CN103426432A - 依赖带宽的音频质量调整 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及依赖带宽的音频质量调整。一种系统(100)包括控制器(110)，控制器基于两个或更多个控制输入(120)提供输出控制信号。控制器(110)基于控制输入(120)中给定的一个来确定射频(RF)带宽可用性的指示。输出控制信号可以对应于射频带宽可用性和影响RF带宽的至少一个其他无线环境的状态。音频质量调节器(140)可以基于输出控制信号来调节用于对一个或多个音频接收端(144)的音频流进行编码的质量参数。
Description
技术领域
本公开涉及音频，并且涉及基于带宽来调整音频质量的系统和方法。
背景技术
高级音频传输模型协定(A2DP)定义了用于实现在流传送数据信道上以单声道或多声道分发高质量音频内容的协议和程序。典型使用示例是，例如，从立体声音乐播放器将音乐内容流传送到耳机或者扬声器，耳机或者扬声器可以包括在流传送设备和耳机之间的无线连接。可以以合适的格式压缩关于A2DP协定的音频数据，以便高效使用有限的带宽。在一个示例中，A2DP允许创建蓝牙信道，通过该蓝牙信道，高级音频数据可以从一个启用蓝牙的设备被流传送到另一个启用蓝牙的设备。一般为支持A2DP的启用蓝牙的设备定义两个角色。一个角色包括源端(SRC)角色，其中当设备是数字音频数据的源时，该设备是SRC，并且将流发送到接收端(SNK)，例如便携式导航设备(PND)或无线接收器(例如耳机)。接收端(SNK)角色定义了当其接收从SRC(例如车载媒体播放器)提供的数字音频流时的设备。
发明内容
本公开涉及音频，并且涉及基于带宽调整音频质量的系统和方法。
提供了包含用于带宽补偿的动态音频控制的系统和方法。在一个示例中，系统包括控制器，控制器基于两个或更多个控制输入提供输出控制信号。该控制器基于控制输入中给定的一个确定射频(RF)带宽可用性的指示。输出控制信号可以对应于RF带宽可用性和影响RF带宽的至少一个其他无线环境的状态。音频质量调节器可以基于输出控制信号调整用于对一个或多个音频接收端的音频流进行编码的质量参数。
在另一个示例中，一种方法包括确定来自控制输入的射频(RF)带宽，其中RF带宽被用作将无线音频流传送到至少一个接收端设备。该方法包括基于RF带宽和来自至少一个其他控制输入的无线环境的状态来生成输出控制信号。这包括响应于输出控制信号而动态地调整比特池设置，从而控制无线音频流质量。
在又一个示例中，一种设备包括音频语音处理器(AVPR)，其与主机系统通信，以确定现有的无线信号环境。蓝牙中央处理单元(CPU)与AVPR通信，以向一个或多个音频接收端传送音频流。与AVPR关联的比特池调节器部分地基于所确定的无线信号环境来调节音频流的音频质量参数。
附图说明
图1示出了提供用于带宽补偿的动态音频控制的示例系统。
图2示出了使用比特池调节器来提供用于带宽补偿的动态音频控制的示例蓝牙系统。
图3示出了示例时序和带宽图示，其描绘了基于可用带宽进行动态音频控制的示例比特池调节。
图4示出了示例系统，其借助比特池调节器来处理控制输入和使用收敛控制，以便进行动态音频控制和带宽补偿。
图5示出了提供用于带宽补偿的动态音频控制的示例方法。
具体实施方式
图1示出了提供用于带宽补偿的动态音频控制的示例系统100。该系统100包括控制器110，该控制器基于两个或更多个控制输入120提供输出控制信号。该控制器110基于控制输入120中给定的一个来确定射频(RF)带宽可用性的指示。同样，输出控制信号可以对应于射频带宽可用性和影响RF带宽的至少一个其他无线环境的状态(例如WLAN状态，缓冲区状态，SNK状态)。音频质量调节器140基于输出控制信号来调节用于对一个或多个音频接收端144的音频流进行编码的质量参数。
例如，如果射频(RF)信道带宽经由控制输入120被检测出小于最优值，则控制器110可以命令音频质量调节器140将到音频接收端144的音频质量降低，以便补偿检测到的带宽。一般来说，虽然人耳不能觉察出声音质量的细微调节，但可以增加到音频接收端144的流传送能力来使数据流的传送平滑。如以下针对图2所描述的，在一个示例中，可以将依赖带宽的比特池用作音频质量调节器140。
控制器110(例如音频语音处理器)和音频质量调节器140可以被实现为无线芯核150上的算法和/或处理器电路，该无线芯核与主机系统160(例如蜂窝电话、数字声音设备、个人电脑)通信，以将音频流提供到音频接收端144。通过经由无线芯核150处的控制器110和音频质量调节器140而不是主机级来实现动态音频控制，系统性能可以被改善，这是因为控制器可以经由音频质量凋节器基于检测到的控制输入120来高效地命令音频质量提升或降低。
在以下针对图2示出和描述的一个特定的示例中，控制器110可以根据检测到的蓝牙可用带宽来调节到音频接收端144的流传送音频质量，从而使终端用户体验被改善。控制器110和音频质量调节器140可以被嵌入在蓝牙控制器芯片中，例如，作为蓝牙控制器设备中的辅助音频控制件的一部分，在其中可以实现高级音频传输模型协定(A2DP)。与在主机系统160(例如，蜂窝平台)层实现的其他控制机制相比，低层次实现(例如嵌入在蓝牙芯片中)使得对蓝牙即时带宽高度敏感，并且改善了控制机制。
控制输入120可以包括无线本地区域网(WLAN)状态、蓝牙状态、指示射频环境的包错误率(PER)、内部进程间通信状态、与设备(例如SNK、SRC、SNK/SRC)相关联的角色参数或多个有效连接。基于这些控制输入120，控制器110和音频质量调节器140可以控制用于音频质量的比特池参数，其依赖于无线信号环境的可用带宽。音频质量调节器140也可以控制用于调节音频质量的子带编解码(SBC)设置，包括例如采样频率参数、帧长度参数或得到的比特率参数。控制器110可以包括音频语音处理器(AVPR)，该AVPR随着时间跟踪进程间通信状态，并且当比特池大小高于减小阈值时，减小比特池大小，或当比特池大小低于增大阈值时，增大比特池大小，其中该大小与可用带宽相关。这可以包括收敛控制件，以有助于比特池大小收敛到稳定的水平。例如，收敛控制件可以包括迭代数参数，用于控制比特池大小增大或减小的次数。收敛控制件也可以包括速率参数，其定义了在比特池大小增大或减小之间经过的编码周期的数目。同样，收敛控制件也可以提供射频考虑参数，其中考虑了多个接收端设备并且如果只有一个接收端受到恶劣/错误(faulty)RF环境的影响，则比特池大小保持不变。比特池大小可以在大约两毫秒到大约三毫秒(例如，大约2.67毫秒)的时间段内增大或减小。
为了在A2DP流传送期间对于WLAN和蓝牙调度更高效，在控制器110中实现为音频质量调节器140的依赖带宽的比特池算法可以考虑例如在WLAN和蓝牙上运行的当前活动。例如，如果利用WLAN下载文件，则此信息可以用作到算法和控制器110的控制输入120，这接着预先降低了比特池，以便允许合适的WLAN吞吐量和可接受的音频流传送质量(例如，相比于极好的音频质量和低的WLAN吞吐量)。该调节方法可以被应用于检测到的每个蓝牙/WLAN活动，使得控制器110可以调节每种使用情况的比特池。一些常见使用情况示例包括WLAN浏览、WLANFTP、蓝牙FTP、到其他设备的蓝牙连接创建等。
在RF环境被检测为差的情况下(例如，检测到的包错误率高于阈值)，可以减少比特池(甚至在进程间通信(IPC)缓冲区(下面描述)越过缓冲阈值之前)。因此，RF环境恶化可以预测IPC缓冲占用何时会越过阈值，并且因此增加对真实的带宽状况的算法的响应。在多个接收端情形中(例如，当两个耳机通过A2DP相连接)，如果只有一个连接遭受差质量RF，则比特池不改变。该状况有助于一个耳机将不会损害另一个的音频质量(例如，如果一个耳机在范围之外，则另一个仍可以接收合适的质量，但是如果两个都是中等的RF质量，则可以减小比特池)。
为了简化说明，在本示例中，在此描述的系统的不同部件被示为和描述为执行不同的功能。然而，本领域技术人员将理解和领会，所描述的部件的功能可以由不同的部件执行，并且若干部件的功能可以被组合且在单个部件上执行，或者进一步被分配给更多的部件。例如，控制器110和音频质量调节器140可以被集成在单个设备上，例如集成电路，其也可以包括控制处理器的存储器。在此描述的部件可以被实现为，例如，计算机可执行指令(例如软件、固件)、硬件(例如CPU、专用集成电路)或两者的组合。在其他示例中，例如部件可以跨网络分配在远程设备之间。
图2示出了示例蓝牙系统200，其使用比特池调节器210来提供动态音频控制，以便进行带宽补偿。比特池调节器210被用作以上针对图1描述的音频质量调节器。音频语音处理器(AVPR)220操作比特池调节器作为与主机系统240通信的蓝牙芯核的一部分。可以例如响应于可编程输入而启动或停用比特池调节器。蓝牙芯核230包括蓝牙中央处理单元(CPU)250，其处理来自AVPR220的数据并且将音频流发送到一个或多个音频接收端260。蓝牙CPU250可以经由主机通信接口(HCI)总线270与主机系统240通信，并且AVPR可以经由脉冲编码调制(PCM)/I2S总线280与主机系统240通信。
比特池凋节器210控制依赖带宽的比特池，该依赖带宽的比特池使得能够根据检测到的带宽升高或降低音频质量。可以为A2DP流提供一比特池值范围(例如，2至250)，并且该比特池值范围可以被协商作为A2DP信令程序的一部分。比特池连同其他编解码参数一起确定音频流的比特率。以下在表1中给出了由AVPR220处理的多组示例子带编解码SBC参数和比特池值。
表1
如上所述，依赖带宽的比特池的一方面是用于根据带宽可用性提供音频质量调节。因此，当RF性能降低时，或者当带宽由于其他通信量活动(例如附加的接收端设备260)而被限制时，比特池适应性地减少至最小协商值。类似地，当没有信道约束时(例如，当物理链路改善等)，比特池可以被增加回到最优值，以下将针对图3进行说明。
图3示出了示例时序和带宽图300，其描绘了根据可用带宽进行动态音频控制的示例比特池调节。为了调节音频质量，如在图300的310处所示的给定时间中，根据进程间通信(IPC)缓冲区占用来评估带宽可用性。在物理带宽分配低于当前比特池要求的情况下，IPC缓冲区占用可以升高，这是因为例如生成的数据包比发送的数据包更多。以类似的方式，在物理带宽分配高于比特池要求的情况下，这使得IPC缓冲区耗尽。以上描述的AVPR跟踪IPC状态，当其占用高于图300中320处所示的减小阈值时，减小比特池大小，并且当其占用低于330处所示的增大阈值时，增大比特池大小。通过调节增大率或减小率，可以周期地执行这个调节过程，直到比特池大小值稳定，例如图300的340处所示。在此示例中，流的初始比特池是50，带宽分配大约是700kbps，当其他活动(例如扫描或嗅探)存在时，这是典型基率分配。当带宽分配跌至大约230kbps时，IPC缓冲区占用升高，并且这触发了比特池大小快速减小。当IPC占用由于低比特池值而再次被降低时，会触发比特池大小增大。这个过程继续，直到达到比特池值稳定。下面针对图4描述达到比特池稳定的收敛过程。
图4示出了示例系统400，其处理控制输入410并且使用收敛控制件420和比特池调节器430进行动态音频控制和宽带补偿。如所示，收敛控制件420和比特池调节器430可以在音频语音处理器(AVPR)440中操作。控制输入410可以包括无线本地区域网(WLAN)状态(除WLAN状态之外，其还可以包括蓝牙状态)、在460处的指示射频环境的包错误率(PER)、在470处的进程间通信状态、在480处的与设备相关联的角色参数和/或在490处的多个有效连接。AVPR440可以命令比特池调节器430根据一个或多个控制输入410调节音频质量。收敛控制件420可以动态地改变由比特池调节器430实现的调节方法的一个或多个参数(例如，速率、迭代数、阈值等)。收敛控制件420可以基于例如在此公开的控制输入410来设置这些参数。因此，当检测到的控制输入410的状况改变时，收敛控制件420可以控制比特池调节器多快地稳定到比特池的新值。
在AVPR440的每个编码周期中，可以在缓冲区计算函数中计算上面针对图3描述的IPC缓冲区占用。比特池调节器430可以包括动态调节函数，可以调用该函数，以便根据所计算的缓冲区计算值来调节比特池。可以以编码周期时间段的分辨率调节比特池，对于典型的蓝牙网络，编码周期时间段可以是大约2.66毫秒的持续时间段。可以使用控制机构(例如比特池调节器430)来动态地控制如何基于无线环境调节比特池，如在此公开的。例如，比特池调节器可以实现一种算法，这种算法可以通过例如控制若干因素，包括迭代数、比特池增大或减小的速率、RF考虑因素(例如RF环境差)以及相邻WLAN网络的状态、蓝牙网络的状态，以此经过一组迭代收敛到比特池数。迭代数可以对应于动态比特池上下变化的迭代数。
作为例子，为了比特池值收敛，以下迭代方法可以由比特池调节器实现为机器可读指令：
在迭代1中，以高速率减小比特池，或以非常慢的恒定速率增大比特池。以此方式，可以使得能够对差信道进行快速响应。
在迭代2中，以中等速率减小比特池，或以非常慢的恒定速率增大比特池。在第一次强减小后，试图稳定比特池值。
在迭代3中，以低速率减小比特池，或以非常慢的恒定速率增大比特池。应用最终稳定化工作(effort)。
如果对于X个以上的帧(X是正整数)，IPC缓冲区占用大于‘减小阈值’，则减小比特池并且从头开始迭代。以此方式，可以在第一次稳定比特池值之后启动对于差信道的快速响应。
如上面提到的，比特池调节器可以控制如何基于比特池调节参数实现该方法。例如，可以设置增大/减小速率参数，以定义一个比特池增大/减小与另一个比特池增大/减小之间经过的编码周期的数目。差的RF考虑参数可以被用于多个SNK应用，使得如果只有一个SNK受到差的RF影响，则不改变比特池。这个状况有助于，例如，一个SNK耳机的音频质量将不会用于降低另一个的音频质量。
根据以上描述的在前的结构和功能特征，参考图5将更好地理解示例方法。虽然为了使说明简单，该方法被示为且描述为顺序地执行，但是应理解和认识到，该方法不限于示出的顺序，因为该方法的各部分可以以与在此不出和描述不同的顺序发生，和/或同时发生。这种方法可以作为机器可读指令存储在存储器中。例如，对应于该方法的机器可读指令也可以由无线设备(例如蜂窝电话)中的处理器执行。
图5示出了提供用于带宽补偿的动态音频控制的示例方法500。该方法500确定来自控制输入的无线频率(RF)带宽(例如，基于进程间通信缓冲区中占用的空间来计算)。在510处，RF带宽可以被用于将无线音频流传送到至少一个接收端设备。在520处，该方法500基于该RF带宽和来自至少一个其他控制输入的无线环境状态来生成输出控制信号。在530处，该方法500确定是否应该调节比特池设置。例如，比特池调节器(例如，图2中的比特池调节器210)可以确定所确定的RF带宽(例如，缓冲区占用)是高于还是低于一个或多个预定的阈值，哪一个阈值可以被用于定义音频流的可接受的传送质量。如果在530处应该调节比特池设置，则该方法500在540处基于输出控制信号来调节用于传送无线音频流的比特池设置。该方法500可以返回520，以便进行进一步评估。该方法500中的动作520、530和540可以被重复，直到实现比特池的收敛，如下面针对图5描述的。如果基于控制输入，在530处不应调节比特池设置，则该方法500在550处维持用于传送无线音频流的比特池设置。如此处公开的，可以基于控制输入来控制该方法的一个或多个参数。
控制输入可以包括无线本地区域网(WLAN)状态、蓝牙状态、指示射频环境的包错误率(PER)、内部进程间通信状态、与设备相关联的角色参数或多个有效连接。该方法500也可以包括控制用于调节音频质量的子带编解码(SBC)设置，包括采样频率参数、帧长度参数或得到的比特率参数。该方法500可以包括随着时间跟踪进程间通信状态，并且当比特池大小高于减小阈值时，减小比特池大小，或当比特池大小低于增大阈值时，增大比特池大小。该方法500可以包括应用迭代数参数，以控制比特池大小增大或减小的次数。这可以包括应用速率参数，该参数定义了在比特池增大或减小之间经过的编码周期的数目。该方法500也可以包括应用射频考虑参数，其中考虑了多个接收端设备，并且如果只有一个接收端受恶劣RF环境的影响，则比特池大小保持不变。
以上描述的是示例。当然，不可能描述部件或方法的每一个可想到的组合，但本领域技术人员将认识到，许多进一步的组合和变形是可能的。因此，本公开意在包含落入本申请(包括随附的权利要求)的范围的所有这类的改动、更改和变化。如此处使用的，术语“包括”意味着包括但不限于，术语“包含”意味着包含但不限于。术语“基于”意味着至少部分地基于。另外，虽然本公开或权利要求记载了“一”、“一个”、“第一”或“另一个”元件，或其等价词，但是其应被解释为包括一个或多于一个的比部件，既要求也不排除两个或两个以上的此部件。
Claims (20)
1.一种系统，其包括：
控制器，其基于一个或多个控制输入来提供输出控制信号，所述控制器基于所述控制输入中给定的一个来确定射频(RF)带宽可用性的指示，所述输出控制信号对应于所述RF带宽可用性和影响RF带宽的至少一个其他无线环境的状态；和
音频质量凋节器，其基于所述输出控制信号来调节用于对一个或多个音频接收端的音频流进行编码的质量参数。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制输入包括无线本地区域网(WLAN)状态、蓝牙状态、指示射频环境的包错误率(PER)、内部进程间通信状态、与设备相关联的角色参数或多个有效连接。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述音频质量调节器控制用于音频质量的比特池参数，所述比特池参数取决于RF带宽可用性和影响所述RF带宽的至少一个其他无线环境。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述音频质量调节器根据所述比特池参数控制子带编解码(SBC)设置，以动态调节所述音频质量，所述SBC设置包括采样频率参数、帧长度参数或得到的比特率参数。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括音频语音处理器(AVPR)，所述音频语音处理器随着时间跟踪进程间通信状态，并且当所述带宽可用性高于减小阈值时，减小所述比特池值，或当所述带宽可用性低于增大阈值时，增大所述比特池值。
6.如权利要求5所述的系统，进一步包括收敛控制件，所述收敛控制件有助于所述比特池值收敛到稳定水平。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述收敛控制件包括迭代数参数，所述迭代数参数控制所述比特池值在收敛之前增大或减小的次数。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述收敛控制件包括速率参数，所述速率参数确定所述比特池值从一个比特池增大或减小改变到下一个比特池增大或减小的速率。
9.如权利要求6所述的系统，其中所述收敛控制件包括射频考虑参数，其中考虑了多个接收端设备，并且如果只有一个接收端受恶劣RF环境的影响，则所述比特池值保持不变。
10.如权利要求5所述的系统，其中所述比特池值在从大约两毫秒至大约三毫秒的时间段内增加或减少。
11.一种方法，其包括：
确定来自控制输入的射频(RF)带宽，其中所述RF带宽用于将无线音频流传送到至少一个接收端设备；
基于所述RF带宽和来自至少一个其他控制输入的无线环境状态来生成输出控制信号；以及
响应于所述输出控制信号而动态地调节比特池设置，以控制所述无线音频流的质量。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述控制输入包括以下中的至少一个：无线本地区域网(WLAN)状态、蓝牙状态、指示射频环境的包错误率(PER)、内部进程间通信状态、与设备相关联的角色参数或多个有效连接。
13.如权利要求11所述的方法，进一步包括控制子带编解码(SBC)设置以便调节音频质量，所述子带编解码设置包括采样频率参数、帧长度参数或得到的比特率参数。
14.如权利要求11所述的方法，进一步包括随着时间跟踪进程间通信状态，并且当比特池值高于减小阈值时，减小所述比特池值，或当所述比特池值低于增大阈值时，增大所述比特池值。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括应用迭代数参数，以控制所述比特池值在收敛之前增大或减小的次数。
16.如权利要求14所述的方法，进一步包括应用速率参数，所述速率参数确定所述比特池值从一个比特池增大或减小改变到下一个比特池增大或减小的速率。
17.如权利要求14所述的方法，进一步包括应用射频考虑参数，其中考虑了多个接收端设备，并且如果只有一个接收端受恶劣RF环境的影响，则所述比特池值保持不变。
18.一种设备，其包括：
音频语音处理器(AVPR)，其与主机系统通信，以确定可用的射频(RF)带宽和影响所述RF带宽的至少一个其他无线环境；
蓝牙中央处理单元(CPU)，其与所述AVPR通信，以将音频流传送到一个或多个音频接收端；以及
比特池调节器，其与所述AVPR相关联并且被编程以基于所述可用的RF带宽和影响所述RF带宽的至少一个其他无线环境来调节所述音频流的比特池值。
19.如权利要求18所述的设备，其中所述至少一个其它无线环境是从以下中确定的：无线本地区域网(WLAN)状态、蓝牙状态、指示射频环境的包错误率(PER)、内部进程间通信状态、与设备相关联的角色参数或多个有效连接。
20.如权利要求18所述的设备，进一步包括收敛控制件，所述收敛控制件根据所述至少一个其他无线环境修改所述比特池调节器的参数，从而有助于所述比特池值的收敛。
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