无线声传输系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于向至少一个用户（13）提供声音的方法，包括：从音频信号源（17）向包括数字发射机（28）的发射单元（10）供应音频信号（52），用于应用数字调制方案；压缩所述音频信号以产生压缩的音频数据（51，51A，51B，51C）；经由数字无线链路（12）从所述发射单元向包括至少一个数字接收机（61）的至少一个接收机单元（14，14A，14C）发射压缩的音频数据；对所述压缩的音频数据解压以产生解压的音频信号（54）；以及根据从所述接收机单元供应的解压音频信号刺激用户的听觉；其中在特定时间期间内，中断压缩音频数据的传输，以便于经由数字无线链路经由数字无线链路传输所述发射单元产生的至少一个控制数据块（50），从而由控制数据块传输替代该音频数据传输，由此暂时中断所接收压缩音频数据的流动，每个控制数据块包括被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记以及被用于控制所述接收机单元的命令。
【专利说明】无线声传输系统和方法
[0001 ] 本发明涉及将声音提供给至少一名用户的系统和方法，其中，来自音频信号源(例如，捕获讲话者声音的麦克风)的音频信号通过无线链路被传输到接收机单元(例如，用于助听的音频接收机)，从这里将音频信号供应到用于刺激用户听觉的装置，例如助听器扬声器。
[0002]通常，无线麦克风用于教室中老师为听カ受损学生上课(其中，老师的无线麦克风捕获到的音频信号被传输到正在听课的听カ受损学生佩带的多个接收机単元)，或者用于几个人向ー个听カ受损人士讲话的情境(例如，在专业会议中，其中为每个演讲者都提供了无线麦克风，听カ受损人士就可以通过接收机单元从所有无线麦克风接收音频信号)。另ー个例子是在音频旅游指导中，其中导游使用无线麦克风。
[0003]无线音频系统的另一典型应用是将发射単元设计成辅助听力装置的情况。在这种情况下，发射单元可以包括特别从离用户比较近的演讲者接收环境声音的无线麦克风，和/或通往外部音频装置的网关，例如，移动电话；这里，发射单元通常仅用于用户佩带的接收机単元提供无线音频信号。
[0004]通常，无线音频链路是工作在200MHz频带中的的FM (调频)无线电链路。EP1864320A1和W02008/138365A1中描述了模拟无线FM系统，尤其是适合于学校应用的无线FM系统的范例。
[0005]在最近的系统中，采用数字调制技术取代了模拟FM传输技术进行音频信号传输，它们中的大部分都工作于先前200MHz频带之外的其他频带。
[0006]US2005/0195996A1涉及ー种听カ辅助系统，包括由不同讲话者佩带的多个无线麦克风以及佩带于讲话者颈部周围ー圈的接收机单元，声音由连接到接收机单元的头戴耳机产生，其中利用扩展频谱数字信号将音频信号从麦克风传输到接收机单元。接收机单元控制数据的传输，还通过经由无线链路发送相应的控制信号来控制每个发射単元中应用的前置放大增益电平。
[0007]W02008/098590A1涉及ー种听カ辅助系统，包括具有至少两个间隔开的麦克风的发射单元，其中独立的音频信号信道专用于每个麦克风，且其中用户在两耳佩带的两个接收机单元中的至少ー个能够接收两个信道并通过考虑两个信道在耳朵水平执行音频信号处理，例如声束形成。
[0008]在无线数字声音传输系统中，不仅要传输音频数据，而且要传输控制数据，例如，用于控制音频信号的回放音量，配置装置的操作模式，查询装置的电池状态等。与仅仅传输音频数据相比，传输这样的控制数据导致系统电流消耗的开销和/或延迟，这些应当被最小化。
[0009]已知有ー些方法用于同时传输音频数据和控制数据。图1lA到IlD中示出了这种同时传输的基本类型的示意图。
[0010]通常，可以在“带外”或“带内“进行控制数据的传输。在当前上下文中，“带外”表示为音频数据传输和控制数据传输使用不同的逻辑通信信道，即，在独立的数字流中传输音频和控制数据。例如，这样的技术用于移动和固定电话网络中。“带内”表示将控制数据以某种方式与音频数据组合再加以传输。在音频信号的数字传输中，通常在传输之前利用适当的音频编解码器压缩由模数转换器提供的音频数据。可以逐个样本地，即作为实质连续流，或在样本分组中传输所得的压缩音频数据流。
[0011]图1lD示出了如何可以将控制数据以带内方式插入逐样本传输的音频流中的一种方式。在图1lD中所示的范例中，在压缩之前将控制信息増加到音频信号流52或与之混合，其中可以由可听DTMF信号(例如參见ITU建议G.23)表示控制信息，或者可以利用不可听扩展频谱技术(例如參见US2008/0267390A1)将控制信息插入音频带中。控制信息和音频信息的混合物49然后进行压缩，之后被发射。
[0012]图1lA中示出了用于逐样本音频传输的带内控制数据传输的另一已知范例，其中在压缩的音频数据流中将控制数据比特与音频数据比特交织，由此形成组合数据流55。例如，每个八位位组中ー个或两个最低有效音频比特可以由控制数据比特构成，例如參见ITU建议G.722、G.725和H.221，这些标准用于电话网络中。
[0013]图1lB中示出了用于基于分组的音频数据传输的带内控制数据传输的类似原理，其中在每个音频数据分组中保留控制字段用于在公共分组55A、55B、55C中与音频数据一起传输控制数据，例如參见W02007/045081A1，其涉及从无线麦克风向多个听カ器械传输无
线音频信号。
[0014]在图1lC中，示出了带外控制数据传输的范例，其中将控制数据作为独立于音频数据分组51A、51B、51C的专用控制数据分组50传输。US2006/0026293A1中描述了这种数据传输的范例。这样的方法也用于头戴送受话器分布型的蓝牙标准中，其中与分配给音频数据的时隙(使用SCO链路)不同的时隙(使用ACL链路)中传输控制数据。
[0015]任何这种组合的音频和控制数据传输方法或者在控制命令的传输中引入大的延迟，或者在为控制流量保留的比特率方面引入大的开销，该开销被转换成功耗开销。
[0016]本发明的目的是提供ー种数字声音传输方法和系统，其中实现控制数据传输，使得控制数据传输中的功耗开销和延迟都被最小化。
[0017]根据本发明，这个目的分别是由权利要求1、15中定义的方法以及权利要求20和21中定义的系统实现的。
[0018]本发明的益处在于，通过由控制数据块替代音频数据的一部分，可以使命令传输中的延迟保持很小(例如，与图1lA中所示的交织控制数据传输相比)，同时不需要因传输控制数据造成的功耗开销，每个控制数据块包括被接收机单元识别为控制数据块的标记以及被用于控制接收机单元的命令。为了至少部分补偿控制数据对音频数据一部分的替代，优选采取动作来掩蔽所接收音频数据的暂时缺失，例如产生掩蔽输出音频信号，例如蜂鸣信号，使接收机单元的音频信号输出静音或向接收的压缩音频数据分组应用分组损失隐蔽外插算法。在权利要求15和21中所述的方法中，包括冗余的音频数据分组传输，可以使用被控制数据分组替代的音频数据分组冗余副本来掩蔽所接收音频数据的暂时缺失。
[0019]在从属权利要求中界定了本发明的优选实施例。
[0020]在下文中，将參考附图例示本发明的范例，其中:
[0021]图1是能够用于根据本发明的系统的音频部件示意图；
[0022]图2到4是根据本发明的系统各种范例的使用的示意图；
[0023]图5是要用于本发明的发射单元范例的方框图；[0024]图6是要用于本发明的接收机单元范例的方框图；
[0025]图7是本发明数字链路的TDMA帧结构的范例；
[0026]图8是用于根据本发明的系统中的数字链路协议范例的图示；
[0027]图9是根据本发明的系统中的接收机单元如何侦听经由数字音频链路传输的信号的范例图示；
[0028]图10是用于根据本发明的系统的几个接收机的辅助侦听应用范例中的数字音频链路协议范例的图示；
[0029]图1lA到IlD是根据现有技术的组合式音频数据/控制数据传输范例的图示；
[0030]图12是控制数据传输所需开销相对于控制数据传输的延迟的图示，其中将本发明与根据现有技术的方法比较；
[0031]图13到16是根据本发明的组合式音频数据和控制数据传输原理的范例；以及
[0032]图17示出了用于操控图16方法中的控制数据的算法。
[0033]在图12中，相对于控制数据传输的延迟，示出了在根据图1lA到IlC的现有技术方法中，控制数据传输所需的(功耗中的)开销的ー些范例。从图12中可以看出，在开销和延迟之间有ー种折中关系，即实现小延迟的实施方式需要大的开销，反之亦然。在下文中，将更详细地解释图12的曲线。
[0034]首先，将分析使用与音频数据比特交织的控制数据比特的图1lA的方法。假设必须要传输比特率为Da的音频流，并且每k比特音频増加ー个比特的控制。那么，组合式音
频/控制信道的总比特率为
【权利要求】
1.一种用于向至少ー个用户(13)提供声音的方法，包括: 从音频信号源(17)向包括数字发射机(28)的发射单元(10)供应音频信号(52)，所述数字发射机用于应用数字调制方案； 压缩所述音频信号以产生压缩音频数据(51，51A，51B, 51C)； 经由数字无线链路(12)从所述发射单元向包括至少ー个数字接收机(61)的至少ー个接收机单元(14，14A，14B，14C)传输压缩音频数据； 对所述压缩的音频数据进行解压以产生解压音频信号(54);以及 根据从所述接收机単元供应的解压音频信号来刺激所述用户的听觉； 其中在特定的时间段期间，中断压缩音频数据的传输，以便于经由所述数字无线链路来传输所述发射单元产生的至少ー个控制数据块(50)，从而由控制数据块传输替代音频数据传输，由此暂时中断所接收的压缩音频数据的流，每个控制数据块包括:用于被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机単元的命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中， 将所述压缩音频数据作为音频数据分组(51A，51B，51C)来传输，将所述控制数据块作为控制数据分组(50)来传输。
3.根据权利要求2所述的方法，其中， 每个数据分组(50，51A，51B, 51C)是根据跳频序列以ー个不同的频率在TDMA帧的独立时隙中传输的，其中在至少ー些时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组(51A，51B，51C)来传输，且其中将所述TDMA帧构造成用于所述数据分组的单向广播传输，而不逐个对所述接收机单元(14，14A，14B, 14C)进行寻址。
4.根据权利要求3所述的方法，其中， 在与中断压缩音频数据的传输以便于传输所述至少一个控制数据块(50)的所述时间段一致的那些帧中，不传输音频数据分组(51A，51B，51C)。
5.根据权利要求2到4中的一项所述的方法，其中， 每个控制数据分组(50)包括预定义的标志作为所述标记，所述预定义的标志用于区分控制数据和音频数据。
6.根据权利要求2到4中的一项所述的方法，其中， 每个数据分组(50，51A，51B，51C)包括报头，所述报头包含表示所述数据分组包括音频数据还是控制数据的比特作为所述标记。
7.根据权利要求2到6中的一项所述的方法，其中， 每个音频数据分组(51A，51B，51C)和每个控制数据分组(50)都仅传输一次。
8.根据权利要求2到6中的一项所述的方法，其中， 在同一帧中将每个音频数据分组(51A，51B，51C)至少传输两次。
9.根据权利要求8所述的方法，其中， 在同一帧中将每个控制数据分组(50)至少传输两次。
10.根据权利要求1所述的方法，其中， 除了中断压缩音频信号的传输以便于传输控制数据的所述时间段之外，所述压缩音频信号被生成为连续的压缩音频数据流(51)，且其中在所述时间段期间将所述控制数据块(50)插入所述连续的压缩音频数据流中，以便替代音频数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中， 每个控制数据分组(50)包括预定义的标志作为所述标记，所述预定义的标志用于区分控制数据和音频数据。
12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中， 每个接收机单元(14，14A，14B，14C)适于检测至少一个控制数据块(50)对压缩音频数据(51A，51B, 51C)的替代，并在检测到至少ー个控制数据块替代了压缩音频信号数据时，在使用解压音频信号刺激所述用户的听觉时掩蔽所接收的解压音频信号的暂时缺失。
13.根据权利要求10和12所述的方法，其中， 为了掩蔽所接收的解压音频信号的暂时缺失，采取从由以下构成的组中选择的至少ー个动作:向接收的压缩音频数据应用音高再生算法，产生诸如蜂鸣信号的掩蔽输出音频信号，以及使所述接收机単元(14，14A，14B, 14C)的音频信号输出静音。
14.根据权利要求2和12所述的方法，其中， 为了掩蔽所接收的解压音频信号的暂时缺失，采取从由以下构成的组中选择的至少ー个动作:向接收的压缩音频数据分组应用分组损失遮蔽外插算法，产生诸如蜂鸣信号的掩蔽输出音频信号，以及使所述接收机単元(14，14A，14B, 14C)的音频信号输出静音。
15.一种用于向至少ー个用户(13)提供声音的方法，包括: 从音频信号源(17)向包括数字发射机(28)的发射单元(10)供应音频信号(52)，所述数字发射机用于应用数字调 制方案； 压缩所述音频信号以产生压缩音频数据； 经由数字无线链路(12)从所述发射单元向包括至少ー个数字接收机(61)的至少ー个接收机单元(14，14A，14B, 14C)传输压缩音频数据作为音频数据分组(51A，51B, 51C)； 对所述音频数据进行解压以产生解压音频信号(54);以及 根据从所述接收机単元供应的解压音频信号来刺激所述用户的听觉； 其中，每个数据分组是根据跳频序列以ー个不同的频率在TDMA帧的独立时隙中传输的，其中在至少ー些时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组来传输，其中在同一 TDMA帧中将同一音频分组传输至少两次而不期待从接收机单元获得确认消息，且其中将所述TDMA帧构造成用于所述音频数据分组的单向广播传输，而不逐个对所述接收机単元进行寻址； 其中在特定帧期间，省略压缩音频信号数据分组的至少一次冗余传输，以便于经由所述数字无线链路来传输由所述发射单元产生的至少ー个控制数据块(50)，每个控制数据块包括:用于被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机単元的命令。
16.根据权利要求15所述的方法，其中， 每个控制数据块(50)包括:关于是否预计进行冗余音频数据分组(51A，51B，51C)的后续传输的信息。
17.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中， 每个控制数据块(50)以CRC字结束。
18.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中， 所述音频信号源是包括至少ー个麦克风(17A，17B)的麦克风装置(17)。
19.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中， 每个接收机单元(14，14A，14B, 14C)都是佩带在耳朵上的装置。
20.一种用于向至少ー个用户(13)提供声音的系统，包括: 至少ー个用于提供音频信号(52)的音频信号源(17)； 发射单元(10)，包括:用于压缩所述音频信号以产生压缩音频数据(51，51A，51B, 51C)的模块(20)，用于产生控制数据块(50)的模块(24)以及，用于经由无线数字链路(12)来传输压缩音频数据和控制数据 块的数字发射机(28)； 至少ー个接收机单元(14，14A，14B, 14C)，用于经由所述数字链路从所述发射単元接收压缩音频数据，所述接收机単元包括:至少ー个数字接收机(61)以及用于对所述压缩音频数据进行解压以产生解压音频信号(54)的模块； 用于根据从所述接收机单元供应的解压音频信号来刺激所述用户的听觉的模块(64，82)； 其中所述发射単元包括:控制数据块插入単元(32)，用于在特定时间段期间，中断压缩音频数据的传输，以便于经由所述数字无线链路来传输所述控制数据块产生模块产生的至少ー个控制数据块，从而由控制数据块传输替代音频数据传输，由此暂时中断压缩音频数据的流，每个控制数据块包括:用于被所述至少一个接收机单元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机単元的命令。
21.一种用于向至少ー个用户(13)提供声音的系统，包括: 至少ー个用于提供音频信号(52)的音频信号源(17)； 发射单元(10)，包括:用于压缩所述音频信号以产生压缩音频数据(51A，51B，51C)的模块(20)，用于产生控制数据块(50)的模块(24)，以及用于经由无线数字链路(12)来传输压缩音频数据和控制数据块的数字发射机(28)； 至少ー个接收机单元(14，14A，14B, 14C)，用于经由所述数字链路从所述发射単元接收压缩音频数据，所述接收机単元包括至少ー个数字接收机(61)以及用于对所述压缩音频数据进行解压以产生解压音频信号(54)的模块； 用于根据从所述接收机单元供应的解压音频信号来刺激所述用户的听觉的模块(64，82)； 其中所述发射単元被设计为使得每个数据分组(50，51A，51B, 51C)是根据跳频序列以ー个不同的频率在TDMA帧的独立时隙中传输的,其中在至少ー些时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组传输，其中在同一 TDMA帧中将同一音频分组传输至少两次而不期待从接收机单元获得确认消息，且其中将所述TDMA帧构造成用于所述音频数据分组的单向广播传输，而不逐个对所述接收机单元进行寻址； 其中所述发射単元包括:控制数据块插入単元(32)，用于在特定帧期间，省略压缩音频信号数据分组的至少一次冗余传输，以便于经由所述数字无线链路来传输所述发射单元产生的至少ー个控制数据块，每个控制数据块包括:用于被所述至少一个接收机単元识别为控制数据块的标记，以及被用于控制该接收机単元的命令。
【文档编号】G10L19/018GK103563400SQ201180071326
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2011年3月30日 优先权日:2011年3月30日
【发明者】A·埃尔-霍伊迪, M·塞卡利 申请人:峰力公司