基于BLE广播的音频传输系统及方法与流程

本发明涉及音频数据传输，尤其涉及一种基于ble广播的音频传输系统及方法。

背景技术：

1、工业矿井线型通道场景中存在人员携带音源节点在移动过程中向临近固定接收节点发送语音数据的需求。

2、在这种综采作业区中，矿井巷道空间狭长，且回转弯曲。现有wifi/4g/5g等高速无线传输系统均需使用大功率基站及高速光纤，在靠近综采作业区域等危险场景中不便应用；低功耗传输方案如经典蓝牙、ble、zigbee或433mhz方案，其中现有经典蓝牙、zigbee均为建立连接后传输音频，ble也具备建立连接传输音频方案，但建立连接通信方法不便于移动状态使用，433mhz无线传输方案功率较高，且空口需要直接发送至语音扩播装置，难以应用于空间长狭且非笔直的矿井巷道内。

3、在ble5.2标准中也提及广播传输音频数据一般不适合长距离使用，ble5.2提出了广播传输语音数据方案，现有广播传输音频方法中每个目标节点均为独立节点，当音源节点与其中一个目标节点距离增加导致信号丢包概率上升时，例如，矿井巷道场景中音源节点一般为人员便携设备，接收节点为定点设备，当人员逐渐远离定点设备时，广播传输可靠性较弱的特性会逐步放大，从而也不适用于矿井巷道中的音频信息传输。

技术实现思路

1、本发明旨在解决背景技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明提供一种基于ble广播的音频传输系统及方法。

3、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

4、一种基于ble广播的音频传输方法，包括以下步骤，

5、步骤一，获取语音并转码形成语音数据包通过ble广播模式进行发送；

6、步骤二，语音接收节点获取数据包并测量计算语音发送节点与语音接收节点之间的位置关系；

7、步骤三，多个接收节点需要共享自身接收到的同一包广播数据，通过总线传输至语音扩播装置进行共享，多个数据包根据其语音接收节点与语音发送节点之间的位置关系排序进行传输；

8、步骤四，语音扩播装置接收多个语音接收节点的语音数据包组成最大有效值数据包。

9、进一步地，在步骤一中，语音发送节点采集获取人员语音并编码为speex格式后进行发送。

10、进一步地，在步骤二中，接收节点通过基带天线阵列aoa角测量方法获得语音发送节点x与接收节点连线和线型通道方向法线的夹角为α，接收节点an的夹角即为αn。

11、进一步地，在步骤三中，每个数据包共享过程依次分为随机竞争排序区、有效字节位共享区和音频数据区，随机竞争排序区通过随机竞争排序的方式确定各个接收节点发送自身音频数据包的顺序，有效字节位共享区用于每个接收节点依次发出自身接收到的数据包有效字节的位置，音频数据区用于每个接收节点依次发送自身的音频数据包具体内容。

12、进一步地，在步骤三中，各接收节点通过随机竞争排序方法协商在总线侧传输序列，各个接收节点在总线侧除去自身发送消息时刻，其他时刻均处于接收状态，通过获取其他接收节点发送的竞争消息协商各接收节点发送有效字节位和语音数据包的顺序。

13、进一步地，在所述随机竞争排序区中，若节点am夹角αm小于判定阈值α’，则认为该语音接收节点相比其他接收节点距离发送节点最近，因此am在t0起立刻发送am竞争消息，在后续有效字节共享区和语音数据区am均会第一个发送有效字节位和语音数据包，当夹角αn大于等于α’且小于阈值α”时以及αn大于等于α”时，计算竞争消息发送时间。

14、进一步地，所述竞争消息发送时间t为从t0时刻开始计算：

15、式中ε为0～1之间的随机数，t’为夹角小于α’发送竞争消息的结束时间，t”为预计夹角为α”的发送结束时间，tend为随机竞争排序区的总时间。

16、进一步地，在步骤三中，各节点根据随机竞争排序方法协商确认数据发送顺序后在有效字节位共享区依次发送自身接收到的有效广播数据字节数量和有效字节的位置，当后续接收节点在总线侧扫描获取到已发送有效字节位的节点有效字节数与总字节数相同时，不再发送自身有效字节位和语音数据包。

17、进一步地，在步骤四中，当语音扩播装置收到多个接收节点的语音数据包，且每个接收节点均未能提供所有数据的有效值时，语音扩播装置根据多个数据包组成最大有效值数据包，剩余误码位以0或音频静音字节补齐。

18、一种基于ble广播的音频传输系统，包括，

19、语音发送节点，所述语音接收节点为ble接收器；

20、沿线传输总线排布的多个语音接收节点；

21、语音扩播装置，所述语音扩播装置以及多个语音接收节点通过电缆总线方式连接；当人员在通道内移动过程中需通过语音发送节点通过ble广播对通道远端的语音扩播装置发送语音数据，临近的语音接收节点收到语音数据后通过总线传输至语音扩播装置。

22、本发明的有益效果是，本申请基于ble5.2提出的广播传输语音数据方案中，由于每个接收节点独立接收数据，因此在长距离传输时存在可靠性低的问题。

23、本申请针对矿井线型通道场景提出一种基于ble广播的音频接收及传输方法，通过多个目标节点接收同一个广播周期音频数据，然后通过总线方式传输至远端语音扩播装置。基于ble广播接收方式在动态环境下无需受限语音连接链路，且定义了多个目标节点共享有效音频数据的机制，可有效提升广播非可靠通信状态下每个音频数据包的接收成功率，并通过连接线路aoa夹角方式协助判断发送节点与各接收节点位置关系，在总线侧优先发送距离较近的接收节点数据，提高总线语音传输效率。

技术特征：

1.一种基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，在步骤一中，语音发送节点采集获取人员语音并编码为speex格式后进行发送。

3.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，在步骤二中，接收节点通过基带天线阵列aoa角测量方法获得语音发送节点x与接收节点连线和线型通道方向法线的夹角为α，接收节点an的夹角即为αn。

4.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，在步骤三中，每个数据包共享过程依次分为随机竞争排序区、有效字节位共享区和音频数据区，随机竞争排序区通过随机竞争排序的方式确定各个接收节点发送自身音频数据包的顺序，有效字节位共享区用于每个接收节点依次发出自身接收到的数据包有效字节的位置，音频数据区用于每个接收节点依次发送自身的音频数据包具体内容。

5.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，在步骤三中，各接收节点通过随机竞争排序方法协商在总线侧传输序列，各个接收节点在总线侧除去自身发送消息时刻，其他时刻均处于接收状态，通过获取其他接收节点发送的竞争消息协商各接收节点发送有效字节位和语音数据包的顺序。

6.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，在所述随机竞争排序区中，若节点am夹角αm小于判定阈值α’，则认为该语音接收节点相比其他接收节点距离发送节点最近，因此am在t0起立刻发送am竞争消息，在后续有效字节共享区和语音数据区am均会第一个发送有效字节位和语音数据包，当夹角αn大于等于α’且小于阈值α”时以及αn大于等于α”时，计算竞争消息发送时间。

7.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，所述竞争消息发送时间t为从t0时刻开始计算：

8.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，在步骤三中，各节点根据随机竞争排序方法协商确认数据发送顺序后在有效字节位共享区依次发送自身接收到的有效广播数据字节数量和有效字节的位置，当后续接收节点在总线侧扫描获取到已发送有效字节位的节点有效字节数与总字节数相同时，不再发送自身有效字节位和语音数据包。

9.根据权利要求1所述的基于ble广播的音频传输方法，其特征在于，在步骤四中，当语音扩播装置收到多个接收节点的语音数据包，且每个接收节点均未能提供所有数据的有效值时，语音扩播装置根据多个数据包组成最大有效值数据包，剩余误码位以0或音频静音字节补齐。

10.一种基于ble广播的音频传输系统，其特征在于，包括，

技术总结
本发明涉及音频数据传输技术领域，尤其涉及一种基于BLE广播的音频传输系统及方法，传输系统包括语音发送节点，以及多个语音接收节点；语音扩播装置，语音扩播装置以及多个语音接收节点通过电缆总线方式连接。传输方法包括，获取语音并转码形成语音数据包通过BLE广播模式发送；语音接收节点获取数据包并测量计算语音发送节点与语音接收节点之间的位置关系；多个接收节点通过总线传输至语音扩播装置进行共享自身接收到的同一包广播数据，并根据其语音接收节点与语音发送节点之间的位置关系排序进行传输。本申请基于BLE广播接收方式在动态环境下无需受限语音连接链路有效提升广播非可靠通信状态下每个音频数据包的接收成功率，提高总线语音传输效率。

技术研发人员：孙旭峰,包建军,练震,杜志刚,邢震,应东杰,罗克,张健强,陈进,杨旭峰,孟玮,陈海舰,顾义东,梁宏,张蓉,郭秋敏,宋兴家,季利佳
受保护的技术使用者：天地（常州）自动化股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14