專利名稱：一種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水下對講機(jī)的水下語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，屬于水聲通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，盡管數(shù)字語音技術(shù)在水下已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但由于水聲信道的通信帶寬有限及其時變、空變等特性的影響，要在水中進(jìn)行數(shù)字語音通信就必須對語音信息進(jìn)行壓縮和編碼，降低傳輸所需的比特率。傳統(tǒng)的水聲調(diào)制解調(diào)器成本高、功耗較高且體積大。一般的通信系統(tǒng)多采用FSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式，但因其設(shè)備復(fù)雜抗干擾能力差且誤碼率較高，并不適合語音的水下傳輸。所以，采用DPSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式比較合適。傳統(tǒng)的DPSK信號解調(diào)有兩種方法。一種是相干解調(diào)法，又稱極性比較-碼反變換法。它需要提取相干載波，最后通過碼反變換(去差分)器將相對碼變換成絕對碼。但此方式需要得到同頻同相的載波，這在實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜，成本也相對較高。另一種方法稱為相位比較法或差分解調(diào)法，采用這種方法不需要恢復(fù)本地載波，只需將DPSK信號延時一個碼元間隔，然后再與DPSK信號本身相乘。相乘的結(jié)果反映了前后碼元的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后可直接抽樣判決恢復(fù)出原始數(shù)字信息，該方法的實(shí)現(xiàn)較為簡單。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有水下對講機(jī)的體積大、功耗大、誤碼率較高以及實(shí)時性困難的問題，本發(fā)明提供了一種用于水下對講機(jī)的水下語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，該傳輸系統(tǒng)具有成本低、功耗小和效率高的特點(diǎn)，適合50米及以上的短距離水下作業(yè)時的語音實(shí)時傳輸，本發(fā)明在能水下連續(xù)工作100小時以上，在水聲通信方面具有良好的應(yīng)用前景。為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括用于發(fā)送和接受語音信號的麥克風(fēng)；與所述麥克風(fēng)相連接用于將語音信號轉(zhuǎn)換成語音數(shù)據(jù)流的A/D轉(zhuǎn)換器；用于對語音數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和解碼的聲碼器，所述聲碼器兩端分別為編碼器和解碼器，所述編碼器與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，將信源數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成信道數(shù)據(jù)；與所述聲碼器相連接并控制聲碼器工作的MCU核心處理器；與所述編碼器相連接用于將信道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DPSK信號的DPSK信號調(diào)制器；與DPSK信號調(diào)制器連接用于將已調(diào)制信號的電壓進(jìn)行放大的電壓放大器；用于發(fā)射和接收超聲波的超聲換能器；所述電壓放大器和超聲換能器之間設(shè)有一用于切換超聲換能器的發(fā)射、接收模式的電子切換開關(guān)；

用于接收超聲換能器的電信號進(jìn)行放大并連接電子切換開關(guān)的信號放大器；與信號放大器相連接用于將已放大的接收信號濾波的帶通濾波器；
與帶通濾波器相連接用于將已濾波的接收信號解調(diào)并與聲碼器的解碼器相連接的DPSK信號解調(diào)器；用于將聲碼器解碼輸出的信源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為語音數(shù)據(jù)流的D/A轉(zhuǎn)換器，所述的D/A轉(zhuǎn)換器與麥克風(fēng)相連接。進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述麥克風(fēng)為單通道的麥克風(fēng)。所述A/D轉(zhuǎn)換器采用16位A/D轉(zhuǎn)換芯片LTC1865。所述D/A轉(zhuǎn)換器采用16位D/A轉(zhuǎn)換芯片MAX5631。所述聲碼器為AMBE-1000聲碼器。所述MCU核心控制器采用單片機(jī)MSP430F149。所述DPSK信號調(diào)制器和DPSK信號解調(diào)器均采用CMX869芯片。所述電壓放大器和信號放大器均采用AD620芯片。所述超聲換能器的中心頻率為32kHz。所述電子切換開關(guān)采用⑶4051芯片，公共端口連接超聲換能器，兩個選擇端口分別連接電壓放大器和信號放大器。所述帶通濾波器采用MAX275芯片。本發(fā)明的有益 效果是本發(fā)明在整體設(shè)計(jì)上最大程度地減少了不可靠器件的使用數(shù)量，在語音壓縮編解碼部分用了集成編解碼芯片，在調(diào)制解調(diào)方面選用集成芯片，換能器選用市場上常用的小型防水收發(fā)一體換能器。本發(fā)明具有成本低、功耗小和效率高的特點(diǎn)，適合短距離水下作業(yè)時的語音實(shí)時傳輸。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖；圖3是本發(fā)明的后視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。首先在水下的一端，放置一套水聲語音實(shí)時傳輸裝置I。如圖1，該系統(tǒng)已經(jīng)放入水中。需要傳輸語音時，系統(tǒng)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器7對麥克風(fēng)8采集到的語音模擬信號進(jìn)行采樣，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換后得到的信源數(shù)據(jù)流傳送到聲碼器10中，聲碼器10兩端分別為編碼器和解碼器，編碼器對該數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)換成信道數(shù)據(jù)流，再送入DPSK信號調(diào)制器5。DPSK信號調(diào)制器5將信道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成DPSK電信號，即進(jìn)行DPSK調(diào)制。電壓放大器4對接收到的DPSK電信號進(jìn)行電壓放大。該信號通過電子切換開關(guān)3切換后，驅(qū)動超聲換能器2，超聲換能器2將電信號轉(zhuǎn)化為超聲波從水中發(fā)射出去。在水下另一端，將另一套水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)以同樣的方式放置在水下，超聲換能器2接收到水聲信道中的超聲波后，將聲波信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號再送入與之相連的信號放大器13，信號經(jīng)放大后，送入帶通濾波器12，帶通濾波器12可以濾除聲波在水下傳播過程中附加的環(huán)境噪聲以及其他無用的諧振頻率信號，保證電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦€(wěn)定的DPSK信號，并將DPSK信號送入DPSK信號解調(diào)器11，DPSK信號解調(diào)器11將DPSK信號轉(zhuǎn)換為信道數(shù)據(jù)，即完成了解調(diào)，解調(diào)后的信道數(shù)據(jù)送入聲碼器10中，聲碼器10的解碼器對數(shù)據(jù)解碼，還原成信源數(shù)據(jù)流，再通過D/A轉(zhuǎn)換器9還原成語音信號，通過耳機(jī)8播放。到此，本套系統(tǒng)完成了一次完整的通信過程。本發(fā)明涉及的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)的通信方式是半雙工通信。圖2所不為水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)的側(cè)視圖。水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)的實(shí)物包括一個單通道耳麥8，一個內(nèi)部封裝電路板和電池的主機(jī)14，一個用于發(fā)射和接收超聲波的超聲換能器2，在主機(jī)14的機(jī)身上有3個用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)的狀態(tài)指示燈15。其中，一個指示燈是電源指示燈，當(dāng)系統(tǒng)電源打開時，電源指示燈常亮，當(dāng)電池電量不足時，電源指示燈閃爍，提示需要充電；一個指示燈是數(shù)據(jù)傳輸指示燈，當(dāng)系統(tǒng)正在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作時，數(shù)據(jù)傳輸指示燈閃爍；一個指示燈是工作異常指示燈，由于本發(fā)明涉及的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)檢錯功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)大量錯誤時，工作異常指示燈閃爍，提示水下傳輸信道出現(xiàn)問題，不適于通信。圖3所不為水聲M ODEM的后視圖，實(shí)物的后面包括了耳麥插孔16和一個總電源開關(guān)17，耳麥插孔與機(jī)箱14內(nèi)的與語音處理器連接，構(gòu)成語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，即可用于水下
語首通/[目。為實(shí)現(xiàn)低成本低功耗的目的，本發(fā)明涉及的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)使用低功耗的AMBE-1000聲碼器作為語音信號處理核心，其MCU核心處理器采用低功耗單片機(jī)MSP430F149，使系統(tǒng)控制在低功耗的前提下也能夠保證其性能。語音編解碼方面，采用先進(jìn)多帶激勵語音壓縮編解碼技術(shù)，保證了語音信號傳輸?shù)膶?shí)時性。調(diào)制解調(diào)方面，使用了集成的DPSK調(diào)制芯片和解調(diào)芯片，既降低了對MCU性能的要求，也降低MCU成本，同時又提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定的工作。本發(fā)明涉及的水聲語音傳輸系統(tǒng)中，DPSK調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)選用CML公司生產(chǎn)的CMX869芯片。本發(fā)明涉及的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)采用DPSK的調(diào)制解調(diào)方式，分別使用O和π兩個相位分別表示傳號“I”和空號“O”。電壓放大器和信號放大器米用Analog Devices公司的AD620芯片。AD620是一款低成本的精密儀表放大器，通過外接一個上拉電阻可以實(shí)現(xiàn)增益控制，其增益可調(diào)范圍為I 10000 ;放大噪聲小，信號放大后不易失真；體積小、功耗低，因而非常適合應(yīng)用在電池供電的便攜式設(shè)備中。帶通濾波器電路的設(shè)計(jì)使用了 MAX275芯片。在通信系統(tǒng)調(diào)制場合，一般采用有源濾波器或者開關(guān)電容濾波器來實(shí)現(xiàn)。后者盡管速度、集成度、相對精度控制和微功耗等方面都有獨(dú)特的優(yōu)勢，但前者的輸出噪聲比開關(guān)電容濾波器低，動態(tài)特性更好，更適合去除信號中的雜波干擾。MAX275是MAXIM公司推出的模擬集成有源濾波器，由兩個二階單元組成，可以實(shí)現(xiàn)四階濾波器。其中心頻率范圍可達(dá)300KHZ，且在允許的溫度范圍內(nèi)，頻率精度可達(dá)土 1%以內(nèi)，總的諧波失真好于_89dB。此外，MAX275采用連續(xù)時間電路設(shè)計(jì)濾波器，則無時鐘混疊和時鐘噪聲現(xiàn)象。該濾波器可以用一個+5V的單電源電壓供電，或者一個±5V的雙電源供電,在電源上顯不出極大的可變性。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括 用于發(fā)送和接受語音信號的麥克風(fēng)； 與所述麥克風(fēng)相連接用于將語音信號轉(zhuǎn)換成語音數(shù)據(jù)流的A/D轉(zhuǎn)換器； 用于對語音數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和解碼的聲碼器，所述聲碼器兩端分別為編碼器和解碼器，所述編碼器與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，將信源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信道數(shù)據(jù)； 與所述聲碼器相連接并控制聲碼器工作的MCU核心處理器； 與所述編碼器相連接用于將信道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DPSK信號的DPSK信號調(diào)制器； 與DPSK信號調(diào)制器連接用于將已調(diào)制信號的電壓進(jìn)行放大的電壓放大器； 用于發(fā)射和接收超聲波的超聲換能器； 所述電壓放大器和超聲換能器之間設(shè)有一用于切換超聲換能器的發(fā)射、接收模式的電子切換開關(guān)； 用于接收超聲換能器的電信號進(jìn)行放大并連接電子切換開關(guān)的信號放大器； 與信號放大器相連接用于將已放大的接收信號濾波的帶通濾波器； 與帶通濾波器相連接用于將已濾波的接收信號解調(diào)并與聲碼器的解碼器相連接的DPSK信號解調(diào)器； 用于將聲碼器解碼輸出的信源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為語音數(shù)據(jù)流的D/A轉(zhuǎn)換器，所述的D/A轉(zhuǎn)換器與麥克風(fēng)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述麥克風(fēng)為單通道的麥克風(fēng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換器采用16位A/D轉(zhuǎn)換芯片LTC1865。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器采用16位D/A轉(zhuǎn)換芯片MAX5631。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述聲碼器為AMBE-1000聲碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述MCU核心控制器采用單片機(jī)MSP430F149。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述DPSK信號調(diào)制器和DPSK信號解調(diào)器均采用CMX869芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述電壓放大器和信號放大器均米用AD620芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述超聲換能器的中心頻率為32kHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述電子切換開關(guān)采用CD4051芯片，公共端ロ連接超聲換能器，兩個選擇端ロ分別連接電壓放大器和信號放大器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的ー種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng),其特征在于所述帶通濾波器采用MAX275芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于水下對講機(jī)的水聲語音實(shí)時傳輸系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)語音信號的實(shí)時采集、傳輸和播放。以AMBE-1000聲碼器為語音信號處理核心，使用低功耗的DPSK調(diào)制解調(diào)芯片和已量產(chǎn)化的小型收發(fā)一體式超聲波換能器。本發(fā)明成本低、功耗低、體積小、效率高，適合于水下對講機(jī)；采用先進(jìn)多帶激勵語音編解碼算法(AMBE)，保障語音信號的實(shí)時高效傳輸。
文檔編號H04B13/02GK103051389SQ201310002539
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者趙超慧, 湯一彬, 王斌, 高遠(yuǎn), 韓蘇, 陳秀云, 趙立新, 楊純, 朱昌平 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)