本發(fā)明涉及語音對講領(lǐng)域，特別涉及一種基于lora技術(shù)的語音對講裝置及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的對講機(jī)分為模擬對講機(jī)、數(shù)字對講機(jī)以及ip對講機(jī)，這些方式都存在如下一些缺點：

1、體積大（一般都在110x60x30mm），待機(jī)時間短；

2、功耗高（發(fā)射功率在1w以上，接收功率在150mw），寬帶的利用率低。

對于ip對講機(jī)，在沒有ip或手機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場景中無法使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于lora技術(shù)的語音對講裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有對講設(shè)備功率高、待機(jī)時間短、寬帶利用率低的問題。

本發(fā)明提供一種基于lora技術(shù)的語音對講裝置，包括網(wǎng)關(guān)和節(jié)點，所述網(wǎng)關(guān)與節(jié)點之間通過通信連接，所述網(wǎng)關(guān)為lora網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器集合一體的設(shè)備，所述節(jié)點為lora對講設(shè)備，所述網(wǎng)關(guān)包括網(wǎng)關(guān)微控制器、網(wǎng)關(guān)lora射頻模塊、網(wǎng)關(guān)電源模塊，所述網(wǎng)關(guān)lora射頻模塊、網(wǎng)關(guān)電源模塊分別與網(wǎng)關(guān)微控制器連接，所述節(jié)點包括節(jié)點微控制器、節(jié)點lora射頻模塊、節(jié)點電源模塊、播放模塊、音頻編解碼器，所述節(jié)點lora射頻模塊、節(jié)點電源模塊、播放模塊、錄入模塊、音頻編解碼器分別與節(jié)點微控制器連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述網(wǎng)關(guān)還包括音頻編解碼器、播放模塊、錄入模塊，所述音頻編解碼器、播放模塊、錄入模塊分別與網(wǎng)關(guān)微控制器連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述播放模塊包括功放、喇叭，所述錄入模塊包括麥克風(fēng)。

本發(fā)明還提供一種基于lora技術(shù)的語音對講方法，包括以下步驟：

s1.對所有節(jié)點進(jìn)行通話編組；

s2.生成音頻數(shù)據(jù)：錄入模塊收到音頻模擬信號，進(jìn)入音頻編解碼器進(jìn)行編碼，編碼后經(jīng)過音頻流壓縮算法進(jìn)行壓縮，生成一幀幀壓縮音頻數(shù)據(jù)并發(fā)送到節(jié)點；

s3.節(jié)點發(fā)送語音：向網(wǎng)關(guān)發(fā)送包含了音頻數(shù)據(jù)的“發(fā)起組語音請求”，并打開連續(xù)的接收窗口；

s4.網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)語音：接收到節(jié)點的“發(fā)起組語音請求”并回復(fù)請求允許之后，以組播的方式將音頻數(shù)據(jù)發(fā)出給其他節(jié)點；

s5.節(jié)點接聽語音：打開連續(xù)的接收窗口接聽語音；

s6.播放音頻數(shù)據(jù)：將收到的音頻數(shù)據(jù)通過與壓縮算法對應(yīng)的解壓算法解壓，再通過音頻編解碼器將數(shù)據(jù)解碼成模擬信號通過播放模塊播放。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s2包括：

s21.向網(wǎng)關(guān)發(fā)送包含了音頻數(shù)據(jù)的“發(fā)起組語音請求”；

s22.判斷網(wǎng)關(guān)是否在設(shè)定時間內(nèi)回復(fù)，若節(jié)點超時未收到對請求的允許，則返回步驟s21，若節(jié)點在規(guī)定時間內(nèi)收到回復(fù)，則執(zhí)行s23；

s23.節(jié)點判斷網(wǎng)關(guān)對“發(fā)起組語音請求”的反饋信息，若反饋為拒絕請求，則進(jìn)入“接聽模式”；若反饋為允許請求，則進(jìn)入“發(fā)送模式”，并執(zhí)行步驟s24；

s24.編碼語言數(shù)據(jù)并壓縮發(fā)送；

s25.判斷語言數(shù)據(jù)是否發(fā)送結(jié)束，若發(fā)送未結(jié)束，則返回步驟s24；若發(fā)送結(jié)束，發(fā)送結(jié)束標(biāo)志到網(wǎng)關(guān)，退出“發(fā)送模式”，進(jìn)入“監(jiān)聽模式”。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3還包括以下步驟：

s31.接收到節(jié)點的“發(fā)起組語音請求”，判斷當(dāng)前編組中是否有節(jié)點正在發(fā)送音頻，若有則反饋拒絕請求；若無則反饋允許請求，則執(zhí)行步驟s32；

s32.網(wǎng)關(guān)判斷是否在設(shè)定時間內(nèi)收到節(jié)點的語言數(shù)據(jù)，若超時則通過組播轉(zhuǎn)發(fā)語言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志給編組內(nèi)的其他節(jié)點，若未超時，則執(zhí)行步驟s33；

s33.網(wǎng)關(guān)判斷是否收到節(jié)點發(fā)送的語言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，若未收到則返回步驟s32，若收到則通過組播轉(zhuǎn)發(fā)語言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志給編組內(nèi)的其他節(jié)點。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4包括以下步驟：

s41.節(jié)點進(jìn)入“監(jiān)聽模式”，間隔固定時間打開一次接收窗；

s42.判斷是否有語言需要接收，若無則返回步驟s41；若有則進(jìn)入“接聽模式”，打開連續(xù)的接收窗口，并執(zhí)行步驟s43;

s43.接收語言數(shù)據(jù)，并解碼播放；

s44.判斷是否收到語言結(jié)束標(biāo)志，若未收到則執(zhí)行步驟s43；若收到則退出“接聽模式”，關(guān)閉連續(xù)的接收窗口，并重復(fù)步驟s41。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1具體為：

s11.對所有節(jié)點進(jìn)行通話編組，組與組之間使用不同的秘鑰對音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，節(jié)點采用半雙工的通信方式。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所有節(jié)點使用網(wǎng)關(guān)的信標(biāo)來同步時間，并且所有節(jié)點采用基于信標(biāo)的同一接收偏移時間。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用lora通訊技術(shù)加audiocodec（音頻編解碼器），利用lora的低功耗、長距離以及低價格特點，解決現(xiàn)有對講機(jī)體積大，待機(jī)時間短的問題；使用隨機(jī)跳頻的方式來提高帶寬利用率；使用分組秘鑰加密的方式保證了語音的安全性；并且使用低采樣率、低精度、高壓縮比的方式，在保證語音信息有效傳遞的同時減少帶寬占用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于lora技術(shù)的語音對講裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種基于lora技術(shù)的語音對講方法中節(jié)點發(fā)送語音流程圖；

圖3是本發(fā)明一種基于lora技術(shù)的語音對講方法中網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)語音流程圖；

圖4是本發(fā)明一種基于lora技術(shù)的語音對講方法中節(jié)點接聽語音流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例一：

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于lora技術(shù)的語音對講裝置，包括網(wǎng)關(guān)1和節(jié)點2，網(wǎng)關(guān)1與節(jié)點2之間通過通信連接，網(wǎng)關(guān)1為lora網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器集合一體的設(shè)備，節(jié)點2為lora對講設(shè)備，網(wǎng)關(guān)1包括網(wǎng)關(guān)微控制器11、網(wǎng)關(guān)lora射頻模塊12、網(wǎng)關(guān)電源模塊13，網(wǎng)關(guān)lora射頻模塊12、網(wǎng)關(guān)電源模塊13分別與網(wǎng)關(guān)微控制器11連接，節(jié)點2包括節(jié)點微控制器21、節(jié)點lora射頻模塊22、節(jié)點電源模塊23、播放模塊4、音頻編解碼器3，節(jié)點lora射頻模塊22、節(jié)點電源模塊23、播放模塊4、錄入模塊5、音頻編解碼器3分別與節(jié)點微控制器21連接。

網(wǎng)關(guān)1還包括音頻編解碼器3、播放模塊4、錄入模塊5，音頻編解碼器3、播放模塊4、錄入模塊5分別與網(wǎng)關(guān)微控制器11連接。如果場景中需要移動式可對講網(wǎng)關(guān)，可以在網(wǎng)關(guān)中加入音頻編解碼器3、功放、喇叭、麥克風(fēng)和電池，使網(wǎng)關(guān)也具有對講功能，并且可以隨身攜帶。

播放模塊4包括功放、喇叭，所述錄入模塊5包括麥克風(fēng)。功放、喇叭用于播放節(jié)點的音頻，而麥克風(fēng)用于錄入音頻到節(jié)點。

lora通訊技術(shù)加音頻編解碼器3，利用lora的低功耗、長距離以及低價格特點，解決現(xiàn)有對講機(jī)體積大，待機(jī)時間短的問題。

在野外或海上作業(yè)時，可以將lora對講機(jī)做成耳麥的方式，它的體積小，極大解放了作業(yè)員的雙手；并且功耗低、待機(jī)時間長，不用為不方便充電而擔(dān)憂；它的低成本優(yōu)勢可以在這些應(yīng)用領(lǐng)域更好的普及。

實施例二：

本發(fā)明的一種基于lora技術(shù)的語音對講方法，包括以下步驟：

s1.對所有節(jié)點進(jìn)行通話編組；

s2.生成音頻數(shù)據(jù)：錄入模塊收到音頻模擬信號，進(jìn)入音頻編解碼器進(jìn)行編碼，編碼后經(jīng)過音頻流壓縮算法進(jìn)行壓縮，生成一幀幀壓縮音頻數(shù)據(jù)并發(fā)送到節(jié)點；

s3.節(jié)點發(fā)送語音：向網(wǎng)關(guān)發(fā)送包含了音頻數(shù)據(jù)的“發(fā)起組語音請求”，并打開連續(xù)的接收窗口；

s4.網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)語音：接收到節(jié)點的“發(fā)起組語音請求”并回復(fù)請求允許之后，以組播的方式將音頻數(shù)據(jù)發(fā)出給其他節(jié)點；

s5.節(jié)點接聽語音：打開連續(xù)的接收窗口接聽語音；

s6.播放音頻數(shù)據(jù)：將收到的音頻數(shù)據(jù)通過與壓縮算法對應(yīng)的解壓算法解壓，再通過音頻編解碼器將數(shù)據(jù)解碼成模擬信號通過播放模塊播放。

其中，步驟s1具體為：

s11.對所有節(jié)點進(jìn)行通話編組，組與組之間使用不同的秘鑰對音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以此防止跨組偷聽，保證了語音的安全性。

節(jié)點采用半雙工的通信方式，即同時只能作為接收方或發(fā)送方一種角色。

所有節(jié)點使用網(wǎng)關(guān)的信標(biāo)來同步時間，并且所有節(jié)點采用基于信標(biāo)的同一接收偏移時間。

由于此對講系統(tǒng)主要采用人聲語音，因此音頻采用低采樣率低精度采樣，并且使用高壓縮比壓縮算法，這樣可以有效減少lora帶寬占用。

實施例三：

如圖2所示，在實施例二的基礎(chǔ)上，步驟s2包括：

s21.向網(wǎng)關(guān)發(fā)送包含了音頻數(shù)據(jù)的“發(fā)起組語音請求”；

s22.判斷網(wǎng)關(guān)是否在設(shè)定時間內(nèi)回復(fù)，若節(jié)點超時未收到對請求的允許，則返回步驟s21，若節(jié)點在規(guī)定時間內(nèi)收到回復(fù)，則執(zhí)行s23；

s23.節(jié)點判斷網(wǎng)關(guān)對“發(fā)起組語音請求”的反饋信息，若反饋為拒絕請求，則進(jìn)入“接聽模式”；若反饋為允許請求，則進(jìn)入“發(fā)送模式”，并執(zhí)行步驟s24；

s24.編碼語言數(shù)據(jù)并壓縮發(fā)送；

s25.判斷語言數(shù)據(jù)是否發(fā)送結(jié)束，若發(fā)送未結(jié)束，則返回步驟s24；若發(fā)送結(jié)束，發(fā)送結(jié)束標(biāo)志到網(wǎng)關(guān)，退出“發(fā)送模式”，進(jìn)入“監(jiān)聽模式”。

“監(jiān)聽模式”為間隔1秒打開一次短接收窗口，以此監(jiān)聽當(dāng)前節(jié)點所在的組是否有對講語音，是否需要接聽語音；

“發(fā)送模式”為節(jié)點只能作為發(fā)送方角色的模式；

“接聽模式”為節(jié)點只能作為接收方角色的模式。

如果當(dāng)前節(jié)點期望發(fā)送語音數(shù)據(jù)（“講話”）到指定組，需要確認(rèn)當(dāng)前并不在“接聽模式”，然后向網(wǎng)關(guān)發(fā)送“發(fā)起語音請求”（其中包含了組信息），并且打開連續(xù)的接收窗口。此時有三種可能：

1.節(jié)點接收到網(wǎng)關(guān)對請求的拒絕，說明有語音需要接聽，此時進(jìn)入“接聽模式”；

2.節(jié)點在超時時間內(nèi)沒有收到對請求的允許，那么再次發(fā)送“發(fā)起語音請求”；

3.如果此節(jié)點收到網(wǎng)關(guān)的對請求的允許，則開始發(fā)送語音，當(dāng)發(fā)送結(jié)束時，要主動的發(fā)送結(jié)束標(biāo)志到網(wǎng)關(guān)退出“發(fā)送模式”，此時回到“監(jiān)聽模式”。

實施例四：

如圖3所示，在實施例一的基礎(chǔ)上，步驟s3還包括以下步驟：

s31.接收到節(jié)點的“發(fā)起組語音請求”，判斷當(dāng)前編組中是否有節(jié)點正在發(fā)送音頻，若有則反饋拒絕請求；若無則反饋允許請求，則執(zhí)行步驟s32；

s32.網(wǎng)關(guān)判斷是否在設(shè)定時間內(nèi)收到節(jié)點的語言數(shù)據(jù)，若超時則通過組播轉(zhuǎn)發(fā)語言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志給編組內(nèi)的其他節(jié)點，若未超時，則執(zhí)行步驟s33；

s33.網(wǎng)關(guān)判斷是否收到節(jié)點發(fā)送的語言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，若未收到則返回步驟s32，若收到則通過組播轉(zhuǎn)發(fā)語言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志給編組內(nèi)的其他節(jié)點。

對于網(wǎng)關(guān)來說，接收到某個節(jié)點的“發(fā)起組語音請求”并且回復(fù)請求允許之后，會以組播的方式將音頻數(shù)據(jù)發(fā)出。如果一段時間沒有收到當(dāng)前節(jié)點的任何數(shù)據(jù)，并且這個時間超過了限定的超時時間，那么網(wǎng)關(guān)會主動將語音數(shù)據(jù)結(jié)束的標(biāo)志通過組播發(fā)送給其他節(jié)點，并且網(wǎng)關(guān)會忽略超時節(jié)點后續(xù)的數(shù)據(jù)發(fā)送，直到該節(jié)點再次發(fā)送“發(fā)起組語音請求”。

實施例五：

如圖4所示，在實施例一的基礎(chǔ)上，步驟s4包括以下步驟：

s41.節(jié)點進(jìn)入“監(jiān)聽模式”，間隔固定時間打開一次接收窗；

s42.判斷是否有語言需要接收，若無則返回步驟s41；若有則進(jìn)入“接聽模式”，打開連續(xù)的接收窗口，并執(zhí)行步驟s43;

s43.接收語言數(shù)據(jù)，并解碼播放；

s44.判斷是否收到語言結(jié)束標(biāo)志，若未收到則執(zhí)行步驟s43；若收到則退出“接聽模式”，關(guān)閉連續(xù)的接收窗口，并重復(fù)步驟s41。

在監(jiān)聽模式中的節(jié)點，如果有語音數(shù)據(jù)需要接聽，則進(jìn)入“接聽模式”，此時打開連續(xù)的接收窗口來接聽語音，直到收到語音結(jié)束的標(biāo)志。接收語音結(jié)束后需要關(guān)閉連續(xù)的接收窗口，退出“接聽模式”，再次進(jìn)入“監(jiān)聽模式”。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1、對講機(jī)體積可以做到更小（可以做到“40mmx30mmx20mm”）；

2、功耗更低（發(fā)射功率在200mw以下，接收功率在30mw以下，由于間隔1秒打開一次短接收窗口的方式，平均接收功率在1mw以下）；

3、設(shè)備組成更為簡單，生產(chǎn)更便捷；

4、成本更低。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。