多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统及方法与流程

1.本发明涉及计算机与互联网技术领域，具体涉及一种多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统及方法。


背景技术：

2.传统会议室中部署内置扬声器的全向麦克风时，可能由于会议室比较大，而内置扬声器的全向麦克风的覆盖范围有限，因此会考虑将多个内置扬声器的全向麦克风进行级联扩展，级联后的内置扬声器的全向麦克风的阵列麦克风和扬声器会同时工作，需要确保同步性。
3.目前的主流方案是一台主机，级联多个从机，如图9所示;整个系统中，只有主机可以与计算机连接，其他的设备都是作为从机，将麦克风音频数据传输给主机，主机将扬声器音频数据同时发给多个从机。这种系统主要存在以下缺点:(1)用户使用的不便，在会议室中，设备是分布式摆放的，当用户想使用内置扬声器的全向麦克风系统时，必须要坐到主机附近才能使用；(2)主机故障时，整个系统就无法使用了，由于系统中存在主机这样的单点，一旦主机故障，整个系统将不可使用，系统不具有容错性。
4.鉴于此,在中国专利cn201320133108.9中公开了一种自组网络语音传输系统，包括麦克风和与麦克风连接的声压缩器，所述的声压缩器连接有信号发射器，所述的信号发射器通过无线自组网络连接有信号接收器，所述的信号接收器连接有解调器，所述的解调器连接有扬声器，所述的无线自组网络为分布式可级联扩展的无线网络。该专利虽然也是实现语音传输，但主要是为了解决室外比较复杂的环境且主要采用无线私有频率，采用的是一种无线对讲机的集群方案，该方案虽然允许多个对讲机同时通信，但只能自己组网，而不能与外部设备联通。
5.在另一中国专利cn202023230501.9中公开了一种会议音箱及会议系统。所述会议音箱包括wifi模块、音频输入模块、系统芯片及功放模块；所述系统芯片分别与所述wifi模块、所述音频输入模块及所述功放模块连接；所述wifi模块还用于与其他会议音箱连接，以与其他会议音箱进行双向通讯。其中，通过wifi模块与一个或多个其他会议音箱连接组网，既可以将音频输入模块的音频发送到其他会议音箱，也可以获得其他会议音箱发送的音频后通过功放模块播放，实现了会议音箱的级联，增加了会议音箱的拾音距离，使会议音箱在较大的会议室中也有较好的使用效果。该专利是采用wifi方式组网，是一种广播的方式，即主设备直接与所有主机连接，且主设备是确定的，而不是可以通过即插即用的方式就可以切换的，需要用户手动重新配置，缺点就是：用户必须要靠近主设备附近，一旦主机故障，需要重新配置且配置过程繁琐复杂，还不具备抢占能力。
6.综上所述,有必要对现有技术做进一步完善。


技术实现要素：

7.针对上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种可以实现的任意级联内置扬声器的全向麦克风都能作为音频源（主机）设备与计算机连接，在会议室中用户可以更加灵活地使用设备，故障率低，传输效率高的多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统及方法。
8.为解决上述技术问题，本发明提供的一种多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统，包括计算机及与所述计算机电连接的至少一个的设备，相邻所述设备之间相互电连接；每个所述设备包括音频处理模块、级联数据模块和接口、阵列麦克风和扬声器；当所述设备作为从设备时，所述音频处理模块用于接收作为从设备时的所述设备的所述阵列麦克风的声音数据，接收来自主设备的音频数据作为参考信号，并进行处理，将处理后的声音数据，发送给所述级联数据模块和接口，并将来自主设备的音频数据送给所述扬声器播放；当设备作为主设备时，所述音频处理模块用于接收作为主设备时的所述设备的所述阵列麦克风的声音数据，接收来自所述计算机的音频数据作为参考信号，与来自所述级联数据模块和接口的声音数据进行能量比较，选择能量最大的那一组声音数据送给所述计算机，并将所述计算机的音频数据送给所述扬声器；所述级联数据模块和接口用于将所述音频处理模块送过来的声音信号传输到其他设备，同时接收来自于其他设备传输过来的声音数据，送给所述音频处理模块；所述阵列麦克风用于采集外部声源的声音并将声音数据传输给自己所在的所述设备的所述音频处理模块；所述扬声器用于接收来自所述音频处理模块的音频数据并播放。
9.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统，其中：所述级联数据模块和接口包括上级联数据模块和接口、下级联数据模块和接口；所述上级联数据模块和接口用于将所述音频处理模块送过来的声音信号传输到上级的所述设备，同时接收来自于上级的所述设备传输过来的声音数据，送给所述音频处理模块；所述下级联数据模块和接口用于将所述音频处理模块送过来的声音信号传输到下级的所述设备，同时接收来自于下级的所述设备传输过来的声音数据，送给所述音频处理模块。
10.一种多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，基于上述的多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统，包括主从决策流程、音频源切换控制流程和音频数据传输流程；所述主从决策流程包括设备初始化流程、新增主设备流程和丢失主设备流程；所述设备初始化流程具体为：默认情况下，上级联数据模块和接口没有与其他设备连接的设备上电后自动初始化为主设备，设置自己为音频源，并记录音频源；上级联数据模块和接口有与其他设备连接的设备上电后自动初始化为从设备，设置自己为非音频源；所述新增主设备流程具体为：在主设备的上级联数据模块和接口新增一个设备后，新设备将按照初始化流程初始化，并广播初始化消息；原主设备收到广播初始化消息，重新初始化为从设备，非音频源；其他设备收到广播初始化消息，重新初始化为从设备，非
音频源；所述丢失主设备流程具体为：从设备发现主设备丢失后，将启动初始化流程，将自己切换为主设备，音频源；其他设备收到广播初始化消息，重新初始化为从设备，非音频源；所述音频源切换控制流程包括以下步骤：s1、当计算机连接到任意设备后，该设备将向主设备发起音频源申请；s2、主设备收到申请之后，将记录音频源，并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源；并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s3、其他设备收到广播消息之后，将根据自身状态是否是音频源进行处理，如果是则切换为非音频源；并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s4、有新计算机接入另一台设备，将进行抢占，该设备将向主设备发起音频源申请；s5、主设备收到申请之后，将记录音频源，并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源；并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s6、其他设备收到广播消息之后，将根据自身状态是否是音频源进行处理，如果是则切换为非音频源；并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s7、当前作为音频源的设备连接的计算机断开后，将进行回退，该设备将向主设备发起释放音频源；s8、主设备收到申请之后，将重新记录音频源，并选择记录中的上一个音频源作为新音频源，并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源；并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s9、其他设备收到广播消息之后，根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s10、之前的作为音频源的设备收到广播消息后，将自己切换为音频源，并切换音频数据传输方向；所述音频数据传输流程具体为：音频源的设备，在阵列麦克风拾音后，将根据从计算机获取音频信号，完成音频处理，将处理后的声音数据与从非音频源传上来的声音数据进行能量比较，选择能量大的一路数据，送给计算机，并将计算机获取的音频信号送给扬声器；非音频源的设备，在阵列麦克风拾音后，将根据从音频源方向的级联模块和接口获取的音频信号，完成音频处理，将处理后的声音数据与从非音频源方向的级联模块和接口传上来的声音数据进行能量比较，选择能量大的一路数据，送给音频源方向的级联模块和接口。
11.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，其中，所述组网方法还包括异常保护流程；所述异常保护流程具体为：主设备会定期根据发送消息检测音频源是否正常；其他设备收到广播消息之后，若不是新音频源，则根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；若是新音频源，则将自己切换为音频源，并切换音频数据传输方向。
12.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，其中,所述主设备会定期根据发送消息检测音频源是否正常的具体方法为：如果发现不正常，将重新记录音频源，并选择记录中的上一个音频源作为新音频源，并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源；并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；如果上一个音频源是自己，则切换自己为音频源，并切换音频数据传输方向。
13.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，其中：所述音频数据传输
流程中的音频源的设备从两个方向都接收声音数据。
14.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，其中：所述音频数据传输流程中非音频源的设备，在阵列麦克风拾音后，还将从音频源方向的级联模块和接口获取的音频信号送给扬声器。
15.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，其中：所述计算机与任意内置扬声器的全向麦克风的接口采用有线连接。
16.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，其中：所述计算机与任意内置扬声器的全向麦克风采用无线连接。
17.所述多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，其中：所述的无线连接采用mesh共享的方式和指定工作的方式中的任意一种。
18.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统及方法构思合理，可以实现的任意级联内置扬声器的全向麦克风都能作为音频源（主机）设备与计算机连接，在会议室中用户可以更加灵活地使用设备；同时由于任意级联内置扬声器的全向麦克风都可以作为音频源，这样整个系统组网中，所有设备都可以备份，而不会出现单点故障，当其中一台设备故障时，只需要重新连接级联线，就可以重新组网，或者当发现设备更换使用环境时，只需要添加更多的数量就可以满足更大规模的覆盖面积，而无需完全重新部署。当多台设备级联后，整个组网或初始化过程是自动完成的，无需用户操作或者设置，用户只需要即插即用,大大简化了部署的复杂度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统的结构连接原理图；图2为本发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统的相邻设备之间的结构连接原理图；图3为本发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法中设备初始化流程图；图4为本发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法中新增主设备流程图；图5为本发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法中丢失主设备流程图；图6为发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法中音频源切换控制流程图；图7为发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法中异常保护流程图；图8为发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法中音频数据流程图；
图9为目前主流组网的系统结构连接原理图。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
23.如图1所示，本实施例提供的多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网系统，包括计算机1及与计算机1电连接的至少一个(一个或一个以上)的设备2，相邻设备2之间互相电连接。
24.图1中设备2具有三个即设备01、设备02和设备03。其中任意一台设备2都可以连接计算机1，系统中任意的设备2都可以作为音频源（与计算机1连接的设备定义为音频源，等同于传统方案中的主机）或单独使用。
25.如图2所示，每个设备2包括音频处理模块21、上级联数据模块和接口22、下级联数据模块和接口23、阵列麦克风24和扬声器25；该上级联数据模块和接口22和下级联数据模块和接口23一起组成级联数据模块和接口。
26.当设备2作为从设备时，该音频处理模块21用于接收作为从设备时的设备2的阵列麦克风24的声音数据，接收来自主设备的音频数据（由级联数据模块和接口2、下级联数据模块和接口23传输过来）作为参考信号，完成回声消除、噪音抑制等功能，将处理后的声音数据，发送给上级联数据模块和接口22（主设备在上的方向）或者下级联数据模块和接口23（主设备在下的方向），并将来自主设备的音频数据送给扬声器25播放；当设备2作为主设备时，接收作为主设备时的设备2的阵列麦克风24的声音数据，接收来自计算机的音频数据作为参考信号，与来自上级联数据模块和接口22、下级联数据模块和接口23的声音数据进行能量比较，选择能量最大的那一组声音数据送给计算机1，并将计算机1的音频数据送给扬声器25。
27.该上级联数据模块和接口22用于将音频处理模块21送过来的声音信号传输到上级的设备2，同时接收来自于上级的设备2传输过来的声音数据，送给音频处理模块21。
28.该下级联数据模块和接口23用于将音频处理模块21送过来的声音信号传输到下级的设备2，同时接收来自于下级的设备2传输过来的声音数据，送给音频处理模块21。
29.该阵列麦克风24用于采集外部声源的声音，并将数据传输给自己所在的设备2的音频处理模块21。
30.该扬声器25用于接收来自音频处理模块21的音频数据并播放。
31.本发明多级级联内置扬声器的全向麦克风灵活组网方法，主要分为主从决策流程、音频源切换控制流程、异常保护流程和音频数据传输流程。
32.其中，上述的主从决策流程,主要包括设备初始化流程、新增主设备流程和丢失主设备流程。
33.上述的设备初始化流程,如图3所示，具体为：默认情况下，上级联数据模块和接口22没有与其他设备连接的设备2上电后自动初始化为主设备，设置自己为音频源并记录音频源；上级联数据模块和接口22有与其他设备连接的设备2上电后自动初始化为从设备，设
置自己为非音频源。
34.上述的新增主设备流程是指在原来已有的组网方案中，在系统的最上级添加一台新的设备2后，新增的设备2由于在整个系统的最前端，将重新初始化整个系统，新增的设备2将变为系统的主设备，而原来系统的主设备将自动变为从设备。
35.上述的新增主设备流程,如图4所示，具体为：在主设备的上级联数据模块和接口22新增一个设备后，新设备将按照初始化流程初始化并广播初始化消息；原主设备收到广播初始化消息，重新初始化为从设备，非音频源；其他设备收到广播初始化消息，重新初始化为从设备，非音频源。
36.上述的丢失主设备流程是指在系统中原主设备故障，重新初始化整个系统，系统中的一台设备从原来的从设备变为新的主设备来管理整个系统。
37.上述的丢失主设备流程，如图5所示，具体为：从设备发现主设备丢失后，将启动初始化流程，将自己切换为主设备，音频源；其他设备收到广播初始化消息，重新初始化为从设备，非音频源。
38.其中，如图6所示，上述的音频源切换控制流程主要包括以下步骤：s1、当计算机1连接到任意设备2后，该设备2将向主设备发起音频源申请；s2、主设备收到申请之后，将记录音频源并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源，并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s3、其他设备收到广播消息之后，将根据自身状态是否是音频源进行处理，如果是则切换为非音频源，并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s4、有新计算机1接入另一台设备2，将进行抢占，该设备2将向主设备发起音频源申请；s5、主设备收到申请之后，将记录音频源并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源，并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s6、其他设备收到广播消息之后，将根据自身状态是否是音频源进行处理，如果是则切换为非音频源，并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s7、当前设备2连接的计算机1断开后，将进行回退，该设备2将向主设备发起释放音频源；s8、主设备收到申请之后，将重新记录音频源，并选择记录中的上一个音频源作为新音频源，并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源，并且根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s9、其他设备收到广播消息之后，根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；s10、之前作为音频源的设备2（整个系统中同时只有一个设备2是作为音频源的，音频源通常与pc连接；但如果有两个设备2先后都与pc连接，那么后连接pc的设备2将通知主设备并成为音频源；系统中的主设备就会发起广播消息，而原来的那台音频源的设备2，收到消息之后，就会释放掉音频源的功能，成为一个标准的从设备。）收到广播消息后，将自己切换为音频源并切换音频数据传输方向。
39.如图7所示，上述的异常保护流程，具体为：主设备会定期根据发送消息检测音频源是否正常；如果发现不正常，将重新记录音频源，并选择记录中的上一个音频源作为新音频源，并广播新音频源消息，同时主设备将自己切换为非音频源；并且根据新音频源所在接
口切换音频数据传输方向；如果上一个音频源是自己，则切换自己为音频源并切换音频数据传输方向；其他设备收到广播消息之后，若不是新音频源，则根据新音频源所在接口切换音频数据传输方向；若是新音频源，则将自己切换为音频源并切换音频数据传输方向。
40.如图8所示，上述的音频数据传输流程，具体为：音频源的设备2，在阵列麦克风24拾音后，将根据从计算机1获取音频信号，完成音频处理，将处理后的声音数据与从非音频源传上来的声音数据进行能量比较（作为音频源的设备2可能从两个方向都接收声音数据），选择能量较大的那一路数据，送给计算机1，并将计算机1获取的音频信号送给扬声器25；非音频源的设备2，在阵列麦克风24拾音后，将根据从音频源方向的级联模块和接口获取的音频信号，完成音频处理，将处理后的声音数据与从非音频源方向的级联模块和接口传上来的声音数据进行能量比较，选择能量较大的那一路数据，送给音频源方向的级联模块和接口，并将从音频源方向的级联模块和接口获取的音频信号送给扬声器25。
41.此外，计算机1与任意内置扬声器的全向麦克风的接口可以是有线连接，例如usb、网线，也可以是无线连接，例如wifi，蓝牙，不限定具体实施连接方式。对于无线连接来说，可以是mesh共享的方式（也就是计算机1自动连接信号最好的设备），也可以指定工作的方式（也就是仅其中一台内置扬声器的全向麦克风提供无线连接接口，这一台可以根据预置策略指定为主设备，或者音频源的设备2等）。
42.本发明可以实现的任意级联内置扬声器的全向麦克风都能作为音频源（主机）设备与计算机连接，在会议室中用户可以更加灵活地使用设备，故障率低，传输效率高。
43.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。