輸?shù)臏y(cè)量；同時(shí)針對(duì)室內(nèi)定位，可W采用WIFI定位、藍(lán)牙定位(如采用CC2640 等無(wú)線定位模塊KZigbee定位、RFID定位(如采用XM1613等無(wú)線定位模塊)等技術(shù)，進(jìn)行基 于信號(hào)衰減等的測(cè)量。同時(shí)將地圖信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中，在路徑計(jì)算模塊的CPU中計(jì)算得 到前進(jìn)的路徑，并將該數(shù)據(jù)提供給音頻處理和控制模塊，根據(jù)電路組成如圖21所示：
[0028] 在導(dǎo)向模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制定位和導(dǎo)向模塊，音頻處理與控制 模塊的輸入端連接語(yǔ)音互譯模塊。當(dāng)本人說(shuō)話時(shí)提示要去的目標(biāo)地址時(shí)，音頻信號(hào)通過(guò)基 于無(wú)線的可穿戴裝置由音頻處理模塊A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)近距離射頻 收發(fā)模塊上變頻成射頻信號(hào)，接著被多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置接收，由其近距離射 頻收發(fā)模塊下變頻成數(shù)字基帶信號(hào)，然后由音頻處理與控制模塊進(jìn)行解調(diào)，得到音頻信號(hào) 送給語(yǔ)音互譯模塊，由該模塊對(duì)話音進(jìn)行識(shí)別和機(jī)器翻譯（可W利用內(nèi)部大容量的語(yǔ)音識(shí) 別模塊或通過(guò)遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)），接著將處理后得到的位置信 息送給音頻處理和控制模塊，然后送給定位和導(dǎo)向模塊，接著定位和導(dǎo)向模塊確定目前的 位置，根據(jù)目標(biāo)位置信息，周期性給出行進(jìn)軌跡值，然后將行進(jìn)軌跡值送給語(yǔ)音識(shí)別互譯模 塊，由語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊進(jìn)行語(yǔ)音合成，然后通過(guò)音頻處理和控制模塊進(jìn)行音頻信號(hào)的調(diào) 審IJ，并送給近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻并發(fā)射出去，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b 置進(jìn)行接收并做下變頻處理，最后由音頻處理模塊進(jìn)行解調(diào)并將數(shù)字信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換成模擬 音頻信號(hào)，由耳機(jī)送出。
[0029] 綜合而言：本實(shí)用新型多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置主要由音頻采集模塊、廣 播接收模塊、音頻陣列接收模塊、語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊、音頻處理和控制模塊、近距離射頻收 發(fā)模塊、遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊、錄放模塊、定位和導(dǎo)向模塊、報(bào)警和照明模塊、電源模 塊和接口模塊等組成。
[0030] 本實(shí)用新型將助聽(tīng)器分離為多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置和基于無(wú)線傳輸?shù)?可穿戴語(yǔ)音處理裝置，通過(guò)在多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置中集成語(yǔ)音采集、廣播接收 等模塊，將接收到的音頻信號(hào)通過(guò)增加射頻收發(fā)處理模塊，使用藍(lán)牙等近距離無(wú)線技術(shù)傳 輸送給基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置，通過(guò)耳機(jī)將信號(hào)送至耳內(nèi)，運(yùn)樣既時(shí)尚，隱蔽 性也較好;同時(shí)也避免了將助聽(tīng)器掛在耳朵上或掛在耳內(nèi)，提高了使用的舒適性。多功能音 頻處理和無(wú)線傳輸裝置可與拐杖、箱包、雨傘、腕表、手環(huán)、手獨(dú)、輪椅、助力器、助步器、文明 棍、茶杯、手電筒等相結(jié)合，可穿戴語(yǔ)音處理裝置可W采用帽子、發(fā)夾、眼鏡、衣帽等形式。其 中藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信的無(wú)線電技術(shù)，工作在全球通用的ISM(工業(yè)、科學(xué)、 醫(yī)學(xué))頻段，其數(shù)據(jù)速率可達(dá)IMbps,采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。同時(shí)在多功能 音頻處理和無(wú)線傳輸裝置中，集成了音頻陣列接收功能，通過(guò)采用音頻接收陣列，利用波束 形成技術(shù)，將音頻接收波束的最大增益方向自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)信號(hào)，而把零接收方向?qū)?zhǔn)干 擾信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)、噪音抑制、聲源定位和回聲抵消等作用，運(yùn)樣可解決耳背式、耳內(nèi) 式、耳道式等助聽(tīng)器因體積小而較難實(shí)現(xiàn)音頻陣列接收的問(wèn)題。
[0031] 同時(shí)針對(duì)聽(tīng)力有困難的人群之間，在外出旅游時(shí)通信不楊的情況，可W采用 Zigbee等無(wú)線通信技術(shù)，進(jìn)行多套多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置之間的無(wú)線傳輸，運(yùn)樣 不僅可W實(shí)現(xiàn)兩兩之間的通信功能，還可W實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶之間的相互通信功能。其中 Zigbee作為一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，也工作在全球通用的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，傳 輸范圍一般介于10~IOOm之間，在增加功放模塊增加發(fā)射功率后，可增加到1~3km。當(dāng)支持 多個(gè)用戶之間通信時(shí)，由于Zi濁ee最多可W支持65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 范圍內(nèi)，每個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)之間都可W相互通信，其網(wǎng)絡(luò)可W便捷的為用戶提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳 輸功能，由于Zigbee速率較低、組網(wǎng)能力較強(qiáng)、功耗較低，因此在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的 可應(yīng)用性。
[0032] 另外，針對(duì)不同語(yǔ)種之間的人群，為了更方便的交流，采用了語(yǔ)音互譯的工作模 式，集成了語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器翻譯、語(yǔ)音合成、降噪等功能，同時(shí)輔助W強(qiáng)大的語(yǔ)音數(shù)據(jù)庫(kù)，可 W支持普通話與方言、中外文等之間的互譯功能。
[0033] 考慮到收聽(tīng)人的反應(yīng)因素，本實(shí)用新型還增加了語(yǔ)音錄制功能，通過(guò)采用高效的 壓縮算法和大容量存儲(chǔ)器，可W實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的語(yǔ)音錄制功能，同時(shí)采用減噪處理，可W提 高語(yǔ)音的清晰度。
[0034] 有益效果:本實(shí)用新型主要針對(duì)耳朵聽(tīng)力存在問(wèn)題、障礙者或存在溝通障礙的人 群，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，采用分離式的裝置，采用了波束形成技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Zigbee技 術(shù)、語(yǔ)音互譯和語(yǔ)音錄制等技術(shù)，提高了收聽(tīng)外部音頻信號(hào)W及與別人的交流溝通能力。本 實(shí)用新型尤其是應(yīng)用于年老的聽(tīng)力障礙者。 四、【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本實(shí)用新型基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)組成示意圖；
[0036] 圖2為本實(shí)用新型獨(dú)立收聽(tīng)模式信號(hào)傳輸示意圖；
[0037] 圖3為本實(shí)用新型廣播收聽(tīng)模式信號(hào)傳輸示意圖；
[0038] 圖4為本實(shí)用新型陣列接收增強(qiáng)模式信號(hào)傳輸示意圖；
[0039] 圖5為本實(shí)用新型語(yǔ)音互譯模式信號(hào)傳輸示意圖；
[0040] 圖6為本實(shí)用新型兩套助聽(tīng)系統(tǒng)之間通信示意圖；
[0041 ]圖7為本實(shí)用新型多套助聽(tīng)系統(tǒng)之間通信示意圖；
[0042] 圖8為本實(shí)用新型助聽(tīng)系統(tǒng)與手機(jī)之間通信示意圖；
[0043] 圖9為本實(shí)用新型遠(yuǎn)距離通信模式信號(hào)傳輸示意圖；
[0044] 圖10為本實(shí)用新型錄音模式信號(hào)傳輸示意圖；
[0045] 圖11為本實(shí)用新型導(dǎo)向模式信號(hào)傳輸示意圖；
[0046] 圖12為本實(shí)用新型音頻采集模塊組成示意圖；
[0047] 圖13為本實(shí)用新型廣播接收模塊組成示意圖；
[004引圖14為本實(shí)用新型音頻陣列接收模塊處理示意圖；
[0049] 圖15為本實(shí)用新型自適應(yīng)加權(quán)處理示意圖；
[0050] 圖16為本實(shí)用新型近場(chǎng)波束形成器的原理框圖；
[0051 ]圖17為本實(shí)用新型穩(wěn)健近場(chǎng)波束形成器原理框圖；
[0052] 圖18為本實(shí)用新型語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊處理示意圖；
[0053] 圖19為本實(shí)用新型音頻處理和控制模塊組成示意圖；
[0054] 圖20為本實(shí)用新型近距離射頻收發(fā)模塊組成示意圖；
[0055] 圖21為本實(shí)用新型遠(yuǎn)距離射頻收發(fā)模塊組成示意圖；
[0056] 圖22為本實(shí)用新型錄放模塊組成示意圖；
[0057] 圖23為本實(shí)用新型定位和導(dǎo)向模塊組成示意圖；
[0058] 圖24為本實(shí)用新型報(bào)警和照明模塊組成示意圖；
[0059] 圖25為本實(shí)用新型接口模塊組成示意圖；
[0060] 圖26為本實(shí)用新型電源模塊組成示意圖；
[0061] 圖27為本實(shí)用新型基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置組成示意圖；
[0062] 圖28為本實(shí)用新型多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置形式示意圖；
[0063] 圖29為本實(shí)用新型基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置形式示意圖。 五、【具體實(shí)施方式】
[0064] 如圖1所示：圖1基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)組成示意圖。本實(shí)用新型由多功能音頻 處理和無(wú)線傳輸裝置(左）W及基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置(右)組成。
[0065] 其中多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置由音頻處理和控制模塊、音頻采集模塊、廣 播接收模塊、音頻陣列接收模塊、語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊、近距離射頻收發(fā)模塊、遠(yuǎn)距離多模式 射頻收發(fā)模塊、錄放模塊、定位和導(dǎo)向模塊、報(bào)警和照明模塊、電源模塊和接口模塊等組成， 基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置由近距離射頻收發(fā)模塊、音頻處理模塊和電源模塊等 組成。
[0066] (一)本實(shí)用新型系統(tǒng)有W下幾種工作模式：
[0067] 1、獨(dú)立收聽(tīng)模式
[0068] 在獨(dú)立收聽(tīng)模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制音頻采集模塊，將外部的音頻 信號(hào)進(jìn)行放大和A/D采樣，送給音頻處理和控制模塊，進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控 審IJ、語(yǔ)音增強(qiáng)和調(diào)制等處理，然后將處理后得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行 上變頻和發(fā)射，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻處理，得到基帶數(shù) 字信號(hào)，最后由音頻處理模塊對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并D/A轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，由耳 機(jī)送出。如圖2所示；
[0069] 2、廣播收聽(tīng)模式
[0070] 在廣播收聽(tīng)模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制廣播接收模塊，由該模塊對(duì)接 收到的調(diào)幅、調(diào)頻廣播信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和A/D變換，得到數(shù)字音頻信號(hào)，送給音頻處理和控制 模塊，進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制、語(yǔ)音增強(qiáng)和調(diào)制等處理，接著將處理后得到 的數(shù)字信號(hào)通過(guò)近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻和發(fā)射，然后由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b 置進(jìn)行接收并做下變頻處理，最后由音頻處理模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并D/A轉(zhuǎn)換成模擬 音頻信號(hào)，由耳機(jī)送出。如圖3所示；
[0071] 3、陣列接收增強(qiáng)模式
[0072] 在陣列接收增強(qiáng)模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制音頻陣列接收模塊，對(duì)多 路麥克風(fēng)(通常采用N=2~1024元圓形或平面陣列）接收到的音頻信號(hào)進(jìn)行放大和A/D采 樣，送給音頻處理和控制模塊，進(jìn)行自適應(yīng)波束形成、噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制、 語(yǔ)音增強(qiáng)和調(diào)制等處理，然后將處理后得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變 頻和發(fā)射，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻和解調(diào)處理，最后由音 頻處理模塊將數(shù)字信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，并由耳機(jī)送出。如圖4所示；
[0073] 4、語(yǔ)音互譯模式
[0074] 在語(yǔ)音互譯模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊。當(dāng)收聽(tīng)話 音時(shí)，先由語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊對(duì)話音進(jìn)行識(shí)別、機(jī)器翻譯和語(yǔ)音合成處理，并將處理后的音 頻信息送給音頻處理和控制模塊，進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制、語(yǔ)音增強(qiáng)和調(diào) 制等處理，然后將處理后得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻和發(fā)射，接 著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻處理，最后由音頻處理模塊對(duì)數(shù)字信 號(hào)進(jìn)行解調(diào)并D/A轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，并由耳機(jī)送出。當(dāng)本人說(shuō)話時(shí)，則由基于無(wú)線傳輸 的可穿戴裝置中的音頻處理模塊先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和調(diào)制處理，再送給近距離射 頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻處理并發(fā)射出去，接著由多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置接收，通 過(guò)其中的近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行下變頻處理，送給音頻處理和控制模塊，進(jìn)行解調(diào)、噪聲 抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，接著由語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊對(duì)話音進(jìn)行識(shí) 另Ij、機(jī)器翻譯和語(yǔ)音合成處理，再通過(guò)擴(kuò)音器，產(chǎn)生話音信號(hào)，如圖5所示；
[00巧]5、遠(yuǎn)距離通信模式
[0076] 在遠(yuǎn)距離通信模式下，不僅可W實(shí)現(xiàn)與其它助聽(tīng)系統(tǒng)之間的相互通信，也能實(shí)現(xiàn) 與手機(jī)用戶之間的通信。當(dāng)與其它助聽(tīng)系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，可W采用Zigbee、藍(lán)牙等技術(shù)實(shí)現(xiàn) 兩套系統(tǒng)之間的語(yǔ)音通信功能，通信示意圖如圖6所示；
[0077] 多個(gè)助聽(tīng)系統(tǒng)之間不僅可W實(shí)現(xiàn)兩兩之間的相互通信，也可W采用Zigbee技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)n個(gè)節(jié)點(diǎn)(n = 2~65000)之間的廣播或組網(wǎng)通信，如圖7所示；
[0078] 當(dāng)與手機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，可W采用GSM、CDMA、WCDMA、4G等技術(shù)實(shí)現(xiàn)與手機(jī)之間的語(yǔ) 音通信功能，通信示意圖如圖8所示；
[0079] 在遠(yuǎn)距離通信模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模 塊，與外部的助聽(tīng)系統(tǒng)或手機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)接收信號(hào)時(shí)，先由遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊對(duì) 射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻處理得到數(shù)字音頻信號(hào)，接著送給音頻處理和控制模塊，進(jìn)行解調(diào)、噪 聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，然后將處理后得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)近 距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻和發(fā)射，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下 變頻處理，然后由音頻處理模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和D/A轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，由耳機(jī)送出。 當(dāng)本人說(shuō)話時(shí)，則由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和調(diào)制處理，再 送給近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻處理并發(fā)射出去，接著由多功能音頻處理和無(wú)線傳輸 裝置接收，通過(guò)其中的近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行下變頻處理，送給音頻處理和控制模塊，進(jìn) 行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，接著由遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模 塊做上變頻處理，產(chǎn)生射頻信號(hào)并發(fā)射，如圖9所示；
[0080] 6、錄音模式
[0081] 在錄音模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制音頻采集模塊和錄放模塊。當(dāng)收聽(tīng) 音頻時(shí)，先由音頻采集模塊對(duì)外部的音頻信號(hào)進(jìn)行放大和A/D采樣，送給音頻處理和控制模 塊，進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理，然后將處理后的音頻數(shù)據(jù) 送到錄放模塊中進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)需要播放音頻時(shí)，由音頻處理和控制模塊讀取存儲(chǔ)在錄放模 塊中的音頻數(shù)據(jù)，先由音頻處理和控制模塊對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制處理，再送給近距離射頻 收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻處理和發(fā)射，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻 處理，最后由音頻處理模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和D/A轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，并由耳機(jī)送出。也 可W通過(guò)接口模塊輸入音頻文件，存儲(chǔ)到錄放模塊，然后由音頻處理和控制模塊讀取存儲(chǔ) 在錄放模塊中的音頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行調(diào)制，送給近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻處理和發(fā)射， 接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻處理，最后由音頻處理模塊對(duì)數(shù)字 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并D/A轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，由耳機(jī)送出。如圖10所示；
[0082] 7、導(dǎo)向模式
[0083] 在導(dǎo)向模式下，通過(guò)音頻處理和控制模塊控制定位和導(dǎo)向模塊。當(dāng)本人說(shuō)話時(shí)提 示要去的目標(biāo)地址時(shí)，音頻信號(hào)通過(guò)基于無(wú)線的可穿戴裝置由音頻處理模塊A/D轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)近距離射頻收發(fā)模塊上變頻成射頻信號(hào)，接著被多功能音頻處 理和無(wú)線傳輸裝置接收，由其近距離射頻收發(fā)模塊下變頻成數(shù)字基帶信號(hào)，然后由音頻處 理與控制模塊進(jìn)行解調(diào)，得到音頻信號(hào)送給語(yǔ)音互譯模塊，由該模塊對(duì)話音進(jìn)行識(shí)別和機(jī) 器翻譯(可W利用內(nèi)部大容量的語(yǔ)音識(shí)別模塊或通過(guò)遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊接入移動(dòng) 互聯(lián)網(wǎng)），接著將處理后得到的位置信息送給音頻處理和控制模塊，然后送給定位和導(dǎo)向模 塊，接著定位和導(dǎo)向模塊確定目前的位置，根據(jù)目標(biāo)位置信息，周期性給出行進(jìn)軌跡值，然 后將行進(jìn)軌跡值送給語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊，由語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊進(jìn)行語(yǔ)音合成，然后通過(guò)音 頻處理和控制模塊進(jìn)行音頻信號(hào)的調(diào)制，并送給近距離射頻收發(fā)模塊進(jìn)行上變頻并發(fā)射出 去，接著由基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐餮b置進(jìn)行接收并做下變頻處理，最后由音頻處理模塊進(jìn) 行解調(diào)并將數(shù)字信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，由耳機(jī)送出。如圖11所示；
[0084] 8、報(bào)警和照明模式
[0085] 在報(bào)警和照明模式下，提供報(bào)警功能，在緊急情況下，可W提醒他人，尋求幫助；同 時(shí)可W提供照明，確保晚間行走的安全。
[0086] (二)該系統(tǒng)各部分的主要原理圖如下；
[0087] 多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置主要由音頻采集模塊、廣播接收模塊、音頻陣列 接收模塊、語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊、音頻處理和控制模塊、近距離射頻收發(fā)模塊、遠(yuǎn)距離多模式 射頻收發(fā)模塊、錄放模塊、定位和導(dǎo)向模塊、報(bào)警和照明模塊、電源模塊和接口模塊等組成。 各模塊的原理圖如下；
[0088] 1、音頻采集模塊
[0089] 音頻采集模塊主要用于對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行音頻放大和采樣等處理，可W采用音頻放 大器(如LM386等)和A/D忍片（如ALllOl等），采用44.化Hz或48KHZ等采樣頻率，將音頻信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其組成如圖12所示；
[0090] 2、廣播接收模塊
[0091 ]廣播接收模塊先由本振提供本振信號(hào)，經(jīng)過(guò)與輸入的調(diào)幅或調(diào)頻廣播信號(hào)進(jìn)行混 頻處理，得到中頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)中放1和中放2信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大，再做調(diào)頻或調(diào)幅信號(hào)檢 波，產(chǎn)生基帶信號(hào)，并通過(guò)A/D采樣后將基帶數(shù)字信號(hào)送給音頻處理和控制模塊，其電路組 成如圖13所示；
[0092] 3、音頻陣列接收模塊
[0093] 音頻陣列接收模塊主要通過(guò)多個(gè)麥克風(fēng)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行接收，采用高性能的數(shù)字 處理電路(如FPGA或DSP忍片)對(duì)信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理。
[0094] (1)在遠(yuǎn)場(chǎng)工作模式，首先進(jìn)行音頻信號(hào)的DOA(波達(dá)方向）估計(jì)，可W選用基于圓 形或平面陣陣列的多重信號(hào)分類(lèi)、估計(jì)信號(hào)參數(shù)的旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)、基于時(shí)延估計(jì)法等方法 實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的DOA估計(jì);在完成音頻信號(hào)DOA(波達(dá)方向）估計(jì)后，將進(jìn)行自適應(yīng)陣列處理， 其電路組成如圖14所示；
[00M] (i)多重信號(hào)分類(lèi)方法
[0096] 多重信號(hào)分類(lèi)方法的原理是在空域內(nèi)進(jìn)行譜峰捜索求出信源方向。首先通過(guò)求取 陣列信號(hào)的協(xié)方差矩陣R,并將其分解為噪聲子空間和信號(hào)子空間，共兩個(gè)子空間。即有
[0097]
[0098] 由于噪聲特征矢量和信號(hào)矢量的正交關(guān)系，得到陣列空間譜
[0099]
[0100] 其中a(0)為方向矢量，通過(guò)求取空間譜的波峰來(lái)求得目標(biāo)信號(hào)的DOA值。
[0101] (ii)估計(jì)信號(hào)參數(shù)的旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)
[0102] 該方法要求陣列結(jié)構(gòu)存在不變性，運(yùn)種不變性可通過(guò)兩種手段獲得:一是陣列本 身存在兩個(gè)或兩個(gè)W上相同的子陣，二是通過(guò)變換可獲得運(yùn)些子陣。假設(shè)存在兩個(gè)完全相 同的子陣，且兩個(gè)子陣間距A是已知的。第一個(gè)子陣的接收數(shù)據(jù)為Xi(t)，第二個(gè)子陣的接 收數(shù)據(jù)是拉(t)，可得
[0103] Xi(t)=A(0)S(t)+Ni(t)
[0104] X2(t)=A(目）〇S(t)+N2(t)
[0105] 其中子陣I的陣列流型Ai = A(目），子陣2的陣列流型A2=A(目）巫，而且
[0106]
[0107]此處O的對(duì)角元素為K個(gè)信號(hào)在陣元之間的相位延遲。
[0108] 將Xi (t)和拉(t)進(jìn)行合并，得到
[0109]
[0110] 求取x(t)的自相關(guān)矩陣
[0111]
[0112] 其中Rs = E{S(t)(S(t))H}。接著對(duì)Rxx進(jìn)行特征值分解，得到
[0113]
[0114] 其中Us表示大特征值對(duì)應(yīng)特征矢量張成的信號(hào)子空間，Un表示小特征值張成的噪 聲子空間。
[0115] 由于大特征矢量張成的信號(hào)子空間與陣列流型張成的信號(hào)子空間是一致的，即有
[0116]
[0117]則存在一個(gè)唯一的非奇異矩陣T，使得 [011 引
[0119] 存在
[0120]
[0121] 其中由子陣1的大特征矢量張成的子空間Usi,由子陣2的大特征矢量張成的子空間 Us2與陣列流型A張成的子空間相等，即有
[0122] span{Usi}=spanWs2} = span{A(0)}
[0123] 可知信號(hào)子空間的關(guān)系如下：
[0124] Us2 = UsiT-I 巫 T = Usi W
[0125] 其中W =ri?T，反映了兩個(gè)子陣陣列接收數(shù)據(jù)的信號(hào)子空間的旋轉(zhuǎn)不變性。
[01 %]當(dāng)陣列流型A是滿秩矩陣，貝U
[0127] 巫=TWl'-1
[01%]則W的特征值組成的對(duì)角陣等于O。通過(guò)求得旋轉(zhuǎn)不變矩陣W，可W得到信號(hào)的 入射角度。
[0129] (iii)基于時(shí)延估計(jì)法
[0130] 基于時(shí)延估計(jì)方法較多，可W采用經(jīng)典的廣義互相關(guān)法。該方法通過(guò)求取不同信 號(hào)之間的互功率譜，在頻域內(nèi)給予接收信號(hào)一定的加權(quán)，來(lái)抑制噪聲和反射的影響，再將加 權(quán)后信號(hào)反變換到時(shí)域，得到不同信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)。其峰值位置即為信號(hào)之間的相 對(duì)時(shí)延。同時(shí)在獲取各麥克風(fēng)陣元的時(shí)延估計(jì)后，結(jié)合麥克風(fēng)的位置即可估計(jì)出聲源的位 置信息。
[0131] 在完成音頻信號(hào)的DOA估計(jì)后，接著進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)處理，處理示意圖15所示；
[0132] 自適應(yīng)陣列根據(jù)最大信噪比、最小均方誤差等法則，對(duì)接收到的音頻信號(hào)進(jìn)行加 權(quán)處理，在有用信號(hào)方向上形成主波束，在干擾方向上形成零陷，從而提高音頻信號(hào)的增 益。
[0133] 其中輸入音頻信號(hào)為
[0134] X(n) = [xi(n) ,X2(n),,XN(n)]T
[0135] 加權(quán)矩陣W為
[0136] W= [wi ,W2, ,wn]
[0137] 最后產(chǎn)生的音頻陣列信號(hào)輸出值為
[013 引 Y(n)=wTx(n)
[0139] (2)在近場(chǎng)工作模式，當(dāng)聲源位于陣列近場(chǎng)時(shí)，需要采用近場(chǎng)波束形成方法來(lái)避免 遠(yuǎn)場(chǎng)波束形成方法導(dǎo)致的噪聲抑制性能的退化?？蒞使用近場(chǎng)波束形成方法和穩(wěn)健近場(chǎng)波 束形成等方法進(jìn)行處理，處理步驟如下：
[0140] (i)近場(chǎng)波束形成方法
[0141] 近場(chǎng)信號(hào)模型是基于球面波假設(shè)，將幅度衰減和時(shí)延引入模型中，其中陣列信號(hào) 的方向矢量為Ssp(IV)，延遲矢量為Sdt(IV)，陣列的導(dǎo)向矢量為
[0142]
[0143] 近場(chǎng)補(bǔ)償后的輸出信號(hào)
[0144]
[0145] 近場(chǎng)波束形成器的原理框圖如圖16所示。
[0146] (ii)穩(wěn)健近場(chǎng)波束形成方法
[0147] 假設(shè)N個(gè)麥克風(fēng)組成陣列各陣元位置為(xi，yi，zi)，（X2，y2，Z2)，一，（XN，yN，ZN)^ 場(chǎng)聲源的位置為(Xs，ys，Zs)，每個(gè)麥克風(fēng)通道的抽頭長(zhǎng)度為J，第n次快拍，由J個(gè)抽頭延時(shí)陣 列信號(hào)可構(gòu)成一NJ維信號(hào)矢量X(n)。
[0148] 可W通過(guò)近場(chǎng)約束最小方差自適應(yīng)波束公式來(lái)計(jì)算
[0149]
[0150] 其中Rxx是X(n)的自相關(guān)矩陣，W為波束形成器權(quán)系數(shù)矢量，W=[wi,i，. . .，WN,i, Wl,2, . . .，WN,2, . . .，W1J，. . .WNJ]T，C為約束矩陣，F(xiàn)為對(duì)應(yīng)于目標(biāo)信號(hào)的脈沖響應(yīng)矢量，穩(wěn)健 近場(chǎng)波束形成器原理框圖如圖17。
[0151] 近場(chǎng)線性約束最小方差自適應(yīng)波束形成問(wèn)題的約束矩陣可W表示為：
[0152] C = TCo
[0153] 其中Co為對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)場(chǎng)條件下的約束矩陣，T為近場(chǎng)補(bǔ)償矩陣。
[0154] 可W求得最優(yōu)的加權(quán)矩陣為
[0155]
[0156] 4、語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊
[0157] 在語(yǔ)音識(shí)別互譯模塊中，采用高性能的CPU(如ARM 9等）忍片進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器 翻譯和合成等處理，同時(shí)將不同語(yǔ)音的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在大容量的SRAM、SD卡或微型硬盤(pán)中，當(dāng) 進(jìn)行機(jī)器翻譯時(shí)，可W調(diào)用不同的語(yǔ)言數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行語(yǔ)音合成處理，其電路組成如圖18所 示；
[015引5、音頻處理和控制模塊
[0159] 在音頻處理和控制模塊中，時(shí)鐘模塊給其它模塊提供時(shí)鐘信號(hào)，音頻處理電路中 采用高性能的FPGA或DSP忍片進(jìn)行噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和語(yǔ)音增強(qiáng)等處理； 同時(shí)采用高性能CPU忍片(如ARM 7等)接收外部接口模塊送來(lái)的控制參數(shù)，從而控制其它各 模塊，執(zhí)行各種模式的操作，接口模塊還將數(shù)字濾波的參數(shù)發(fā)送給CPU忍片，CPU將運(yùn)些參數(shù) 加載到音頻處理電路的FPGA或DSP中，由音頻濾波電路根據(jù)該值調(diào)整濾波器的頻響、增益值 等，動(dòng)態(tài)滿足每個(gè)人的聽(tīng)力補(bǔ)償需要。電路組成如圖19所示；
[0160] 6、近距離射頻收發(fā)模塊
[0161] 在近距離射頻收發(fā)模塊中，主要采用藍(lán)牙等技術(shù)傳輸音頻和控制信息，采用藍(lán)牙 收發(fā)模塊等(如RF2968等)和RF帶通濾波器，其電路組成如圖20所示；
[0162] 7、遠(yuǎn)距離多模式射頻收發(fā)模塊
[0163] 在遠(yuǎn)距離射頻收發(fā)模塊中，可W采用Zigbee無(wú)線傳輸模塊(如F8913等)和功放模 塊、Wifi無(wú)線傳輸模塊(如EMW3162等)和功放模塊、藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊(如CSR8615等）和功 放模塊、GSM無(wú)線傳輸模塊(如Ml 2-D等）、CDMA無(wú)線傳輸模塊(如MC8618等）、WCDMA無(wú)線傳輸 模塊(如EM820W等）、4G無(wú)線傳輸模塊(如M口 710)等和射頻選擇模塊，通過(guò)音頻處理和控制 模塊根據(jù)不同的通信需求，進(jìn)行射頻選擇，其電路組成如圖21所示；
[0164] 8、錄放模塊
[0165] 在錄放模塊中，可W采用音頻處理電路(如STM32處理器等)進(jìn)行ADPCM等語(yǔ)音壓縮 和減噪等處理，并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)電路(如CF、SD等卡）中；當(dāng)進(jìn)行播放時(shí)，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù) 送給音頻處理電路解碼。同時(shí)通過(guò)接口將外部的語(yǔ)音文件存儲(chǔ)到存儲(chǔ)電路中，電路組成如 圖22所示；
[0166] 9、定位和導(dǎo)向模塊
[0167] 在定位和導(dǎo)向模塊中，采用GI^室外定位技術(shù)(如采用XM1613等無(wú)線定位模塊），進(jìn) 行基于時(shí)間傳輸?shù)臏y(cè)量；同時(shí)針對(duì)室內(nèi)定位，可W采用WIFI定位、藍(lán)牙定位(如采用CC2640 等無(wú)線定位模塊KZigbee定位、RFID定位(如采用XM1613等無(wú)線定位模塊)等技術(shù)，進(jìn)行基 于信號(hào)衰減等的測(cè)量。同時(shí)將地圖信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中，在路徑計(jì)算模塊的CPU中計(jì)算得 到前進(jìn)的路徑，并將該數(shù)據(jù)提供給音頻處理和控制模塊，根據(jù)電路組成如圖23所示；
[016引10、報(bào)警和照明模塊
[0169] 在報(bào)警和照明模塊中，可W采用大功率報(bào)警模塊和Lm)燈顯示模塊組成，通過(guò)音頻 處理和控制模塊分別控制大功率擴(kuò)音器和控制L邸燈打開(kāi)。其電路組成如圖24所示；
[0170] 11、接 口模塊
[0171] 在接口模塊中，可W提供按鍵接口電路和USB接口電路，該模塊將多功能音頻處理 和無(wú)線傳輸裝置中的按鍵信息（各種工作模式的按鍵選擇)轉(zhuǎn)換成串口等數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)USB 口的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也轉(zhuǎn)換成串口等數(shù)據(jù)，送給音頻處理和控制模塊，其電路組成如圖25所 示；
[0172] 12、電源模塊
[0173] 在電源模塊中，可W提供給多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置各模塊供電電壓，也 能夠?qū)跓o(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置進(jìn)行充電，該模塊由交直流轉(zhuǎn)換電路、充電電 路和裡電池等組成，其電路組成如圖26所示；
[0174] 基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置由近距離射頻收發(fā)模塊、RF帶通濾波器、音 頻處理模塊、充電電路和裡電池等組成。由充電電路對(duì)裡電池進(jìn)行充電，其余模塊由裡電池 供電。近距離射頻收發(fā)模塊可W采用藍(lán)牙忍片（如BC358239A)等組成，其電路組成如圖27所 示；
[0175] (S)該系統(tǒng)各裝置的主要形式示意圖如下；
[0176] 1、多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置
[0177] 多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置可W采用拐杖、箱包、雨傘、腕表、手環(huán)等多種一 體化結(jié)構(gòu)形式，如圖28所示；
[0178] 2、基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置
[0179] 基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置可W采用帽子、發(fā)夾、眼鏡等多種一體化結(jié) 構(gòu)形式，如圖29所示。
[0180] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是包括多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置和基于無(wú) 線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置，多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置中包括具有噪聲抑制、數(shù) 字濾波、自動(dòng)增益控制、語(yǔ)音增強(qiáng)、調(diào)制解調(diào)、各種模式控制單元的音頻處理和控制模塊、音 頻采集模塊、包括調(diào)制解調(diào)、上、下變頻和RF濾波單元的近距離射頻收發(fā)模塊，音頻采集模 塊接音頻處理和控制模塊輸入端，音頻處理和控制模塊輸出端接近距離射頻收發(fā)模塊;基 于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置包括近距離射頻收發(fā)模塊和音頻處理模塊，基于無(wú)線傳 輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置內(nèi)近距離射頻收發(fā)模塊接收多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置的 信號(hào)并做下變頻處理，得到基帶數(shù)字信號(hào)，再由音頻處理模塊對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再 輸至D/A轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，最后由耳機(jī)送出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是音頻處理和控制模塊輸 入端接有廣播接收模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是在多功能音頻處理和無(wú) 線傳輸裝置中，輸入端連接音頻陣列接收模塊，該音頻陣列接收模塊接收?qǐng)A形或平面陣揚(yáng) 聲器陣列信號(hào)，揚(yáng)聲器陣列的單元N=2-1024。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是多功能音頻處理和無(wú)線 傳輸裝置設(shè)有與近距離射頻收發(fā)模塊并聯(lián)的遠(yuǎn)距離射頻收發(fā)模塊，遠(yuǎn)距離射頻收發(fā)模塊采 用Zigbee或移動(dòng)通信模塊，移動(dòng)通信模塊包括651、00獻(xiàn)、100獻(xiàn)、或46模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是在音頻處理和控制模塊 中，設(shè)有CPU芯片、時(shí)鐘單元和音頻處理電路，音頻處理電路采用FPGA或DSP芯片；并設(shè)有接 口豐旲塊。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是音頻處理與控制模塊的 輸入端設(shè)有語(yǔ)音互譯模塊。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是音頻處理和控制模塊輸 出端連接錄放模塊。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是音頻處理和控制模塊的 輸出端還設(shè)有定位和導(dǎo)向模塊，在定位和導(dǎo)向模塊中包括GPS室外定位單元。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，其特征是多功能音頻處理 和無(wú)線傳輸裝置為獨(dú)立裝置或與箱包盒、拐杖、雨傘、腕表、手環(huán)、手鐲、輪椅、助力器、助步 器、文明棍、茶杯或手電筒相結(jié)合。
【專(zhuān)利摘要】基于無(wú)線傳輸?shù)闹?tīng)系統(tǒng)，包括多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置和基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置，多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置中包括具有噪聲抑制、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制、語(yǔ)音增強(qiáng)、調(diào)制解調(diào)、各種模式控制單元的音頻處理和控制模塊、音頻采集模塊、包括調(diào)制解調(diào)、上、下變頻和RF濾波單元的近距離射頻收發(fā)模塊，音頻采集模塊接音頻處理和控制模塊輸入端，音頻處理和控制模塊輸出端接近距離射頻收發(fā)模塊；基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置包括近距離射頻收發(fā)模塊和音頻處理模塊，基于無(wú)線傳輸?shù)目纱┐髡Z(yǔ)音處理裝置內(nèi)近距離射頻收發(fā)模塊接收多功能音頻處理和無(wú)線傳輸裝置的信號(hào)并做下變頻處理，得到基帶數(shù)字信號(hào)。
【IPC分類(lèi)】H04R25/00, G08C17/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205384734
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620123447
【發(fā)明人】俞春華, 束鋒, 桂林卿, 楊剛, 余海, 許愛(ài)愛(ài), 俞同福, 殷長(zhǎng)英, 汪建華
【申請(qǐng)人】俞春華
【公開(kāi)日】2016年7月13日
【申請(qǐng)日】2016年2月16日