一种立体声无线传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种立体声无线传输系统，包括：发送端，包括音频信号源和可见光发射器件，以及并列连接在音频信号源与可见光发射器件之间的两个前端处理电路，根据音频信号控制可见光发射器件在自由空间发出可见光信号；接收端，包括可见光接收器件和音频输出器件，以及并列连接在可见光接收器件与音频输出器件之间的两个后端处理电路，可见光接收器件感测并接收可见光信号，由两个后端处理电路恢复音频信号，并通过音频输出器件输出。充分利用可见光可以利用光信号实现通信的功能，在发送端对左右声道分别进行频率调制，在接收端进行恢复及解调，在照明的同时完成立体声的传输，即使在电磁波受限制的使用场所仍然可以利用可见光进行立体声的传播。
【专利说明】一种立体声无线传输系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信【技术领域】，特别涉及一种立体声无线传输系统。
【背景技术】
[0002]声音是人们获取外部信息的一种重要途径，在生活节奏越来越快的今天，越来越多的人用音乐来进行放松。由于自然界发出的声音都是立体声，立体声的音乐更加能够给人带来身临其境的感觉，HiFi (High-Fidelity，高保真)立体声不仅具有立体声的层次感，同时还可以实现高保真。
[0003]HiFi音响用于播放立体声，在重放过程中，对音频信号各项指标不失真地放大和处理，以还原声源的本来面貌，高度保真，主要用于欣赏高品质音乐。在欣赏过程中需要一个完整的系统来实现，包括硬件(也就是音箱的主要结构:喇叭)、软件(音频信号源)以及听音环境，其中音频信号源来源于DVD、V⑶、⑶等电磁信号，音频信号源与音箱之间通过介质以电磁形式进行传输，并最终通过音箱或耳机进行播放。音频信号源与音箱之间通常需要借助有线介质，或者以无线通信方式实现音频传输。
[0004]现有技术中通过有线介质传输音频信号的方式需要使用带有音频接口的信号传输线，即音频线，例如耳机线或者电脑(或其它音频信号源输出设备)与音箱之间的音频线，如果同时设备上还连接有其它功能的音频线则会导致信号线过多，且容易混淆，使用不够方便；如果音频信号源与音箱之间通过无线通信方式传输，由于无线通信需要占用固定的频谱，利用电磁波实现音频信号的传输。特别是对于立体声而言，一般至少有左声道和右声道两个声道，如果采用上述有线介质传输音频信号则需要多个音频线将音频信号源与多个音箱连接，而无线通信则需要多个音频信号接收端与音频信号发送端之间通过电磁波通信，电磁辐射较为集中，对于飞机机舱、高铁或者医院等对电磁波使用受限制的场所无法正常使用。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中无法在摆脱电磁波限制的情况下实现音频信号的无线传输，本发明提供了一种立体声无线传输系统，包括:
[0006]发送端，包括音频信号源和可见光发射器件，以及并列连接在所述音频信号源与所述可见光发射器件之间的两个前端处理电路，根据所述音频信号控制所述可见光发射器件在自由空间发出可见光信号；
[0007]接收端，包括可见光接收器件和音频输出器件，以及并列连接在所述可见光接收器件与所述音频输出器件之间的两个后端处理电路，所述可见光接收器件感测并接收所述可见光信号，由所述两个后端处理电路恢复音频信号，并通过所述音频输出器件输出。
[0008]可选的，所述两个前端处理电路为左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路，均依次包括:
[0009]第一低噪放大器、自动增益控制电路、预加重电路、频率调制电路和发送输出缓冲器；
[0010]其中所述频率调制电路利用压控振荡器产生载波，且所述左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路中频率调制电路中使用的载波频率不同。
[0011]可选的，所述左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路的发送输出缓冲器均与所述可见光发射器件连接；
[0012]所述可见光发射器件包括LED驱动电路和LED阵列，所述LED驱动电路提供直流偏置电压，并将所述发送输出缓冲器输出的音频信号源与所述直流偏置电压进行耦合到LED阵列，并驱动所述LED阵列发光产生明暗变化的光脉冲。
[0013]可选的，所述LED阵列采用相同的LED灯以环状分布，且所有LED灯均朝向不同的方向。
[0014]可选的，所述发送端的左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路之间还包括声控传输模块，用于感测没有音频信号输出时控制关闭LED阵列。
[0015]可选的，所述可见光接收器件为可见光探测器阵列，由多个光电探测器构成，并采用与所述LED阵列相同的环状分布，用于接收来自各个方向的可见光信号，并将光信号转化为电信号。
[0016]可选的，所述两个后端处理电路为左声道后端处理电路和所述右声道后端处理电路，均依次包括:
[0017]二级放大电路、限幅电路、频率解调电路、去加重电路和接收输出缓冲器；
[0018]所述频率解调电路采用正交解调器的载波进行解调，且所述左声道后端处理电路和所述右声道后端处理电路中频率解调电路中分别采用所述左声道前端处理电路和所述右声道如端处理电路中频率调制电路中使用的载波频率。
[0019]可选的，所述可见光接收器件和两个二级放大电路之间还依次包括带通滤波器和第二低噪放大器。
[0020]可选的，所述接收端的左声道后端处理电路和所述右声道后端处理电路还包括:静噪电路，用于感测没有音频信号输出时控制关闭所述接收发送缓冲器。
[0021]可选的，所述音频信号源和所述前端处理电路之间还包括:前端音频插座，所述音频信号源发出的音频信号经过所述前端音频插座后分为左声道音频信号和右声道音频信号，分别进入左声道前端处理电路和右声道前端处理电路进行处理；
[0022]所述后端处理电路与音频输出器件之间也包括:后端音频插座，经过所述后端处理电路恢复得到的左声道音频信号和右声道音频信号通过所述后端音频插座连接到所述音频输出器件。
[0023]本发明提供的立体声无线传输系统充分利用可见光可以利用光信号实现通信的功能，在发送端对左右声道分别进行频率调制，在接收端进行恢复及解调，在照明的同时完成立体声的传输，即使在电磁波受限制的使用场所仍然可以利用可见光进行立体声的传播。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为实施例提供的一种立体声无线传输系统的组成示意图；
[0025]图2为实施例中发送端功能模块的结构示意图；
[0026]图3为实施例中接收端功能模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0028]可见光通信(Visible Light Communicat1ns, VLC)技术就是利用突光灯或发光二极管(Light Emitting D1de,简称LED)等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息。可见光通信具备以下几个特点:对人眼安全，无电磁污染，可以兼具照明、通信和控制定位，还有可见光通信与其它通信技术的最大区别在于可见光通信不占用频谱，也就是频谱无需授权即可使用，因此适用于安全领域。由此可见，可见光通信可以广泛应用于有特殊要求的场所，如机舱，高铁和医院等。
[0029]LED作为新一代照明技术已经深入到日常生活的多个领域，与传统的日光灯或白炽灯相比，LED响应灵敏度高、功耗低，还具有更高的调制带宽且使用寿命长的特点，因此可以将LED作为高速通信的光源。由于调制频率非常高，人眼察觉不到灯光的闪烁，因此利用LED作为光源的同时，还可以利用LED承载的高速明暗闪烁信息来传输信息，即照明与通信的深度耦合实现基于LED的可见光通信。
[0030]本发明的实施例中提供了一种立体声无线传输系统，结构示意图如图1所示，包括:
[0031]发送端100，包括音频信号源110和可见光发射器件120，以及并列连接在音频信号源110与可见光发射器件之间的两个前端处理电路130，根据音频信号控制可见光发射器件120在自由空间发出可见光信号。
[0032]接收端200，包括可见光接收器件210和音频输出器件220，以及并列连接在可见光接收器件210与音频输出器件220之间的两个后端处理电路230，可见光接收器件210感测并接收可见光信号，由两个后端处理电路230恢复音频信号，并通过音频输出器件220输出。
[0033]该系统对立体声音频信号中的左声道和右声道进行调制，之后通过可见光通信技术将音频信号中的信息通过可见光发送到自由空间中，接收端接收来自自由空间的可见光同样分为左声道和右声道进行解调处理，并进行播放。传输过程中无电磁干扰，实现绿色通信，因此即便在电磁波使用受限制的特殊场所也能基于可见光通信技术实现立体声音频信号的无线传输，同时由于可见光通信不占用频谱，不易被他人破解，只有在可以探测到可见光的范围内才能对可见光携带的音频信息进行接收和解调，保密性以及安全性较高。
[0034]立体声音频信号是指广播的音频信号、存储的音乐、录音或者麦克风输入的语音信号等，音频信号源110将这些音频信号经MP3、PC播放且通过耳机线接入或者直接接入发送端100的前端处理电路130中。
[0035]可选的，本实施例中发送端的功能模块结构示意图如图2所示，其中两个前端处理电路130分别为左声道前端处理电路130a和右声道前端处理电路130b，均依次包括:
[0036]第一低噪放大器131、自动增益控制电路132、预加重电路133、频率调制电路134和发送输出缓冲器135，其中第一低噪放大器131和自动增益控制电路132用于对左声道音频信号或右声道音频信号进行放大，预加重电路133、频率调制电路134和发送输出缓冲器135用于对将要被转换为光信号的电信号进行调制。
[0037]第一低噪放大器131用于对输入的音频信号(左声道音频信号或右声道音频信号)进行低噪放大，而自动增益控制电路132用于使前端的第一低噪放大器131的增益自动地随信号强度而调整，能够限制过调制和高幅信号的畸变。
[0038]预加重模块133用于对输入的音频信号(左声道音频信号或右声道音频信号)中的高频分量进行提升放大；频率调制电路(即FM调制电路)134用于将放大之后的信号进行频率调制，左右声道分别利用频率为Π和f2的载波进行调制，以实现立体声的传播，调制后的信号直接经过发送输出缓冲器135供给后端的可见光发射器件120。
[0039]还需要说明的是，频率调制电路134是利用压控振荡器(图中未示出)产生载波，且左声道前端处理电路和右声道前端处理电路中频率调制电路中使用的载波频率不同，即η 幸 f20
[0040]可选的，左声道前端处理电路130a的发送输出缓冲器135和右声道前端处理电路130b的发送输出缓冲器135’均与可见光发射器件120连接。可见光发射器件120包括LED驱动电路121和LED阵列122，LED驱动电路121提供直流偏置电压，并将发送输出缓冲器135输出的音频信号源与直流偏置电压进行耦合到LED阵列122，并驱动LED阵列122发光产生明暗变化的光脉冲。LED驱动电路121用于将经过放大调制之后的电信号与LED光源特性进行匹配，进而可以产生无失真的明暗闪烁变化的光信号。
[0041]LED阵列122是用多个相同的、直径为2.5mm的草帽LED构成，并且以环状分布，且所有LED灯均朝向不同的方向，使各个方向均有灯光均匀发射，这样可以提升探测区域的广度，光信号在自由空间传输后最终被可见光接收器件210接收。
[0042]可选的，发送端100的左声道前端处理电路130a和右声道前端处理电路130b之间还包括声控传输模块136，用于感测没有音频信号输出时控制关闭LED阵列。比如在博物馆展品、纪念馆图片介绍过程中，一般音频是循环播放的，可以选择使用声控传输模块136在一遍播放结束之后灯熄灭，等再次播放的时候灯再亮起来，既可告知观众本次介绍已经结束，又可实现节能的目的。
[0043]可选的，本实施例中接收端的功能模块结构示意图如图3所示，其中两个后端处理电路230为左声道后端处理电路230a和右声道后端处理电路230b，均依次包括:
[0044]二级放大电路231、限幅电路232、频率解调电路233、去加重电路234和接收输出缓冲器235，其中二级放大电路231和限幅电路232用于对电信号进行放大，频率解调电路233、去加重电路234和接收输出缓冲器235用于对放大后的信号进行解调。
[0045]可见光接收器件210由多个光电探测器构成，并以环状分布，即光电探测器阵列即为210，光电探测器的角度朝向各个方向，方便将从各个角度接收到的光信号转换为电流信号向后级传输。
[0046]可选的，可见光接收器件210和两个二级放大电路231之间还包括带通滤波器(BPF)236和第二低噪放大器237，其中带通滤波器236用于将探测到的电流信号中过低及过高的非信号频率成分滤除，第二低噪放大器237具有与上述第一低噪放大器131相同的作用，即进行低噪放大；限幅电路232用于为解调器提供稳定幅度的信号。
[0047]频率解调电路(即FM解调电路)233采用正交解调器(图中未示出)的载波进行解调，用于将原信号从载波上解调出来，且用于解调的载波频率与相应的调制载波频率相同，因此左声道后端处理电路230a和右声道后端处理电路230b中分别采用左声道前端处理电路130a和右声道前端处理电路130b中频率调制电路中使用的载波频率。去加重电路234用于对解调出来信号的高频分量进行压低衰减，恢复原来的信号功率分布，再通过接收输出缓冲器235输送给音频输出器件220。
[0048]可选的，接收端200的左声道后端处理电路230a和右声道后端处理电路230b还包括:静噪电路238，用于感测没有音频信号输出时控制关闭接收发送缓冲器，避免背景噪声，即避免在输出器件220中出现刺啦刺啦的噪声。
[0049]可选的，音频信号源110和前端处理电路130之间还包括:前端音频插座140，音频信号源110发出的音频信号经过前端音频插座140后分为左声道音频信号和右声道音频信号，分别进入左声道前端处理电路130a和右声道前端处理电路130b进行处理。
[0050]同理的，后端处理电路230与音频输出器件220之间也包括:后端音频插座240，经过后端处理电路230恢复得到的左声道音频信号和右声道音频信号通过后端音频插座240连接到音频输出器件220。
[0051]基于上述图2，发送端100的具体工作过程如下:
[0052]首先，在PC或者MP3打开一个音频(音乐)，音频信号从PC或者MP3耳机孔出来通过耳机(现在普遍使用的是3.5_耳机)线输入到发送端100的前端音频插座140，经过前端音频插座140的音频信号分为左声道和右声道分别输出进入到对称的前端处理电路130 中。
[0053]其次，左声道和右声道信号分别经过低噪放大器131和自动增益控制电路132之后，信号被放大同时还能防止幅度过高引起波形畸变，为信号调制做好准备。
[0054]然后，放大后的信号分别进入到各自的预加重电路133，信号高频分量的幅度被放大。压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,简称VC0)产生载波，左、右声道信号分别经过载波频率为Π和f2的FM调制电路134，左、右声道信号分别调制是传输立体声音频的第一步。
[0055]然后，调制后的信号经过前端输出缓冲器135两路合并成一路进入LED驱动电路131。LED驱动电路131将经过电路处理后的音频流信号与LED直流偏置进行耦合，利用音频信号对LED光强的调制原理驱动LED光源发光，实现照明和通信的双重效果。
[0056]其中的声控传输控制模块可以比较音频信号幅度和背景噪声幅度，当没有音频传输的时候可以熄灭LED灯用于节能，实际应用中根据场景决定是否需要该模块工作。比如，博物馆展品、纪念馆图片介绍一般都是循环播放的，可以选择使用该模块在一遍播放结束之后灯随之熄灭，等再次播放的时候灯再亮起来，实质上这个模块的主要功能就是节能。
[0057]基于上述图3，接收端200具体工作过程如下:
[0058]首先，光电探测器阵列接收从自由空间传输来的可见光音频信号并将其转换为电流号。
[0059]其次，带通滤波器236能够滤除非信号所在频带的低频和高频噪声，滤波后的信号进入低噪放大器，低噪放大器噪声系数很低，放大微弱探测光信号的时候可以有效提高信噪比，经过低噪放大器的信号从输出口一分为二，分别进入后续的处理模块。
[0060]然后，两路信号分别进入二级放大电路231和限幅电路232，二级放大电路231对低噪放大后的信号再次放大，限幅电路232可以为解调器提供稳定幅度的信号，可以抑制FM解调中寄生AM解调的存在。
[0061]然后，经过放大处理后的信号进入FM解调电路233，FM解调电路233采用正交解调器，两路载频分别调至Π和f2，实现对左、右声道信号的解调，左、右声道信号分别解调是传输立体声音频的第二步。
[0062]最后，解调后的信号经过去加重电路234，对信号的高频分量进行压低衰减处理，以实现原有信号的功率分布；解调出来的两路信号经过后端输出缓冲器235通过后端音频插座240和音频线连接的耳机或者音箱进行收听。
[0063]综上所述，本实施例提供的立体声无线传输系统具备的有益效果如下:
[0064](1)基于可见光通信技术的立体声音频传输系统利用高速可见光LED实现了立体声音频信号的无线传输，通信距离可达2m，并且无电磁干扰，具有绿色通信的特质。
[0065](2)基于可见光通信技术的立体声音频传输系统实现了音频信号的断点续传功能。当无线视频信号被障碍物阻断之后，接收端视频停止播放。当障碍物移开之后，音频信号又可以正常接收并播放。
[0066](3)基于可见光通信技术的立体声音频传输系统采用了左右声道分别进行FM调制的方法，实现了立体声的传播；且带宽比较高，可以实现立体声音频的传输；发送端和接收端电路采用了集成芯片，便于集成，整个系统小巧便携；
[0067](4)基于可见光通信技术的立体声音频传输系统所有芯片和元件均可以方便购买，价格便宜，方便制作，可以应用于博物馆等展厅进行展品介绍，有很高的实用价值。
[0068]综上所述，本发明提供的系统充分利用可见光可以利用光信号实现通信的功能，在发送端对左右声道分别进行频率调制，在接收端进行恢复及解调，在照明的同时完成立体声的传输，即使在电磁波受限制的使用场所仍然可以利用可见光进行立体声的传播。该系统适用于HiFi (High-Fidelity,高保真)立体声音频的无线传输，并对室内可见光通信系统提出了理论和实验依据，具有良好的应用前景。
[0069]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种立体声无线传输系统，其特征在于，包括: 发送端，包括音频信号源和可见光发射器件，以及并列连接在所述音频信号源与所述可见光发射器件之间的两个前端处理电路，根据所述音频信号控制所述可见光发射器件在自由空间发出可见光信号； 接收端，包括可见光接收器件和音频输出器件，以及并列连接在所述可见光接收器件与所述音频输出器件之间的两个后端处理电路，所述可见光接收器件感测并接收所述可见光信号，由所述两个后端处理电路恢复音频信号，并通过所述音频输出器件输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述两个前端处理电路为左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路，均依次包括: 第一低噪放大器、自动增益控制电路、预加重电路、频率调制电路和发送输出缓冲器； 其中所述频率调制电路利用压控振荡器产生载波，且所述左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路中频率调制电路中使用的载波频率不同。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路的发送输出缓冲器均与所述可见光发射器件连接； 所述可见光发射器件包括LED驱动电路和LED阵列，所述LED驱动电路提供直流偏置电压，并将所述发送输出缓冲器输出的音频信号源与所述直流偏置电压进行耦合到LED阵列，并驱动所述LED阵列发光产生明暗变化的光脉冲。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述LED阵列采用相同的LED灯以环状分布，且所有LED灯均朝向不同的方向。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述发送端的左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路之间还包括声控传输模块，用于感测没有音频信号输出时控制关闭LED阵列。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述可见光接收器件为可见光探测器阵列，由多个光电探测器构成，并采用与所述LED阵列相同的环状分布，用于接收来自各个方向的可见光信号，并将光信号转化为电信号。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个后端处理电路为左声道后端处理电路和所述右声道后端处理电路，均依次包括: 二级放大电路、限幅电路、频率解调电路、去加重电路和接收输出缓冲器； 所述频率解调电路采用正交解调器的载波进行解调，且所述左声道后端处理电路和所述右声道后端处理电路中分别采用所述左声道前端处理电路和所述右声道前端处理电路中频率调制电路中使用的载波频率。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述可见光接收器件和两个二级放大电路之间还依次包括带通滤波器和第二低噪放大器。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接收端的左声道后端处理电路和所述右声道后端处理电路还包括:静噪电路，用于感测没有音频信号输出时控制关闭所述接收发送缓冲器。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述音频信号源和所述前端处理电路之间还包括:前端音频插座，所述音频信号源发出的音频信号经过所述前端音频插座后分为左声道音频信号和右声道音频信号，分别进入左声道前端处理电路和右声道前端处理电路进行处理； 所述后端处理电路与音频输出器件之间也包括:后端音频插座，经过所述后端处理电路恢复得到的左声道音频信号和右声道音频信号通过所述后端音频插座连接到所述音频输出器件。
【文档编号】H04B10/116GK104320188SQ201410497635
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】李壮, 韩大海, 付鹏, 张民, 李青 申请人:北京广厦网络技术股份公司, 北京邮电大学