[發明專利]用于聲通信的設備和方法

有效

• 申請號: 201080056013.0
• 申請日: 2010-12-09
• 公開（公告）號: CN102652337A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 鄭熙遠;高俊豪;李相默;李起相;S.智德科夫
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: G10L21/02
• 分類號: G10L21/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 錢大勇

技術領域

本發明一般涉及其中使用聲信號在移動設備之間傳輸數字數據的用于聲通信的設備和方法，而且更具體地，涉及使用心理聲學模型的用于聲通信的設備和方法。

背景技術

聲通信是在移動設備之間傳送數字信息的一種可能的方式。聲通信的優點在于，可以僅使用軟件在現有設備上實現數據通信協議，而不需要添加如基于無線電的通信系統所需要的諸如天線和RF前端的任何硬件元件。

已經提出幾種方法用于通過音樂或語音信號來掩蔽（mask）聲通信，以使得聲通信讓人耳聽起來舒適，并且傳達附加的人能夠理解的信息。這樣的方法包括“回聲隱藏”或在噪聲等級以下添加擴頻信號，如D.Gruhl等,Echo?Hiding,Proceedings?of?the?First?International?Workshop?on?Information?Hiding,Cambridge,U.K.,May?30-June?1,1996,pp.293-315、以及L.Boney等,Digital?watermarks?for?audio?signals,IEEE?Intl.Conf.on?Multimedia?Computing?and?Systems,pp.473-480,March?1996中分別討論的。

圖1示出用于將音頻節目與聲通信信號混合的常規方法。用于實現這樣的方法的設備100包括聲通信信號產生器110、組合器120和揚聲器130。上述方法中，將諸如擴頻信號的低等級通信信號簡單地添加到諸如音樂、語音、警報聲等音頻節目。通過組合器120組合（或混合）音頻節目和從聲通信信號產生器110輸出的聲通信信號。通過揚聲器以聲波的形式發射組合信號。

遺憾的是，常規方法未能充分開發聲通信信道的容量，因而僅實現非常低的比特率，即，每秒幾個比特。

諸如Y.Nakashima等在Evaluation?and?Demonstration?of?Acoustic?OFDM,Proc.Fortieth?Asilomar?Conference?on?Signals,Systems?and?Computers,2006(ACSSC?2006),pp.1747-1751中描述的類型的較好的方法是基于利用譜整形通信信號替換語音/音樂音頻節目的高頻成分。

圖2示出使用已知的頻率替換技術產生與聲通信信號混合的音頻信號的方法。用于實現這樣的方法的設備200包括快速傅立葉變換（FFT）塊210、頻帶分離器220、逆快速傅立葉變換（IFFT）塊230、前向糾錯（FEC）編碼塊240、正交頻分復用（OFDM）調制器250、組合器260和揚聲器270。

FFT塊210對諸如音樂或語音的原始音頻信號（或節目）執行FFT。之后，頻帶分離器220將FFT音頻信號劃分為高頻區（bin）和低頻區，向IFFT塊230輸出低頻區，并向OFDM調制器250輸出高頻區。IFFT塊230對去除高頻區的原始音頻信號執行IFFT。

FEC編碼塊240對輸入的數字數據執行FEC編碼并輸出數據。OFDM調制器250根據高頻區對編碼數字數據執行OFDM并輸出數據，而且來自OFDM調制器的聲通信信號具有與高頻區類似整形的譜包絡。換句話說，利用聲通信信號替換高頻區。

圖3a和3b示出根據頻率替換技術產生的信號。圖3a示出原始音頻信號330的頻譜，而圖3b示出具有替換聲通信信號的修改的音頻信號330a的頻譜。在每個頻譜中，沿水平軸示出頻率，并且沿垂直軸示出信號強度。如圖3a中所示，基于頻分將原始音頻信號330劃分為高頻區（或區域）320和低頻區310。如圖3b中所示，修改的音頻信號330a的低頻區310與原始音頻信號的相同，而原始音頻信號的高頻區320被替換為修改的音頻信號的聲通信信號325。

發明內容

技術問題

該方法允許聲信號接收器的簡單實現，因為原始音頻信號和聲通信信號在分開的頻帶中傳輸。然而，該方法有兩個缺點。

首先，該方法降低原始音頻信號（即，音樂/語音信號）的質量，因為原始音頻信號與聲通信信號之間在頻域中有急劇的轉變，參見圖3b。

其次，由于聲通信信號僅僅集中在相對高的音頻頻率，該方法未能充分利用可用的信號帶寬。因此，如果音樂/語音音頻節目不包含高頻區，或者如果接收方設備麥克風不能捕獲包括高頻區的整個寬帶音頻頻譜，則聲數據通信將是不可能的（即便降低比特率）。

解決方案