专利名称：基于usb接口的语音通信方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现实时语音通讯的技术，特别涉及一种基于USB接口的语音通信方法及装置。USB技术经过众多厂商的大力推广，越来越普及，USB已成为电脑外部设备的主导接口和国际标准。具有可以热插拔与即插即用的优点。
便携式MP3/MP4播放器等已经得到普及的使用，人们随身携带带USB接口的设备已成习惯，但现有的带USB接口的设备大都只具有存储和播放的功能。
与此同时即时语音信息交流已逐渐成为人们工作和生活的必需，现有的语音通信系统主要包括计算机内安装的语音聊天、网络电话及网上音视频点播等工具软件和耳机、MIC等。然而目前人们的这两种习惯所使用的音频设备无法合二为一，MP3/MP4等带USB接口的设备还无法作为语音通信终端设备，给网络用户带来诸多不便。而不能通过网络实现实时音频通信的功能。
VoIP是在计算机IP网络上实现话音通信的技术的简称，传统的程控交换网(PSTN)以电路交换为基础，而VoIP与之不同，是在宽带IP数据网络中，把话音数据封装成IP报文，在分组交换网络中进行传送。IP网络是按数据流量计费，而公众电话网PSTN是按时计费的，所以使用VoIP技术的语音聊天、网络电话等即时通信工具可以永远在线，通话几乎免费。目前的语音聊天仅仅在作为终端的计算机上实现，但需要安装专门的聊天软件，需要配备专门的话筒。而且计算机不方便随身携带，即使是便携式计算机其重量和体积都不小，也没有MP3/MP4等方便携带的袖珍数码设备的普及。
本发明技术正是为了解决现有技术中广大MP3/MP4用户在网络到达的地方，人们不能随时随地享受即时免费语音通信的技术问题，。融合人们使用带USB接口的设备和进行网络音频通信的习惯，使人们随身携带的带USB接口的设备成为语音通信终端，无缝地与各种网络通信软件实现连接。
本发明提供了一种基于USB接口的语音通信方法，该方法包括以下步骤101，从IP网络上下载音频数据包，解码后生成音频码流，通过USB接口及数据线的传输，处理后还原成声音；102，通过麦克风感应到的音频信号，经数字化后，通过USB接口及数据线的传输，通过VoIP通信软件模块处理后生成音频数据包上行到IP网络中。
本发明所述方法步骤101进一步包括以下步骤由主机VoIP软件模块从网络上接收到音频数据包，解码后生成音频码流，通过USB驱动程序和USB总线的同步端点通道，传送到带USB接口的设备，再通过带USB接口的设备中的微处理器、缓冲器、D/A变换器和扬声器还原成声音。
进一步的，本发明所述步骤102进一步包括以下步骤带USB接口的设备中的麦克风感应到的音频信号经A/D变换器数字化后，采样进入了USB音频缓冲器，经微处理器处理后送入USB同步端点并到达USB主控制器、驱动程序模块，再由主机通过VoIP通信软件送到网络中。
本发明进一步还包括以下步骤401，音频流数据、块文件数据该及人机接口数据在USB接口通道中混合传输，共享在同一条USB电缆带宽。
应用于本发明所述方法的一种基于USB接口的语音通信装置，包括USB连接控制器，输出端与总线相连接；微处理器，与总线相连接；HID键盘，输出到微处理器；U盘Flash存储器，与总线相连接；还包括音频D/A变换器，其输入端与总线相连接，输出端连接扬声器；USB音频流缓冲器，输入端与总线相连接，输出端给所述音频D/A变换器提供输出信号。
进一步地，本发明所述装置还包括音频A/D变换器，输入端与麦克风相连接，输出端通过音频流缓冲器输出到总线。
进一步地，本发明所述装置是经过软硬件升改造的MP3播放器、MP4播放器、便携式带USB接口的网络电话终端设备、座机式USB接口的网络电话终端设备、带USB接口的语音聊天终端设备、带USB接口的网络电话/移动电话/MP3播放器的多功能手机、或者带网络语音通信功能的U盘存储器、电子记事本、个人数字处理PDA、掌上电脑、商务通。
由本发明的技术方案可见，该方法使不具有语音通信功能的带USB接口的设备(如MP3/MP4播放器、U盘等)，通过少量软硬件升改造即可增加语音通信功能；同时采用多属性数据流混合传输方法，提高了USB电缆带宽的利用率，降低了设备的成本。
图1是带语音通信功能的MP3播放器功能框图。
图2是MP3设备USB接口逻辑通道示意图。
图3是中断输入协议格式示意图。
图4是中断输出协议格式示意图。
图5是块输入协议格式示意图。
图6是块输出协议格式示意图。
图7是ISO输入协议格式示意图。
图8是ISO输出协议格式示意图。
图9是USB语音通信软件详细算法流程图。下面以MP3设备为例，结合附图对本发明的具体实现方案作进一步详细说明图1为带语音通信功能的MP3播放器逻辑功能框图，图中第1-6部分属于配套使用的主机端硬件模块或软件模块；包括USB主控制器1，与之数据连接的操作系统与USB驱动程序模块2，分别通过USB盘驱动程序模块3、USB音频驱动程序模块4和HID驱动程序模块5，连接到主机VoIP软件模块6上，然后连接到IP网络；主机VoIP软件模块6包括音频播放软件、语音聊天软件和网络电话软件。而7-15部分属于可以通过USB接口与主机相连接的带语音通信功能MP3设备的硬件模块；包括USB连接控制器7，其输入端在使用时与所述主机的USB主控制器1数据连接，输出端与总线相连接；微处理器9，与总线相连接；HID键盘15，输出到微处理器9；U盘Flash存储器8，与总线相连接；音频D/A变换器13，其输入端与总线相连接，输出端连接扬声器；MP3解码器10，一端与总线相连接，另一输出端通过选通开关(如单刀双掷开关)给所述音频D/A变换器13提供输出信号；USB音频流缓冲器11，输入端与总线相连接，输出端通过选通开关(如单刀双掷开关)给所述音频D/A变换器13提供输出信号；音频A/D变换器14，输入端与麦克风相连接，输出端通过音频流缓冲器12输出到总线；音频A/D变换器14也同时和音频D/A变换器13数据连接；显示模块16，与所述总线相连接。
本发明所述基于USB接口的语音通信方法基于USB接口的语音通信方法包括以下步骤由主机VoIP软件6从网络上接收音频数据包，解码后生成音频数码流，通过USB盘驱动程序3、操作系统及USB驱动程序2，和通过USB总线相连的USB主控制器1、USB连接控制器7的同步端点通道，送到带语音通信功能的MP3设备，经微处理器9、USB音频流缓冲器11、音频D/A变换器13和耳机还原成声音；MP3设备的麦克风感应到的音频信号经A/D变换器14数字化后，采样进入了USB音频流缓冲器12，经微处理器9处理后送入USB同步端点并到达USB主控制器1、经过驱动程序模块2、4，由主机通过VoIP(Voice Over IP)通信软件模块6上行送到网络中。
该方法通过USB接口在传输音频数据同时，还在USB接口的块端点通道中传送块文件数据、在USB接口的中断通道中传送按键拨号等人机接口(HID)信息，实现了USB接口多数据流的混合传送。在逻辑上，MP3设备等效于4个独立的USB外部设备，如图2所示，一个(或多个)USB控制器实现了4个USB接口(Interface)，每接口对应一个功能(Function)外设。
如图9所示流程，MP3设备功能软件在设备枚举前设置好硬件控制器不同端点的数据传输模式，控制器硬件自动地把总线中不同类型和端点数据存入各自端点缓冲区，设备各功能软件仅需独立地处理各端点缓冲区数据。功能设备的逻辑通道如图2所示，总共包括4个通道(PIPE)第一通道为U盘快通道，连接U盘存储设备，可以实现MP3的U盘功能；第二通道为音频流输出通道，连接音频回放设备和耳机，可以实现音频数码流的播放；第三通道为音频流输入通道，连接录音设备和外接的麦克风，可以实现录音功能；第四通道为HID输入通道，连接HID输入键盘，可以接受各种控制指令。通道(PIPE)间是相互独立的，所以设备功能软件不需要考虑多数据流的混合传送，软件复杂度大大降低。
这种实现了多数据流的混合传送的方法，具体是通过分别采用USB的实时型数据、批量型数据及中断型数据传输协议来实现的。
三种类型数据传输协议的区别为中断型用于键盘指令等HID异步输入输出数据传输；批量传输主要用于象U盘等块设备的数据传输，在中断和批量的传输过程中要传递交互握手信号，确保数据准确无误；实时传输对带宽有严格要求，但允许有一定误码，省去了交互握手信号的传递，常用于音视频码流数据传输。三种传输协议的数据格式分别说明如下。
1、HID中断数据传输格式如图3所示，在中断输入协议中，IN/ACK是主机发出的指令或应答信号，而DATA0/1是设备向主机传送的中断数据，NAK/STALL是设备无数据传送时的应答信号。如图4所示，在中断输出协议中，OUT/DATA0/1是主机发出的指令和数据，ACK/NAK/STALL是设备应答信号。DATA0/1数据包一般小于8字节。
2、块(Bulk)文件数据传输如图5所示，在块输入协议中，IN/ACK是主机发出的指令或应答信号，而DATA0/1是设备向主机传送的中断数据，NAK/STALL是设备无数据传送时的应答信号。如图6所示，在块输出协议中，OUT/DATA0/1是主机发出的指令和数据，ACK/NAK/STALL是设备应答信号。DATA0/1数据包大小为0～1023字节。
3、同步(ISO)音频数据传输如图7所示，在ISO输入协议中，IN是主机发出的指令，而DATA0/1是设备向主机传送的数据，设备无应答信号。如图8所示，在ISO输出协议中，OUT/DATA0/1是主机发出的指令和数据，设备无应答信号。DATA0/1数据包大小为0～1023字节。
通过这三种协议，带USB接口的设备的USB音频数据、块文件数据、HID人机接口(拨号按键指令)数据分别在同一USB总线和硬件USB设备控制器内不同的端点(逻辑通道)内分时传输。
带语音通信功能的MP3设备包括图1下半部分的功能部件，通过给MP3播放器增加USB语音通信功能软件实现语音通信功能，USB语音通信软件的详细算法见流程图9。
MP3设备中，USB语音通信软件的基本工作原理如下进入语音通信软件后，MCU先设置USB控制器参数，使USB控制器进入工作状态，然后通过USB的控制端点向主机报告列举接口连接的所有设备类型(包含HID、USB音频、U盘三种类型功能设备)，主机识别到所有设备并为之加载相应驱动程序后，MP3的USB控制器所连接的所有功能设备进入工作状态。MCU按图9的流程处理USB设备的各种指令或状态。
音频通信部分，MCU先启动音频A/D、D/A变换器，A/D采样音频数据自动填入FIFO缓冲，等待MCU取出，D/A变换器自动从音频输出FIFO缓冲中取数据，MCU按USB帧定时地把USB OUT缓冲区数据填入D/A FIFO，把A/D FIFO数据传入USB IN缓冲，并启动USB数据传送。
由以上的实施例可见，本发明的这种基于USB接口的语音通信方法，采用多属性数据流混合传输方法，实现了音频流数据、块文件数据及人机接口数据在USB通道中混合传输，共享同一条USB电缆带宽，降低了设备的成本。该方法使不具有语音通信功能的带USB接口的设备(如MP3/MP4播放器、U盘等)，通过少量软硬件升级改造，即可增加语音通信功能，同时可以方便地与Windows9x/2000/xp、Linux等操作系统软件及音频播放、语音聊天、网络电话等应用软件无缝连接，实现语音通信功能。
权利要求
1.一种基于USB接口的语音通信方法，包括以下步骤101，从IP网络上下载音频数据包，解码后生成音频码流，通过USB接口及数据线的传输，处理后还原成声音；102，通过麦克风感应到的音频信号，经数字化后，通过USB接口及数据线的传输，通过VoIP通信软件模块处理后生成音频数据包上行到IP网络中。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的语音通信方法，其特征在于步骤101进一步包括以下步骤由主机VoIP软件模块从网络上接收到音频数据包，解码后生成音频码流，通过USB驱动程序和USB总线的同步端点通道，传送到带USB接口的设备，再通过带USB接口的设备中的微处理器、缓冲器、D/A变换器和扬声器还原成声音。
3.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的语音通信方法，其特征在于步骤102进一步包括以下步骤带USB接口的设备中的麦克风感应到的音频信号经A/D变换器数字化后，采样进入了USB音频缓冲器，经微处理器处理后送入USB同步端点并到达USB主控制器、驱动程序模块，再由主机通过VoIP通信软件送到网络中。
4.根据权利要求1所述的基于USB接口的语音通信方法，其特征在于还包括以下步骤
401，音频流数据、块文件数据及人机接口数据在USB接口通道中混合传输，共享在同一条USB电缆带宽。
5.一种基于USB接口的语音通信装置，包括USB连接控制器(7)，输出端与总线相连接；微处理器(9)，与总线相连接；HID键盘(15)，输出到微处理器(9)；U盘存储器(8)，与总线相连接；其特征在于，还包括音频D/A变换器(13)，其输入端与总线相连接，输出端连接扬声器；USB音频流缓冲器(11)，输入端与总线相连接，输出端给所述音频D/A变换器(13)提供输出信号。
6.根据权利要求5所述的基于USB接口的语音通信装置，其特征在于，还包括音频A/D变换器(14)，输入端与麦克风相连接，输出端通过音频流缓冲器(12)输出到总线。
7.根据根据权利要求5或6所述的基于USB接口的语音通信装置，其特征在于，所述基于USB接口的语音通信装置是经过软硬件升改造的MP3播放器、MP4播放器、便携式带USB接口的网络电话终端设备、座机式USB接口的网络电话终端设备、带USB接口的语音聊天终端设备、带USB接口的网络电话/移动电话/MP3播放器的多功能手机、或者带网络语音通信功能的U盘存储器、电子记事本、个人数字处理PDA、掌上电脑、商务通。
全文摘要
本发明公开了一种基于USB接口的语音通信方法和装置，该方法包括从IP网络上下载音频数据包，解码后生成音频码流，通过USB接口及数据线的传输，处理后还原成声音；通过麦克风感应到的音频信号，经数字化后，通过USB接口及数据线的传输，通过VoIP通信软件模块处理后生成音频数据包上行到IP网络中。其装置包括USB连接控制器，微处理器，HID键盘；U盘Flash存储器；音频D/A变换器，输出端连接扬声器；USB音频流缓冲器。本发明使带USB接口的设备(如MP3/MP4播放器、U盘等)，通过少量软硬件升改造即可增加语音通信功能；同时采用多属性数据流混合传输方法，提高了USB电缆带宽的利用率。
文档编号H04L29/06GK101035170SQ20061003417
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者林春云 申请人:林春云