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

背景技術(shù)：

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

1、體積大（一般都在110x60x30mm），待機(jī)時(shí)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(duì)于ip對(duì)講機(jī)，在沒(méi)有ip或手機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場(chǎng)景中無(wú)法使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明提供一種基于lora技術(shù)的語(yǔ)音對(duì)講裝置，包括網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)，所述網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)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(diǎn)為lora對(duì)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(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)微控制器、節(jié)點(diǎn)lora射頻模塊、節(jié)點(diǎn)電源模塊、播放模塊、音頻編解碼器，所述節(jié)點(diǎn)lora射頻模塊、節(jié)點(diǎn)電源模塊、播放模塊、錄入模塊、音頻編解碼器分別與節(jié)點(diǎn)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(yǔ)音對(duì)講方法，包括以下步驟：

s1.對(duì)所有節(jié)點(diǎn)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(hào)，進(jìn)入音頻編解碼器進(jìn)行編碼，編碼后經(jīng)過(guò)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(diǎn)；

s3.節(jié)點(diǎn)發(fā)送語(yǔ)音：向網(wǎng)關(guān)發(fā)送包含了音頻數(shù)據(jù)的“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”，并打開(kāi)連續(xù)的接收窗口；

s4.網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)語(yǔ)音：接收到節(jié)點(diǎn)的“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”并回復(fù)請(qǐng)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(diǎn)；

s5.節(jié)點(diǎn)接聽(tīng)語(yǔ)音：打開(kāi)連續(xù)的接收窗口接聽(tīng)語(yǔ)音；

s6.播放音頻數(shù)據(jù)：將收到的音頻數(shù)據(jù)通過(guò)與壓縮算法對(duì)應(yīng)的解壓算法解壓，再通過(guò)音頻編解碼器將數(shù)據(jù)解碼成模擬信號(hào)通過(guò)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(yǔ)音請(qǐng)求”；

s22.判斷網(wǎng)關(guān)是否在設(shè)定時(shí)間內(nèi)回復(fù)，若節(jié)點(diǎn)超時(shí)未收到對(duì)請(qǐng)求的允許，則返回步驟s21，若節(jié)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到回復(fù)，則執(zhí)行s23；

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

s24.編碼語(yǔ)言數(shù)據(jù)并壓縮發(fā)送；

s25.判斷語(yǔ)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(tīng)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(diǎn)的“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”，判斷當(dāng)前編組中是否有節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送音頻，若有則反饋拒絕請(qǐng)求；若無(wú)則反饋允許請(qǐng)求，則執(zhí)行步驟s32；

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

s33.網(wǎng)關(guān)判斷是否收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送的語(yǔ)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(guò)組播轉(zhuǎn)發(fā)語(yǔ)言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志給編組內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)。

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(diǎn)進(jìn)入“監(jiān)聽(tīng)模式”，間隔固定時(shí)間打開(kāi)一次接收窗；

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

s43.接收語(yǔ)言數(shù)據(jù)，并解碼播放；

s44.判斷是否收到語(yǔ)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(tīng)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(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通話編組，組與組之間使用不同的秘鑰對(duì)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(diǎn)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(diǎn)使用網(wǎng)關(guān)的信標(biāo)來(lái)同步時(shí)間，并且所有節(jié)點(diǎn)采用基于信標(biāo)的同一接收偏移時(shí)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(zhǎng)距離以及低價(jià)格特點(diǎn)，解決現(xiàn)有對(duì)講機(jī)體積大，待機(jī)時(shí)間短的問(wèn)題；使用隨機(jī)跳頻的方式來(lái)提高帶寬利用率；使用分組秘鑰加密的方式保證了語(yǔ)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(yǔ)音信息有效傳遞的同時(shí)減少帶寬占用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于lora技術(shù)的語(yǔ)音對(duì)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(yǔ)音對(duì)講方法中節(jié)點(diǎn)發(fā)送語(yǔ)音流程圖；

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

圖4是本發(fā)明一種基于lora技術(shù)的語(yǔ)音對(duì)講方法中節(jié)點(diǎn)接聽(tīng)語(yǔ)音流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例一：

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于lora技術(shù)的語(yǔ)音對(duì)講裝置，包括網(wǎng)關(guān)1和節(jié)點(diǎn)2，網(wǎng)關(guān)1與節(jié)點(diǎn)2之間通過(guò)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(diǎn)2為lora對(duì)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(diǎn)2包括節(jié)點(diǎn)微控制器21、節(jié)點(diǎn)lora射頻模塊22、節(jié)點(diǎn)電源模塊23、播放模塊4、音頻編解碼器3，節(jié)點(diǎn)lora射頻模塊22、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(chǎng)景中需要移動(dòng)式可對(duì)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(duì)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(diǎn)的音頻，而麥克風(fēng)用于錄入音頻到節(jié)點(diǎn)。

lora通訊技術(shù)加音頻編解碼器3，利用lora的低功耗、長(zhǎng)距離以及低價(jià)格特點(diǎn)，解決現(xiàn)有對(duì)講機(jī)體積大，待機(jī)時(shí)間短的問(wèn)題。

在野外或海上作業(yè)時(shí)，可以將lora對(duì)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(shí)間長(zhǎng)，不用為不方便充電而擔(dān)憂；它的低成本優(yōu)勢(shì)可以在這些應(yīng)用領(lǐng)域更好的普及。

實(shí)施例二：

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

s1.對(duì)所有節(jié)點(diǎn)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(hào)，進(jìn)入音頻編解碼器進(jìn)行編碼，編碼后經(jīng)過(guò)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(diǎn)；

s3.節(jié)點(diǎn)發(fā)送語(yǔ)音：向網(wǎng)關(guān)發(fā)送包含了音頻數(shù)據(jù)的“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”，并打開(kāi)連續(xù)的接收窗口；

s4.網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)語(yǔ)音：接收到節(jié)點(diǎn)的“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”并回復(fù)請(qǐng)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(diǎn)；

s5.節(jié)點(diǎn)接聽(tīng)語(yǔ)音：打開(kāi)連續(xù)的接收窗口接聽(tīng)語(yǔ)音；

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

其中，步驟s1具體為：

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

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

所有節(jié)點(diǎn)使用網(wǎng)關(guān)的信標(biāo)來(lái)同步時(shí)間，并且所有節(jié)點(diǎn)采用基于信標(biāo)的同一接收偏移時(shí)間。

由于此對(duì)講系統(tǒng)主要采用人聲語(yǔ)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(shí)施例三：

如圖2所示，在實(shí)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(yǔ)音請(qǐng)求”；

s22.判斷網(wǎng)關(guān)是否在設(shè)定時(shí)間內(nèi)回復(fù)，若節(jié)點(diǎn)超時(shí)未收到對(duì)請(qǐng)求的允許，則返回步驟s21，若節(jié)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到回復(fù)，則執(zhí)行s23；

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

s24.編碼語(yǔ)言數(shù)據(jù)并壓縮發(fā)送；

s25.判斷語(yǔ)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(tīng)模式”。

“監(jiān)聽(tīng)模式”為間隔1秒打開(kāi)一次短接收窗口，以此監(jiān)聽(tīng)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所在的組是否有對(duì)講語(yǔ)音，是否需要接聽(tīng)語(yǔ)音；

“發(fā)送模式”為節(jié)點(diǎn)只能作為發(fā)送方角色的模式；

“接聽(tīng)模式”為節(jié)點(diǎn)只能作為接收方角色的模式。

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

1.節(jié)點(diǎn)接收到網(wǎng)關(guān)對(duì)請(qǐng)求的拒絕，說(shuō)明有語(yǔ)音需要接聽(tīng)，此時(shí)進(jìn)入“接聽(tīng)模式”；

2.節(jié)點(diǎn)在超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到對(duì)請(qǐng)求的允許，那么再次發(fā)送“發(fā)起語(yǔ)音請(qǐng)求”；

3.如果此節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)的對(duì)請(qǐng)求的允許，則開(kāi)始發(fā)送語(yǔ)音，當(dāng)發(fā)送結(jié)束時(shí)，要主動(dòng)的發(fā)送結(jié)束標(biāo)志到網(wǎng)關(guān)退出“發(fā)送模式”，此時(shí)回到“監(jiān)聽(tīng)模式”。

實(shí)施例四：

如圖3所示，在實(shí)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(diǎn)的“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”，判斷當(dāng)前編組中是否有節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送音頻，若有則反饋拒絕請(qǐng)求；若無(wú)則反饋允許請(qǐng)求，則執(zhí)行步驟s32；

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

s33.網(wǎng)關(guān)判斷是否收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送的語(yǔ)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(guò)組播轉(zhuǎn)發(fā)語(yǔ)言數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志給編組內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)。

對(duì)于網(wǎng)關(guān)來(lái)說(shuō)，接收到某個(gè)節(jié)點(diǎn)的“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”并且回復(fù)請(qǐng)求允許之后，會(huì)以組播的方式將音頻數(shù)據(jù)發(fā)出。如果一段時(shí)間沒(méi)有收到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的任何數(shù)據(jù)，并且這個(gè)時(shí)間超過(guò)了限定的超時(shí)時(shí)間，那么網(wǎng)關(guān)會(huì)主動(dòng)將語(yǔ)音數(shù)據(jù)結(jié)束的標(biāo)志通過(guò)組播發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)，并且網(wǎng)關(guān)會(huì)忽略超時(shí)節(jié)點(diǎn)后續(xù)的數(shù)據(jù)發(fā)送，直到該節(jié)點(diǎn)再次發(fā)送“發(fā)起組語(yǔ)音請(qǐng)求”。

實(shí)施例五：

如圖4所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，步驟s4包括以下步驟：

s41.節(jié)點(diǎn)進(jìn)入“監(jiān)聽(tīng)模式”，間隔固定時(shí)間打開(kāi)一次接收窗；

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

s43.接收語(yǔ)言數(shù)據(jù)，并解碼播放；

s44.判斷是否收到語(yǔ)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(tīng)模式”，關(guān)閉連續(xù)的接收窗口，并重復(fù)步驟s41。

在監(jiān)聽(tīng)模式中的節(jié)點(diǎn)，如果有語(yǔ)音數(shù)據(jù)需要接聽(tīng)，則進(jìn)入“接聽(tīng)模式”，此時(shí)打開(kāi)連續(xù)的接收窗口來(lái)接聽(tīng)語(yǔ)音，直到收到語(yǔ)音結(jié)束的標(biāo)志。接收語(yǔ)音結(jié)束后需要關(guān)閉連續(xù)的接收窗口，退出“接聽(tīng)模式”，再次進(jìn)入“監(jiān)聽(tīng)模式”。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、對(duì)講機(jī)體積可以做到更?。梢宰龅健?0mmx30mmx20mm”）；

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(kāi)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(jiǎn)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(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)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。