一種基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話的製作方法

2023-09-17 05:04:50

專利名稱：一種基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話的製作方法
技術領域：
本發明涉及行動電話，特別涉及到一種基於現有行動電話語音編解碼體系，能同時適用於移動通訊網和無線區域網的行動電話。
背景技術：
語音編解碼是IP語音通訊的重要基礎，當前主要的編解碼方式有G.711、G.721、G.728、G.723.1、G.729、G.726、CDMA QCELP、長期預測的規則脈衝激勵編碼(RPE-LTP)、增強全速率(EFR)、自適應多速率(AMR)等語音編解碼方式。它們有不同的編碼效率，並且習慣地用於不同設備的語音編解碼，如G.711、G.728、G.723、G.726、G.729常用於網絡電話的語音編解碼，CDMA QCELP用於以IS-95為基礎的CDMA系統中，EFR用於GSM規範06.60中，AMR定義於GSM06.90系統中，同時它也是許多第三代無線通訊系統的語音編解碼方式。
當前實現的各種通訊設備只是固定支持其中的一種或幾種編解碼方式，或可以固定完成語音編解碼的轉換。這樣就對終端的網絡接入以及設備之間的互操作產生了很大的影響，在當今各種通訊設備相互融合、相互滲透的情況下，這種影響尤為重要；比如說行動電話只能通過GSM、GPRS、CDMA或其他3G移動通訊網絡接收話音服務，支持CDMA QCELP、GSM EFR、GSM AMR語音編解碼方式；當前IP網絡主要為固定的終端提供話音服務，如通常意義上的VoIP電話或寬帶電話，或通過無線區域網路的AP(Access Point)為少量移動終端提供話音服務，如WLAN手機或藍牙手機提供IP語音服務，但它們只支持G.711、G.721、G.728、G.723.1、G.726、G.729語音編解碼方式，不能為移動通訊網絡中的移動終端提供語音服務；許多公司開始了將移動通訊網和普通無線網絡的語音服務在移動終端上作融合，儘管工作的思路和方向都有不同，但他們仍舊把移動通訊網絡的語音編解碼和現有VoIP的語音編解碼看作為兩套獨立的語音服務體系，只是將兩套話音服務物理地整合起來，移動終端上同時支持兩種語音編解碼體制，造成移動終端的體積、功耗和成本的提高。循此路徑，許多IC公司將兩套體系整合在高集成度的專用集成電路(ASIC)中，本質上依舊是兩套語音體系，專用的ASIC系統必然伴有昂貴的軟硬體License費用，並且此類ASIC還要一段研發時間才能面世，所有這些給本發明留下了思考的空間。

發明內容
本發明的目的在於克服將兩套話音服務物理整合在一起的現有技術所帶來的行動電話體積大，功耗和成本高的缺點，從而提供一種行動電話，該行動電話基於現有行動電話的語音編解碼體系，實現了在不增加現有行動電話的運算能力的條件下，對移動通訊網和無線區域網的雙重適用性。
本發明提供的一種基於現有行動電話的語音編解碼體系的行動電話，實現了對移動通訊網和無線區域網的雙重接入方式，包括移動通訊網射頻模塊，中央處理器，人機接口模塊，存儲器模塊，語音信號處理器，電源模塊，語音編解碼器，麥克和耳機；其特徵在於，還包括無線區域網晶片組和協議處理器；所述的無線區域網晶片組的功能是實現無線區域網的接入，VoIP協議處理器的功能是實現語音數據在IP網上傳輸的相關協議；其中移動通訊網射頻模塊一端與射頻天線相連，另一端與中央處理器實現雙向數據連接，中央處理器分別與人機接口模塊，存儲器模塊，語音信號處理器和協議處理器數據連接；語音信號處理器與中央處理器、語音編解碼器相連接，語音編解碼器分別連接到麥克，耳機；協議處理器與中央處理器、人機接口模塊、存儲器模塊、無線區域網晶片組連接；無線區域網晶片組還要連接到射頻天線上；電源模塊為其他各個功能模塊供電。
所述的無線區域網晶片組包括網絡接口控制器(NIC)、基帶信號處理器、中頻處理單元和射頻單元；其中，網絡接口控制器實現無線區域網協議中的MAC層功能，負責接入控制，是基帶處理器與VoIP協議處理器之間的接口；射頻單元、中頻處理單元和基帶信號處理器等三個單元組成無線收發設備，實現無線區域網數據的串/並轉換、調製/解調、擴頻/解擴、加/解擾、加/解密的物理層功能，並與網絡接口控制器進行信息交互。
所述的行動電話的兩種接入方式的選擇方法有兩種，一種是手動設置，一種是智能選擇。
所述的移動通訊網射頻模塊是CDMA射頻模塊，GSM射頻模塊和GPRS射頻模塊中的一種。 6無線區域網晶片組包括802.11a晶片組、802.11b晶片組或802.11g晶片組。
本發明的優點在於1、既能夠用於移動通訊網，又能夠用於無線區域網，增加了行動電話的使用範圍。
2、通過與無線區域網的連接，實現了基於網際網路的IP語音服務，與現有行動電話相比，降低了通訊費用。
3、基於現有行動電話的語音編解碼體系，利用現有行動電話的數位訊號處理器，只在現有行動電話的基礎上增加必要的功能模塊，減小了行動電話的體積，降低了行動電話的功耗和成本。


圖1為本實用新型的行動電話組成示意2為本實用新型的一種具體實施方式
的結構面說明1移動通訊網射頻模塊2中央處理器3人機接口模塊4存儲器模塊5語音信號處理器6電源模塊7語音編解碼8麥克 9耳機10無線區域網晶片組 11協議處理器具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的內容做詳細介紹。
為了方便對本發明的理解，先介紹本發明的應用場景。
本發明的一種基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話可以像現有的普通行動電話一樣在移動通訊網絡中獲得語音服務，這種語音服務接入方式可以稱之為移動通訊網接入方式；也可以像WLAN手機或藍牙手機一樣通過IP網絡獲取VoIP語音服務，這種語音服務接入方式可以稱之為無線區域網接入方式。移動通訊網接入方式具有覆蓋範圍廣的優點，但通訊時的費用較高；而無線區域網接入方式的覆蓋範圍受到限制，但通訊費用低，而且可以提供高質量的語音服務或Internet服務。若能夠將兩種通訊方式結合起來，發揮各自的長處，會有廣泛的應用前景。
本實施例的行動電話是基於現有行動電話的語音編解碼體系，不增加現有行動電話的運算能力，只要在現有行動電話的基礎上增加必要的功能模塊，就能夠實現對移動通訊網和無線區域網的雙重適用。
參照圖1，製作一款基於GSM制式的現有行動電話語音編解碼體系的行動電話。在圖中虛線框內為GSM制式的現有行動電話的結構，包括移動通訊網射頻模塊1採用GSM射頻模塊，中央處理器2，人機接口模塊3，存儲器模塊4，語音信號處理器5，電源模塊6，語音編解碼器7，麥克8，耳機9。本實施例的行動電話增加了無線區域網晶片組10，該晶片組10採用市場上購買的802.11b晶片組(802.11a晶片組、802.11b晶片組或802.11g晶片組中的任意一種都可以)，和增加了協議處理器11，這兩個新增功能模塊實現了無線區域網的接入。各個功能模塊間的連接關係為GSM射頻模塊1一端與射頻天線相連，另一端與中央處理器2實現雙向數據連接，中央處理器2分別與人機接口模塊3，存儲器模塊4，語音信號處理器5和協議處理器11數據連接；語音信號處理器5與中央處理器2、語音編解碼器7相連，語音編解碼器7還要分別連接到麥克8，耳機9；協議處理器11與中央處理器2、人機接口模塊3、存儲器模塊4、802.11b晶片組10連接；802.11b晶片組10則還要連接到射頻天線上；電源模塊6為其他各個功能模塊供電。
下面就上述模塊分別加以說明。
GSM射頻模塊1為本實施例行動電話的射頻部分，主要完成TDMA幀調製到射頻及相反的解調過程。GSM射頻模塊1是一項成熟的現有技術，很容易從市場上得到相應的部件，在此不再詳細描述。
中央處理器2的功能根據本實施例行動電話的通訊方式的不同而改變。當本實施例行動電話採用移動通訊網接入方式時，中央處理器2的功能是實現信道編碼，當本實施例行動電話採用無線區域網接入方式時，中央處理器2的功能是直接將數據傳送到VoIP協議處理器11中。此外，中央處理器2還有對通訊方式進行選擇的功能。
人機接口模塊3是人與行動電話間交流的一個平臺，通過該平臺，行動電話向人傳遞信息，人向行動電話發出指令。常見的人機接口有鍵盤、顯示器。本實施例行動電話的人機接口模塊3與現有行動電話的人機接口沒有本質性的區別，故在此不再詳述。
存儲器模塊4用來存儲相關的程序，以及在通訊時用來緩存數據。
語音信號處理器5的功能是實現長期預測的規則脈衝激勵編碼(RPE-LTP)和解碼，語音信號處理器5是對通用的數位訊號處理器(DSP)進行編程來完成上述功能的。與現有行動電話相比，語音信號處理器5沒有做任何的改進，本實施例行動電話基於現有行動電話的語音信號處理器就能夠實現信號的處理，這就降低了成本，提高了本實施例行動電話的可實現性，是本發明的最主要的創新。
電源模塊6的功能是存儲電能，為本實施例行動電話的各個模塊提供電能。電源模塊6與現有的行動電話中的電源裝置是一樣的。
語音編解碼器7的功能包括對語音信號進行模/數轉換，對語音信號進行採樣、量化和編碼等，實現PCM信號與模擬信號之間的相互轉換。
麥克8的作用是將聲波轉換為模擬電信號。
耳機9的作用是將模擬電信號轉換為聲波。
上述部件在現有的行動電話中都能夠找到相應的部件，利用現有技術也很容易實現上述的功能。
802.11b晶片組10和協議處理器11是本實施例行動電話和現有行動電話的主要區別，對它們的結構與功能詳細描述如下。
802.11b晶片組10主要包括網絡接口控制器(NIC)、基帶信號處理器(BBP)、中頻處理單元(IF)和射頻單元(RF)。
其中，NIC主要實現IEEE802.11規範中的MAC層功能，負責接入控制，是基帶處理器與VoIP協議處理器11之間的接口，如PCMCIA接口，在VoIP協議處理器11有數據要發送時，NIC負責接收VoIP協議處理器11發來的數據，按照一定的格式封裝成幀，然後根據多址接入協議把數據發送到信道中去。當接收數據時，NIC根據接收幀中的目的地址判斷該幀是否是發往本機的數據，如果是，則接收該幀信息，並進行CRC(循環冗餘校驗)，拆去幀頭，把數據送到VoIP協議處理器11。
RF、IF和BBP等三個單元組成無線收發設備，實現了802.11b的物理層功能，包括數據的串/並轉換、調製/解調、擴頻/解擴、加/解擾、加/解密等，並與NIC進行必要的信息交互。發送數據時，首先由BBP完成擴頻調製，IF把擴頻調製的信號上變頻到中頻載波進行放大濾波處理，然後由RF上變頻到射頻後由天線輻射出去。接收數據時就是一個與發送數據相反的逆過程。
協議處理器11的功能是實現語音數據在IP網上的傳輸，主要實現了與VoIP實現相關的協議棧(如MGCP、SIP或H.323中的一種信令控制協議)以及語音數據包封裝協議RTP等其他相關協議棧。
協議處理器11也是一個從市場上可以得到的標準部件。
在本實施例中已經提到，本實施例行動電話有兩種接入方式。在本實施例中，移動通訊網接入方式具體採用GSM模式，無線區域網接入方式具體採用802.11b。下面分別對這兩種接入方式中，語音信號的轉換過程進行描述。
GSM方式語音信號經過麥克8完成聲電轉換後，語音信號轉換成模擬信號，在語音編解碼器7中完成模/數轉換，模擬信號轉換成數位訊號，並在語音編解碼器7中完成採樣、量化和編碼，形成64Kbit/s的PCM信號。PCM語音信號經過語音信號處理器5，完成長期預測的規則脈衝激勵編碼(RPE-LTP)，然後在中央處理器2中完成信道編碼，送入GSM射頻模塊1完成加密、GSMK調製等處理，最終形成射頻信號，經射頻天線發送。上述為語音信號的發送過程。語音信號的接收過程則是一個相反的逆過程。射頻信號在GSM射頻模塊1中轉換成基帶信號後完成GSMK解調、解密及自適應均衡後，將基帶數位訊號送入到中央處理器2中進行信道解碼，提取語音數據後，送數據進入語音信號處理器5進行RPE-LTP解碼，形成PCM語音信號，在語音編解碼器7中經過數/模轉換後，驅動耳機9完成電聲轉換。
802.11b方式語音信號經過話筒完成聲電轉換後，語音信號轉換成模擬信號，在語音編解碼器7中完成模/數轉換，模擬信號轉換成數位訊號，並在語音編解碼器7中完成採樣、量化和編碼，形成64Kbit/s的PCM信號。PCM語音信號經過語音信號處理器5，完成長期預測的規則脈衝激勵編碼(RPE-LTP)，在經過中央處理器2時，對語音信號不進行GSM的信道編碼，直接將數據傳到VoIP協議處理器11。在VoIP協議處理器11中，完成對VoIP協議(如MGCP、SIP或H.323)的實現以及語音數據RTP流的轉換。然後語音數據進入802.11b晶片組10中，其中的網絡接口控制器(NIC)接收主機發來的數據，按照一定的格式封裝成幀，然後根據多址接入協議把數據發送到信道中去。RF、IF和基帶信號處理器(BBP)等三個單元組成無線收發設備，實現了802.11b的物理層功能，包括數據的串/並轉換、調製/解調、擴頻/解擴、加/解擾、加/解密等，在發送數據時首先由BBP完成擴頻調製，IF把擴頻調製的信號上變頻到中頻載波進行放大濾波處理，然後由RF上變頻到射頻後由天線輻射出去。上述為語音信號的發送過程。語音信號的接收過程是一個相反的逆過程，在此不再詳細描述。
由於本實施例行動電話有兩種語音接入方式，因此，在本實施例中還有如何選擇語音接入方式的問題。通常，對語音接入方式進行選擇的方法有兩種，一種是手動設置，一種是智能選擇。無論是哪一種選擇方法，對語音接入方式的選擇是在中央處理器2中實現的。用戶手動設置適合長期駐留在某一網絡中的情況，比如用戶在家庭或辦公室室內，有無線區域網覆蓋，用戶手動關閉移動通訊網絡接入方式，選用無線區域網接入方式，這樣用戶可以獲取低資費、高質量的語音服務或Internet服務。智能選擇方式適合於用戶大範圍網絡間移動的情況，由於無線區域網的覆蓋區域界限的模糊性，本實施例行動電話周期地監測無線區域網的信號能量，達到接入閾值時，自動切換到無線接入網進入方式，使移動通訊網接入模塊進入長時間休眠的狀態，獲取無線區域網的IP語音服務及其它Internet服務，當本實施例行動電話離開移動無線區域網時，當監測到無線區域網的信號能量低於閾值時，啟動移動通訊網絡接入模塊，獲得不間斷的語音服務及Internet服務。採用智能選擇方式時，接入閾值的設定，無線區域網信號能量的周期性監測以及信號能量與接入閥值的比較與判定是在中央處理器2中實現的。
需要再一次說明的是，在實施例中所例舉的GSM移動通訊方式和802.11b無線區域網接入方式只是為了更好地說明實施例，對於其他的移動通訊方式或無線區域網接入方式，本發明所述的行動電話同樣適用。
權利要求
1.一種基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話，包括移動通訊網射頻模塊(1)，中央處理器(2)，人機接口模塊(3)，存儲器模塊(4)，語音信號處理器(5)，電源模塊(6)，語音編解碼器(7)，麥克(8)和耳機(9)；其特徵在於，還包括無線區域網晶片組(10)和協議處理器(11)；所述的無線區域網晶片組(10)是實現無線區域網的接入，協議處理器(11)是實現語音數據在IP網上傳輸的相關協議；其中移動通訊網射頻模塊(1)一端與射頻天線相連，另一端與中央處理器(2)實現雙向數據連接，中央處理器(2)分別與人機接口模塊(3)、存儲器模塊(4)、語音信號處理器(5)和協議處理器(11)數據連接；語音信號處理器(5)與中央處理器(2)、語音編解碼器(7)相連接，語音編解碼器(7)分別連接到麥克(8)、耳機(9)；協議處理器(11)與中央處理器(2)、人機接口模塊(3)、存儲器模塊(4)、無線區域網晶片組(10)連接；無線區域網晶片組(10)還要連接到射頻天線上；電源模塊(6)為其他各個功能模塊供電。
2.根據權利要求1所述的基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話，其特徵在於，所述的無線區域網晶片組(10)包括網絡接口控制器、基帶信號處理器、中頻處理單元和射頻單元；其中，網絡接口控制器實現無線區域網規範中的MAC層功能，負責接入控制，是基帶處理器與VoIP協議處理器之間的接口；射頻單元、中頻處理單元和基帶信號處理器三個單元組成無線收發設備，實現無線區域網數據的串/並轉換、調製/解調、擴頻/解擴、加擾/解擾、加密/解密的物理層功能，並與網絡接口控制器進行信息交互。
3.根據權利要求1所述的基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話，其特徵在於，所述的行動電話的兩種接入方式包括手動設置，或智能選擇。
4.根據權利要求1所述的基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話，其特徵在於，所述的移動通訊網射頻模塊(1)包括GSM射頻模塊、GPRS射頻模塊或CDMA射頻模塊。
5.根據權利要求1所述的基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話，其特徵在於，所述的無線區域網晶片組(10)是802.11a晶片組、802.11b晶片組或802.11g晶片組。
全文摘要
本發明公開了一種基於現有行動電話語音編解碼體系的行動電話，實現了對移動通訊網和無線區域網的雙重接入，包括移動通訊網射頻模塊，中央處理器，人機接口模塊，存儲器模塊，語音信號處理器，電源模塊，語音編解碼器，麥克，耳機，無線區域網晶片組和協議處理器；移動通訊網射頻模塊，中央處理器，人機接口模塊，存儲器模塊，語音信號處理器，電源模塊，語音編解碼器，麥克和耳機實現移動通訊網的接入方式；用無線區域網晶片組和協議處理器替換移動通訊網射頻模塊可實現無線區域網的接入方式；本發明利用現有行動電話的語音編解碼體系，只增加必要的功能模塊，就能夠實現對移動通訊網和無線區域網的雙重適用。
文檔編號H04Q7/32GK1783891SQ200410096159
公開日2006年6月7日 申請日期2004年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者王勁林, 張武, 曾學文, 倪宏, 王玲芳, 李挺屹 申請人:中國科學院聲學研究所