一种部队野战数字音响的信号处理方法及系统

摘要

本发明公开了一种部队野战数字音响的信号处理方法及系统，该系统包括主机信号发送和副机信号接收系统，前者同时无线发射两路信号，为受辐射干扰和调制作用而产生背景噪声信号的副机音频信号和受相同作用所产生的背景噪声信号，两路信号分别经过模/数转换后输出两路数字信号，两路数字信号经过加密打包处理后进行无线发送；副机部分同时无线接收主机发送的两路数字信号，两路数字信号经过解密拆包处理后经由数/模转换后输出经还原的副机音频和背景噪声信号，副机音频和背景噪声信号在副机信号接收系统中滤除副机音频信号中的背景噪声信号得到滤除噪声的副机音频信号。本发明所述方法及系统有效解决了信号无线发送的保密性弱和抗干扰性差的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及广播领域，尤其是涉及一种部队野外作训时使用的数字音响设备在进行无线联机时所采用的信号处理方法及能够实现该方法的信号处理系统。

背景技术

申请号为200820127027.7、公告号为CN201226520的中国专利部队野战数字音响，其包括主机和采用有线或者无线联机模式接收主机信号的副机，其中，在无线联机模式中，主机音频控制单元将经过音效处理的音频信号输出至无线发射单元，并由无线发射单元将该音频信号经过2.4GHz的无线通讯发射至副机。

在现有的音响系统中，在上述的无线发射和接收过程中，多数采用直接传输模拟信号的处理方式，该种传输方式在抗干扰和保密方面的效果不理想，如果再配合120dB的高灵敏度放音设备，则被辐射干扰和调制的中频铃声背景噪声信号也会被放的很大声，噪声的处理会非常棘手，通常不能达到理想的效果。

发明内容

本发明的一个目的在于解决现有信号发送方式存在的不利于音频信号的抗干扰和保密的缺陷，提供一种保密性强、又可以有效提高信噪比的信号处理方法。

本发明采用的技术方案为：一种部队野战数字音响的信号处理方法，主机部分同时无线发射两路信号，分别为受辐射干扰和调制作用而产生背景噪声信号的副机音频信号和受相同辐射干扰和调制作用所产生的背景噪声信号，两路信号分别经过模/数转换后输出与之相对应的副机数字音频信号和背景数字噪声信号，两路数字信号经过加密打包处理后进行无线发送；副机部分同时无线接收主机发送的两路数字信号，两路数字信号经过解密拆包处理后经由数/模转换后输出经还原的所述副机音频信号和背景噪声信号，副机音频信号和背景噪声信号在副机中滤除副机音频信号中的背景噪声信号得到滤除噪声的副机音频信号。

本发明的另一个目的是提供一种可以实现上述信号处理方法的信号处理系统。

一种部队野战数字音响的信号处理系统，包括主机信号发送系统和副机信号接收系统；其中，所述主机信号发送系统包括：

主机微控制单元，输出音量控制信号和时钟信号；

主机音频处理单元，包括音响源输入端口和音频信号输出端；所述主机音频处理单元对从音响源输入端口输入的音响源的处理方式和处理频率分别受主机微控制单元输出的音量控制信号和时钟信号控制；所述音频信号输出端输出已处理的音频信号；以及，

无线发射单元，包括顺次连接的音频模/数转换单元、加密打包微处理器单元和2.4GHz高频发射单元；以所述已处理的音频信号为基础的副机音频信号输入至音频模/数转换单元的一个转换声道，将被辐射干扰和调制产生背景噪声信号的音频信号转换为副机数字音频信号，音频模/数转换单元的另一个转换声道经过一个电阻后直接接地，将被相同辐射干扰和调制所产生的背景噪声信号转换为背景数字噪声信号；

副机信号发送系统包括：

无线接收单元，包括接收经高频发射的副机数字音频信号和背景数字噪声信号的2.4GHz高频接收单元，将接收到的信号进行解包拆包的解包拆包微处理器单元，以及将解包拆包的数字信号还原为副机音频信号和背景噪声信号的数/模转换单元；以及，

平衡放大单元，为具有高共模抑制比的差分放大电路，所述被还原的副机音频信号和背景噪声信号分别输入至差分放大电路的两个输入端，将组成共模信号的副机音频信号中的背景噪声信号和背景噪声信号滤除。

优选地，所述主机信号发送系统还包括一个缓冲放大单元，所述已处理的音频信号输入至缓冲放大单元进行驱动放大得到所述的副机音频信号。

优选地，所述无线发射单元还包括一个主机信号连接器，所述主机信号连接器提供无线发射单元的对外端口，所述对外端口包括工作电源输入端口、左声道输入端口和右声道输入端口，其中，所述左声道输入端口接收所述副机音频信号，所述右声道输入端口接收所述的背景噪声信号，主机信号连接器的与左声道输入端口和右声道输入端口相对应的输出端口分别与音频模/数转换单元的两个转换声道连通；所述主机微控制单元还输出发射电源开关信号，通过工作电源输入端口控制无线发射单元是否将副机音频信号和背景噪声信号输出至音频模/数转换单元。

优选地，所述主机信号发送系统还包括发射电源单元和电子开关，主机微控制单元还输出发射电源开关信号控制电子开关的状态，所述电子开关控制发射电源单元输出的电压值，所述发射电源单元的输出输入至主机信号连接器的工作电源输入端口。

本发明的有益效果为：一方面，采用无线传输数字信号并进行加密的方式有效增强音频信号的保密性和抗干扰性；另一方面，在对数字音频信号进行加密打包并通过高频模组进行发射时，会对周围电路产生影响，使有用的副机音频信号受到辐射干扰和调制的作用而产生中频背景噪声信号，本发明通过采用同时发射两路信号的方式有效解决该问题。

附图说明

图1是本发明所述部队野战数字音响的信号处理系统的主要结构示意图；

图2是所述部队野战数字音响的信号处理系统的主机部分的具体实现电路图；

图3是所述部队野战数字音响的信号处理系统的副机部分的具体实现电路图。

具体实施方式

如图1所示，部队野战数字音响的信号处理系统包括主机信号发送系统10和副机信号接收系统20。主机信号发送系统10的无线发射单元16同时发射两路信号，分别为受辐射干扰和调制作用而产生背景噪声信号的副机音频信号a1和受相同辐射干扰和调制作用所产生的背景噪声信号n1，两路信号分别输入至音频模/数转换单元TX3进行模/数转换后输出与之相对应的副机音频数字信号和背景噪声音频数字信号，两路数字信号经过加密打包微处理器单元TX1的加密打包处理后输入至2.4GHz高频发射单元TX2进行无线发送。副机信号接收系统20的无线接收单元27通过其2.4GHz高频接收单元RX2同时接收从主机信号发送系统10发送来的两路数字信号，两路数字信号经过解包拆包微处理器单元RX1的解密拆包处理后输入至数/模转换单元RX3进行数/模转换，还原输出副机音频信号a1和背景噪声信号n1，两路模拟信号在副机中经过平衡放大单元22的处理后，过滤出所述的背景噪声信号n1。

如图2所示，主机信号发送系统10的主机微控制单元11的3个输出端口分别输出发射电源开关信号TXPW、音量控制信号VOLDATA和时钟信号VOLCLK。主机音频处理单元13包括音频处理器U1及相应的外围电路，音频处理器U1的时钟信号端CLK接收时钟信号VOLCLK，数据接收端DATA接收音量控制信号VOLDATA，待进行无线发送的音响源输入至主机音频处理单元13的音响源输入端口，音频处理器U1对输入的音响源根据音量控制信号VOLDATA完成对其音量大小、重低音、低音和高音等的控制，如音响源包括电台音频信号TUNER、播放器信号MP3IN和卫星信号WXIN，三种音响源信号通过音响源输入端口分别经过电阻和电容组成的滤波电路后输入至音频处理器U1的第一右声道输入端口RIN1、第二右声道输入端口RIN2和第三右声道输入端口RIN3；音频处理器U1的右声道输出端口RFOUT作为主机音频处理单元13的音频信号输出端输出已处理的音频信号a0；音频处理器U1的模拟地端口AGND和数字地端口DGND分别直接接地；一电压转换电路的输出接音频处理器U1的工作电源输入端口VDD，所述电压转换电路可以为外界输入电压，如12V，顺次经电阻7R87和电阻7R86后分别经电容7C37、电容7C27和稳压管7D1接地，稳压管7D1两端的电压为电压转换电路的输出，在此，本领域的技术人员应当知道，可采用任何能够实现符合转换关系的高低压转换电路；在本实施例中，所述音频处理器U1可以选择PT2313L型号，由于本发明的创新点在于对从主机音频处理单元13输出的音频信号a0无线发送至副机信号接收系统20时的处理方式，而不在于对主机音频处理单元13对音响源信号如何进行音量和音效调节的方式，因此，在此不具体介绍音频处理器U1的其它端口的连接方式，均可以采用惯常的连接方式。

主机音频处理单元13输出的音频信号a0可以先经过缓冲放大单元12后输出至无线发射单元16。所述缓冲单元12包括运算放大器U3和相应的外围电路，其中，运算放大器U3的外围电路可以采用如下连接方式，运算放大器U3的电源端接电源VCC6，电源VCC6经电阻7R46后经电阻7R48和电容7C29的并联电路后接地，缓冲单元12的输入端(音频信号a0从该端输入缓冲放大单元12)经电容7C9后一路经电容7C10和7R47与电阻7R46的低电位点电连接，另一路经电阻7R38接地，运算放大器U3的正输入端与电容7C10和电阻7R47之间的电位点电连接；运算放大器U3的负输入端经电容7C8和电阻7R37后接地；运算放大器U3的输出端经电阻7R36和电容7C58的并联电路后反馈至运算放大器U3的负输入端；运算放大器U3的输出端经电容7C14后一路经电阻7R111接地，另一路经电阻7R58后一路经电容7C60和电阻7R57的并联电路后接地，另一路作为缓冲放大单元12的输出，即缓冲放大单元12输出待通过无线发射单元16发送至副机信号接收系统20的副机音频信号a1。音频信号a0在进行模/数转换之间先经过缓冲放大单元12处理，使其得到驱动放大，得到更加适合进行模/数转换的副机音频信号a1。

无线发射单元16包括音频模/数转换单元TX3、加密打包微处理器单元TX1和2.4GHz高频发射单元TX2。无线发射单元16的对外端口包括工作电源输入端口Vin、左声道输入端口L-IN和右声道输入端口R-IN，无线发射单元16可以通过一个主机信号连接器TX4提供上述端口，即通过主机信号连接器TX4将副机音频信号a1等选通入无线发射单元16中进行处理。缓冲放大单元12输出的副机音频信号a1经过电阻7R45后输入至左声道输入端口L-IN，副机音频信号a1被主机信号连接器TX4选通输出后经过音频模/数转换单元TX3将副机音频信号转换为副机数字音频信号，副机数字音频信号经过加密打包微处理器单元TX1进行加密打包后输出至2.4GHz高频发射单元TX2进行发射，在此，由于副机数字音频信号采用经过加密打包再由高频发射模组进行发射的发送方式，由于发射功率相对较大，对周围电路会产生辐射干扰和调制，因此会产生中频铃声背景噪声信号，影响信噪比，本发明采用主机信号发送系统10同时无线发送两路信号的方式解决该问题，采用将无线发射单元16的右声道输入端口R-IN经过电阻7R44后接地，该通道在从左声道输入端口L-IN输入的副机音频信号由于辐射干扰和调制的作用而产生背景噪声信号时，也会产生等量的背景噪声信号n1，因为二路信号所处的外围环境相同，因此，背景噪声信号n1将与副机音频信号a1(实际上包括背景噪声信号n1)分成两路，同时通过主机信号连接器TX4输入至音频模/数转换单元TX3进行模/数转换，在此音频模/数转换单元TX3可以选择立体声二转换声道的转换芯片，如型号为AKM5357的转换芯片，对分别通过其两个声道输入的副机音频信号a1和背景噪声信号n1进行转换处理，转换后进行后续的加密打包处理，最终经过高频发射。

主机信号连接器TX4的工作电源由发射电源单元15的输出提供，发射电源单元13包括发射电源模块U2及其外围电路。外部电源，如12V，一个支路经过电感7L1后经电容7C38和电容7C39的并联电路接地，电容7C38和电容7C39两端的电压输入至发射电源模块U2的电源输入端口IN，另一个支路经过电阻7R99和电阻7R18后接地，电阻7R18的高电位点与发射电源模块U2的开关端口ON/OFF电连接，并与一电子开关14的输出端电连接；发射电源模块U2的输出端口OUT输出的电压经过由二极管、电感和电容等组成的输出端电路后作为发射电源单元15的输出接入无线发射单元16的工作电源输入端口Vin，如无线发射单元16需要3.3V的工作电压，则发射电源模块U2的输出端电路需要提供3.3V的输出电压，发射电源模块U2可以选择LM2576型号，在此输出端电路可以采用惯常的输出端电路，由于该部分不是本发明改进的重点内容，因此不予具体介绍。

所述电子开关14由主机微控制单元11的发射电源开关信号TXPW控制，电子开关14可以包括三极管7Q1，发射电源开关信号TXPW经电阻7R3后经电阻7R17和电容7C39的并联电路接地，电容7C39的输出与三极管7Q1的基极电连接，三极管7Q1的集电极作为电子开关14的输出端与电阻7R18的高电位点电连接，如果主机微控制单元11输出的发射电源开关信号TXPW为高电平，则三极管7Q1导通，电阻7R18两端的电压接近0V，发射电源模块U2工作，如果发射电源开关信号TXPW为低电平，则三极管7Q1截至，电阻7R18两端的电压可以使发射电源模块U2不工作，即主机微控制单元11可以控制无线发射单元16是否发射副机音频信号a1。

对于副机信号接收系统20，如图3所示，包括与无线发射单元16相对应的无线接收单元27，无线接收单元27包括接收经高频发射的副机数字音频信号和背景数字噪声信号的2.4GHz高频接收单元RX2，将接收到的信号进行解包拆包的解包拆包微处理器单元RX1，以及将解包拆包的信号进行数/模转换的数/模转换单元RX3。无线接收单元27的对外端口包括右声道输出端口R-OUT、左声道输出端口L-OUT和工作电源输入端口Vin1，本实施例中通过副机信号连通器RX4提供上述端口。在此数/模转换单元RX3同样可以采用立体声二声道转换芯，如AKM4366型号，其输出的两路模拟信号，即被还原的副机音频信号a1和背景噪声信号n1分别经无线接收单元27的左声道输出端口L-OUT和右声道输出端口R-OUT输出，一电压转换电路的输出接入无线接收单元27的工作电源输入端口Vin1，该电压转换电路将外部电源，如5.6V，经电阻2R3后分别经稳压管2D2、电容2C1和电容2C2接地，稳压管2D2的输出作为电压转换电路的输出。

无线发射单元16输出的副机音频信号a1和背景噪声信号n1输入至平衡放大器单元22滤除背景噪声信号n1，所述平衡放大器单元可以采用具有高共模抑止比的差分放大电路，副机音频信号a1和背景噪声信号n1分别输入至差分放大电路的两个输入端，由于副机音频信号a1中的背景噪声信号与背景噪声信号n1为共模信号，因此在差分放大电路的输出信号中可以将副机音频信号a1中的背景噪声信号滤除，得到滤除噪声的副机音频信号，该信号依次经过混合放大单元23和电子音量控制单元24后，通过功率放大器25放大输出，其中，电子音量控制单元24接收副机微控制单元21的控制信号，根据需求对从混合放大单元23输出的音频信号进行音量控制。存储器26可以存储副机微控制单元21接收的当前操作指令(如操作者通过按键触发的音量控制指令)，供下次操作参考。

所述的平衡放大器单元包括差分放大器U4和其外围电路，外部电源VCC2经电阻2R23后分别经电阻2R24和电容2C20接地，背景噪声信号n1经电容2C24后第一支路经电阻2R10接地，第二支路经电容2C18接地，第三支路经电阻2R26、电容2C28和电阻2R27后与电容2C20的高电位点电连接，差分放大器U4的同相输入端与电容2C28和电阻2R27之间的电位点电连接；副机音频信号a1经电容2C25后第一支路经电容2C19接地，第二支路经电阻2R11接地，第三支路经电阻2R21和电容2C23后与差分放大器U4的反相输入端电连接；差分放大器U4的输出端经电容2C22后一支路形成平衡放大器单元的输出，另一支路经电阻2R22接地，差分放大器U4的输出经电阻2R25和电容2C9的并联电路反馈至差分放大器U4的反相输入端。在此，只是以举例的方式说明平衡放大器单元的结构，本领域的技术人员应该知道，只要能够将共模信号滤除的电路单元均可以作为本发明中的平衡放大器单元。

此外，上述实施方式并非是本发明所述的部队野战数字音响的处理方法及系统的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均属于本发明的保护范围。