CN115361631A - 一种无线麦克风***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线麦克风***及其方法，使用FPGA算法替代传统数传FSK、GFSK、OOK、DS‑SS电路或者模拟调幅、调频调相电路。简化了无线音频传输的电路架构，提高组件通用性，提高生产效率。在产品应用场景方面：根据用户应用场景设置或者配置，用一套标准电路即可实现DS‑SS调制模式的超远距离语音通信，又可实现模拟FM调制模式的低延迟、高品质音频和远距离的演唱会应用场景，还可以实现高带宽的HIFI级纯数字音频传输模式。用户使用一套产品就可以覆盖几乎所有的无线音频传输的场景需求。更近一步地，基于FPGA及其算法的架构电路简单，稳定性高，从100MHz到6GHz可变的载波频率和调制方式可以有效避免音频传输信号受到干扰。
Description
技术领域
本发明涉及语音处理、FPGA和无线通信技术领域，特别是涉及一种无线麦克风***及其方法。
背景技术
无线音频传输技术已应用在多个领域，如手机、对讲机、无线语音传真机、无绳电话机、蓝牙音频、调频广播、教学扩音器、会议***、同声传译、广播电视、无线麦克风***等等，在当今社会几乎无所不包。在这些诸多领域的应用中，无线传输技术起到了关键作用。
无线传输技术五花八门，种类繁多，按距离分类可分为长距离无线传输、短距离无线传输和近场传输；按频率或波长划分为VLF、VHF、UHF和SHF；按调制方法或频谱特性分类可分为窄带微波、直接序列展频、跳频式展频、HomeRF、蓝牙等；按载波分类可分为光波传输和无线电波传输。
在这些无线传输技术中，音频信号的无线传输技术最为复杂，方法形式及其多样化，一般无线音频传输对载波和编解码器的性能及要求相较于其它无线传输技术都要来得高，以满足不同用用场合的需求。如演艺无线麦克风要求低延时、超高音质、移动发射无死角和超低功耗，会议***要求话音加密、低延时、去噪、无啸叫及其附带的发言控制等，无线对讲机要求通信距离远、低功耗，广播电视***要求带宽大，蓝牙音频要求传输效率高等。
由此可以看出，在各具特色的应用中，由于应用场合不同而采用不同的无线音频传输技术，也由此设计出不同的产品。存在大多数的应用，虽然应用场景不同，但用户希望买一套设备就可以覆盖大多数应用场景，以节省不必要的浪费，遗憾的是，市面上并不存在这样的产品。
发明内容
鉴于以上所述实际需求，本发明的目的在于提供一种无线麦克风***及其方法，对现有无线麦克风***的架构和方法进行升级改造，采用FPGA算法替代传统数传电路或者模拟调频电路。传统数传电路一般有MCU或者是DSP与数传模块组合的架构，其中MCU或者是DSP音频信号处理，而数传模块负责把音频数据用内置的调制方式调制后发送出去，或者是用内置的解调方式从接收到的载波把音频数据还原出来。传统音频传输模拟电路架构的接收和发射并不相同，传统音频传输模拟电路接收端一般由解压括电路、解调电路、中频电路、混频电路、本振和LNA构成，传统音频传输模拟电路发射端一般由压括电路、调制电路、本振和PA构成。可见传统的数传电路和模拟电路模式非常固化，实用不灵活，不能适用于多个实用场景的切换。而FPGA算法相对于传统数传电路而言，音频无线传输的FPGA实现方案架构既简单又免调试，使用形式是FPGA存储器里的算法固件，可以根据不同应用场景切换不同工作模式。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无线麦克风***，包括有：阵列硅麦模块、CODEC模块、FPGA模块和射频模块；
所述的阵列硅麦模块用于从多个方向把音频信号转换成电信号；
所述的CODEC模块用于把数字信号转换成电信号或者把电信号转换成数字信号，与所述的阵列硅麦模块连接；
所述的FPGA模块用于实现音频数字信号的处理、生成调制信号和解调信号，与所述的CODEC模块连接，其中音频数字信号是数字信号的子集；
所述的射频模块用于混频、发射和接收无线信号，与所述的FPGA模块连接；
所述无线麦克风***的FPGA固件信号处理方法，包括步骤：
S1)发射模式步骤；
S11)拾取阵列硅麦数据，对数据进行噪声抑制、回声抑制、去混响处理、压扩和数据压缩处理；
S12)编写Matlab文件并生成余弦数据表，用余弦数据表配置和生成FPGA ROM IP核；
S13)调用和配置FPAG乘法器IP；
S14)输入调制方式，根据ROMIP的配置用DDS方法产生调制信号；
S15)用乘法器把调制信号搬移到FPGA配置的载波上，并输出；
S2)接收模式步骤；
S21)从CODEC模块获取中频数字信号，调用和配置FPGA滤波器IP核，对中频数字信号进行滤波并获取处理后的载波信号S(n)；
S22)编写Matlab文件并生成正弦和余弦正交信号数据表，用正弦和余弦数据表配置和生成FPGA ROM IP核，并生成正弦信号sin(ωcn)和余弦信号cos(ωcn)，其中ωc为中心频率；
S23)调用和配置FPAG乘法器IP，并实行以下计算：
I(n)＝S(n)×cos(ωcn)
Q(n)＝S(n)×sin(ωcn)，
其中I(n)为S(n)的I路信号，Q(n)为S(n)的Q路信号；
S24)实行以下计算：
S25)选择解码函数DC()；
S26)执行解码运算DC(m(n))，执行解压缩去压扩处理后恢复信号。
可选地，所述的阵列硅麦模块是一个8路的阵列硅麦。
可选地，所述的CODEC模块具有24bit高精度AD/DA接口，其中DA接口带有一级放大功能的输出接口。
可选地，所述FPGA模块的固件功能还包括有音频数据的滤波处理、音频数据的压缩和解压处理、音频数据编码处理、合成调制信号、解调信号和调制变换，其中调制变换包含AM、FM、SSB、PM、FSK、GFSK、DS-SS调制技术。
可选地，所述的射频模块包括有VCO、PLL、混频器以及可配置的频率和RX或者TX模式。
可选地，所述的射频模块载波频率从100MHz到6GHz。
可选地，所述的FPAG乘法器IP是FPGA一个可选功能包，执行乘法运算。
可选地，所述的FPGA ROM IP核是FPGA一个可选功能包，执行查表功能。
本发明的有益效果是：本发明使用FPGA算法替代传统数传FSK、GFSK、OOK、DS-SS电路或者模拟调幅、调频调相电路。在产品生产方面：简化了无线音频传输的电路架构，发射端和接收端电路一致，便于产品的生产调试，降低对生产线工人的技术水平要求，提高组件通用性，极大提高生产效率。在产品应用场景方面：根据用户应用场景设置或者配置，用一套标准电路即可实现DS-SS调制模式的超远距离语音通信，又可实现模拟FM调制模式的低延迟、高品质音频和远距离的演唱会应用场景，还可以实现高带宽的HIFI级纯数字音频传输模式。用户使用一套产品就可以覆盖几乎所有的无线音频传输的场景需求。更近一步地，基于FPGA及其算法的架构电路简单，稳定性高，从100MHz到6GHz可变的载波频率和调制方式可以有效避免音频传输信号受到干扰。
附图说明
图1是一种无线麦克风***及其方法的***框图。
图2是一种无线麦克风***及其方法实施示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更清楚明白，一下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
在一实施例中，一种无线麦克风***，整体架构结构如图1所示；实施流程如图2所示，包括有：阵列硅麦模块、CODEC模块、FPGA模块和射频模块；
所述的阵列硅麦模块用于从多个方向把音频信号转换成电信号；
所述的CODEC模块用于把数字信号转换成电信号或者把电信号转换成数字信号，与所述的阵列硅麦模块连接；
所述的FPGA模块用于实现音频数字信号的处理、生成调制信号和解调信号，与所述的CODEC模块连接，其中音频数字信号是数字信号的子集；
所述的射频模块用于混频、发射和接收无线信号，与所述的FPGA模块连接；
所述无线麦克风***的FPGA固件信号处理方法，包括步骤：
S1)发射模式步骤；
S11)拾取阵列硅麦数据，对数据进行噪声抑制、回声抑制、去混响处理、压扩和数据压缩处理；
S12)编写Matlab文件并成余弦数据表，用余弦数据表配置和生成FPGAROM IP核；
S13)调用和配置FPAG乘法器IP；
S14)输入调制方式，根据FPGAROMIP的配置用DDS方法产生调制信号；
S15)用FPAG乘法器把调制信号搬移到FPGA配置的载波上，并输出；
S2)接收模式步骤；
S21)从CODEC模块获取中频数字信号，调用和配置FPGA滤波器IP核，对中频数字信号进行滤波并获取处理后的载波信号S(n)；
S22)编写Matlab文件并生成正弦和余弦正交信号数据表，用正弦和余弦数据表配置和生成FPGA ROM IP核，并生成正弦信号sin(ωcn)和余弦信号cos(ωcn)，其中ωc为中心频率；
S23)调用和配置FPAG乘法器IP，并实行以下计算：
I(n)＝S(n)×cos(ωcn)
Q(n)＝S(n)×sin(ωcn)，
其中I(n)为S(n)的I路信号，Q(n)为S(n)的Q路信号；
S24)实行以下计算：
S25)选择解码函数DC()；
S26)执行解码运算DC(m(n))，执行解压缩去压扩处理后恢复信号。
在又一实施例中，所述的阵列硅麦模块是一个8路的阵列硅麦。所述的CODEC模块具有24bit高精度AD/DA接口，其中DA接口带有一级放大功能的输出接口。所述FPGA模块的固件功能还包括有音频数据的滤波处理、音频数据的压缩和解压处理、音频数据编码处理、合成调制信号、解调信号和调制变换，其中调制变换包含AM、FM、SSB、PM、FSK、GFSK、DS-SS调制技术。所述的射频模块包括有VCO、PLL、混频器以及可配置的频率和RX或者TX模式。所述的射频模块载波频率从100MHz到6GHz。所述的FPAG乘法器IP是FPGA一个可选功能包，执行乘法运算。所述的FPGA ROM IP核是FPGA一个可选功能包，执行查表功能。
本发明的有益效果是：本发明使用FPGA算法替代传统数传FSK、GFSK、OOK、DS-SS电路或者模拟调幅、调频调相电路。在产品生产方面：简化了无线音频传输的电路架构，发射端和接收端电路一致，便于产品的生产调试，降低对生产线工人的技术水平要求，提高组件通用性，极大提高生产效率。在产品应用场景方面：根据用户应用场景设置或者配置，用一套标准电路即可实现DS-SS调制模式的超远距离语音通信，又可实现模拟FM调制模式的低延迟、高品质音频和远距离的演唱会应用场景，还可以实现高带宽的HIFI级纯数字音频传输模式。用户使用一套产品就可以覆盖几乎所有的无线音频传输的场景需求。更近一步地，基于FPGA及其算法的架构电路简单，稳定性高，从100MHz到6GHz可变的载波频率和调制方式可以有效避免音频传输信号受到干扰。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种无线麦克风***，其特征在于，包括有：阵列硅麦模块、CODEC模块、FPGA模块和射频模块；
所述的阵列硅麦模块用于从多个方向把音频信号转换成电信号；
所述的CODEC模块用于把数字信号转换成电信号或者把电信号转换成数字信号，与所述的阵列硅麦模块连接；
所述的FPGA模块用于实现音频数字信号的处理、生成调制信号和解调信号，与所述的CODEC模块连接，其中音频数字信号是数字信号的子集；
所述的射频模块用于混频、发射和接收无线信号，与所述的FPGA模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种无线麦克风***，其特征在于，所述无线麦克风***的FPGA固件信号处理方法，包括步骤：
S1)发射模式步骤；
S11)拾取阵列硅麦数据，对数据进行噪声抑制、回声抑制、去混响处理、压扩和数据压缩处理；
S12)编写Matlab文件并生成余弦数据表，用余弦数据表配置和生成FPGA ROM IP核；
S13)调用和配置FPAG乘法器IP；
S14)输入调制方式，根据ROMIP的配置用DDS方法产生调制信号；
S15)用乘法器把调制信号搬移到FPGA配置的载波上，并输出；
S2)接收模式步骤；
S21)从CODEC模块获取中频数字信号，调用和配置FPGA滤波器IP核，对中频数字信号进行滤波并获取处理后的载波信号S(n)；
S22)编写Matlab文件并生成正弦和余弦正交信号数据表，用正弦和余弦数据表配置和生成FPGA ROM IP核，并生成正弦信号sin(ωcn)和余弦信号cos(ωcn)，其中ωc为中心频率；
S23)调用和配置FPAG乘法器IP，并实行以下计算：
I(n)＝S(n)×cos(ωcn)
Q(n)＝S(n)×sin(ωcn)，
其中I(n)为S(n)的I路信号，Q(n)为S(n)的Q路信号；
S24)实行以下计算：
S25)选择解码函数DC()；
S26)执行解码运算DC(m(n))，执行解压缩去压扩处理后恢复信号。
3.根据权利要求1所述的一种无线麦克风***，其特征在于，所述的阵列硅麦模块是一个8路的阵列硅麦。
4.根据权利要求1所述的一种无线麦克风***，其特征在于，所述的CODEC模块具有24bit高精度AD/DA接口，其中DA接口带有一级放大功能的输出接口。
5.根据权利要求1所述的一种无线麦克风***，其特征在于，所述FPGA模块的固件功能还包括有音频数据的滤波处理、音频数据的压缩和解压处理、音频数据编码处理、合成调制信号、解调信号和调制变换，其中调制变换包含AM、FM、SSB、PM、FSK、GFSK、DS-SS调制技术。
6.根据权利要求1所述的一种无线麦克风***，其特征在于，所述的射频模块包括有VCO、PLL、混频器以及可配置的频率和RX或者TX模式。
7.根据权利要求1所述的一种无线麦克风***，其特征在于，所述的射频模块载波频率从100MHz到6GHz。
8.根据权利要求2所述的无线麦克风***的FPGA固件信号处理方法，其特征在于，所述的FPAG乘法器IP是FPGA一个可选功能包，执行乘法运算。
9.根据权利要求2所述的无线麦克风***的FPGA固件信号处理方法，其特征在于，所述的FPGA ROM IP核是FPGA一个可选功能包，执行查表功能。
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