CN102404280B - 一种在基于串行总线的流媒体传输系统中的主动延时装置 - Google Patents

Abstract

一种在基于串行总线的流媒体传输系统中的主动延时装置。本申请公开了一种延时装置，包括传输延时确定单元，执行延时确定单元，固有延时确定单元，用于根据所述传输延时和所述执行延时计算各个终端设备的固有延时；比较器以及主动延时设置单元，用于根据所述最大的固有延时值以及各个终端设备的固有延时，确定各个终端设备的主动延时值。通过主动地地为各个终端设备设置延时，能够保证需要同频执行控制命令的终端设备之间能够精确地进行同步，或者各个终端设备能够按照严格的时间间隔执行各自的动作，特别是在混音系统中，有效地保证了各个终端设备严格地在同一时刻执行混音信号的播放，避免了回音的产生。

Description

一种在基于串行总线的流媒体传输系统中的主动延时装置

技术领域

本发明涉及使用串行总线实时进行数据传输的系统。特别地，涉及针对多媒体现场会议和工业控制等多种场合，在综合考虑传输延时的基础上、对串行总线上所有设备处所执行的数据处理进行精确的同步控制。

背景技术

本申请的申请人在申请日为：2009/04/24，申请号为：200910135666.7、发明名称为“一种基于局域网的数字语音传输系统”的中 国发明专利申请中提出了一种同时具有较好的连续性和实时性的基于局域网的、语音数字化传输系统，从而提供高品质的数字化语音传输。该系统包括多个终端设备202-1，202-2，……，202-n和中央控制设备201，其特征在于：所述多个终端设备202-1，202-2，……，202-n串联连接，并且所述中央控制设备201与所述串联连接的终端设备中的最前端的一个终端设备202-1相连，其中来自各个所述终端设备的信号被串联地上行传输至所述中央控制设备，并且来自所述中央控制设备的信号被串联地下行传输至与该信号相对应的终端设备。

通过在局域网内串行级联中央控制设备和多个终端设备，在中央控制器201的控制部303中产生基准时钟和同步信号、并将其应用于系统中的所有终端设备，并且在多个终端设备202向中央控制设备201传输音频数据包的过程中、在各个终端设备202处分散地进行动态地串行排序，从而避免了传统星型局域网连接下所有终端设备均向中央控制设备发送数据包时产生的拥堵阻塞，能够同时满足系统对语音连续性和延时性的严格要求。同时，由于该系统采用了串行级联的连接方式，使系统在实际工程应用中的布线和布局更加方便、并极大地降低了施工和维护成本。

上述串行流媒体实时总线是一种对以串行方式连接的多路数据进行同步传输和控制的总线技术，适用于多路流媒体数据的实时传输和工业控制。但是，在该新的串行流媒体总线结构中，不同终端设备在执行命令的时候存在不能有效地进行同步的问题，即不能严格地根据中央控制设备的命令同时执行某个动作，或者不能各个终端设备能够按照严格的时间间隔执行各自的动作。

现有技术中没有公开关于对串行流媒体实时总线上的终端设备间延时进行处理的方法，本发明正是通过利用中央控制设备对各个终端设备进行精确的延时控制，而使各个终端设备数据能够严格地根据中央控制设备的命令同时执行某个动作，或者各个终端设备能够按照严格的时间间隔执行各自的动作，从而保证了系统动作的同步性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够进行精确延时控制的延时处理方法、延时处理设备、及使用该延时处理设备的系统。

本发明一方面提供了一种在基于串行总线的流媒体传输系统中的主动延时单元，在所述流媒体传输系统中多个终端设备通过串行总线串行连接，并且最前端的一个终端设备与中央控制设备连接，所述主动延时单元包括：传输延时确定单元，用于根据来自所述中央控制设备的分别向各个终端设备发送广播命令的第一时间戳数据和来自各个终端设备的接收到所述广播命令的第二时间戳数据，分别计算所述中央控制设备与各个终端设备间的传输延时；执行延时确定单元，用于根据表示各个终端设备从所述中央控制设备收到控制命令和数据包的时间的第三时间戳数据以及表示各个终端设备开始执行所述控制命令的时间的第四时间戳数据，分别为各个终端设备计算执行延时；固有延时确定单元，用于根据所述传输延时和所述执行延时计算各个终端设备的固有延时；比较器，用于比较所述各个终端设备的固有延时，以确定最大的固有延时值；以及主动延时设置单元，用于根据所述最大的固有延时值以及各个终端设备的固有延时，确定各个终端设备的主动延时值。

本发明正是通过综合考虑传输延时和执行延时对于同步的影响，对各个终端设备进行精确的延时控制。本发明可以以较低的成本和简单的结构，灵活实现总线上各个设备的同步执行，可结合广泛用于现场会议及工业控制。

通过如上主动地地为各个终端设备设置延时，能够保证需要同步执行控制命令的终端设备之间能够精确地进行同步，或者各个终端设备能够按照严格的时间间隔执行各自的动作，特别是在混音系统中，有效地保证了各个终端设备严格地在同一时刻执行混音信号的播放，避免了回音的产生。

附图说明

以下将参照下面的附图对实施例进行解释，以下示例仅仅是作为一种示例而非意于限制本发明。附图中：

图1是解释一种基于串行总线流媒体传输系统的总体结构示意图：

图2是解释根据本发明的基于串行总线流媒体传输系统的总体结构示意图；

图3是解释根据本发明的基于串行总线流媒体传输系统的中中央控制单元概略框图；

图4是解释根据本发明的中中央控制单元中包含的主动延时单元的功能结构图；

图5是解释包含在根据本发明的终端设备的结构的示意框图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明的具体实施方式进行解释。在说明实施例的所有的图中，具有相同功能的部分采用相同的符号，省略反复的说明。

本发明主要考虑了以下两方面的因素来进行延时处理：传输延时Tt和终端设备处理延时Tp。其中各延时的含义是，由于各个终端设备202-n与中央控制设备201之间距离引起的延时为传输延时Tt；各个终端设备在收到了来自中央控制设备201的命令后到开始执行动作的延时为设备执行延时Tp。

以下结合附图对本发明的技术方案进行具体地说明。

第一实施方式

附图2示出了根据本发明的一个实施方式的基于串行总线流媒体传输系统的总体系统结构。其中该系统包括多个终端设备202-1，202-2，……，202-n和中央控制设备201，所述多个终端设备202-1，202-2，……，202-n串联连接，并且所述中央控制设备201与所述串联连接的终端设备中的最前端的一个终端设备202-1相连，其中来自各个所述终端设备的信号被串联地上行传输至所述中央控制设备，并且来自所述中央控制设备的信号被串联地下行传输至与该信号相对应的终端设备，所述中央控制设备中设置有主动延时单元203(以下对其具体结构进行描述)连接，各个终端设备202-1，202-2，……，202-n中分别设置有定时器204-1，202-4，……，204-n。所述主动延时单元203(以下进行具体描述)基于各个终端设备202-1，……，202-n与中央控制设备201之间的传输延时Tt(n)、以及各个终端设备202-1，……，202-n在收到了来自中央控制设备201的命令后执行动作的执行延时Tp(n)为每个终端设备202-1，……，202-n设置分别在收到来自中央控制设备201的命令后开始执行命令前需要主动延时的时间长度t(n)。

附图3示出了本发明中中央控制设备201结构框图，其中主动延时单元203用于计算整个系统中各个终端设备的主动延时值，并储存进数据存储单元304。当中央控制设备把所有终端的主动延时值记录完成后，在向终端设备下发控制命令时，将针对各个终端设备202-1，……，202-n的主动延时值携带在控制命令的数据包中，并通过下行出端口305下发给各个终端设备202-1，……，202-n。各个终端设备202-1，……，202-n接收到控制命令时从中提取出属于本终端的主动延时值，并储存起来，并根据该延时数据值在执行命令时进行主动延时。

附图4示出了本发明的主动延时单元的功能结构图，其中，所述主动延时单元203包括传输时延计算单元401和执行延时确定单元402，上述两个单元分别将测得的传输延时Tt(n)和执行延时Tp(n)传输至固有延时确定单元404，固有延时确定单元404基于下述公式(1)确定在未执行主动延时处理的情况下各个终端设备的总的固有延时Ts(n)，

Ts(n)＝Tt(n)+Tp(n)…………            式(1)

随后，固有延时确定单元404将计算得到的各个固有延时Ts(n)输出给缓存器405，在计算完毕所有的终端设备的固有延时Ts(n)后，所述缓存器405将所缓存的所有Ts(n)输出至比较器406中，所述比较器406通过比较得到Ts(n)中延时值最大的Ts_max，并将Ts_max与上述各个Ts(n)一并输出给主动延时设置单元407，主动延时设置单元407通过如下公式(2)得到主动延时值Δt(n)，

Δt(n)＝Ts_max-Ts(n)…………            式(2)

并通过信号输出端口409将Δt(n)输出至数据存储单元304，在主动延时设置单元407计算得到所有终端设备的主动主动延时值Δt(n)并将其存储至数据存储单元304后，在中央控制设备向终端设备下发控制命令时，控制部303会进行控制以将对应于要接收该控制命令的终端设备的主动延时值Δt(n)携带在该控制命令的数据包中，并通过下行出端口305下发给该终端设备，该终端设备的设备延时判定单元501(以下结合附图5进行具体地描述)根据在控制命令中所携带的主动延时值判定需要进行主动延时，提取出接收到的控制命令的数据包中所携带的主动延时Δt(n)，并根据该主动延时Δt(n)使该终端设备主动延时Δt(n)的时间后开始执行该命令，例如，主动延时Δt(n)的时间后再将该接收到的控制命令和数据包提供给信号处理设备508，从而能够保证需要同步执行控制命令的终端设备之间能够精确地进行同步，或者各个终端设备能够按照严格的时间间隔执行各自的动作。

上述主动设置延时的过程例如可以在系统初始化的时候进行，也可以根据用户的主动选择来进行。

对于需要进行精确的延时控制的场合，例如现场会议和工业控制两种场合，对于同步的要求有所不同。具体地，在现场会议场合中，一般情况下，要求人声通过总线进行传输并混音和输出，因此要求不同终端设备尽量能够在同一时刻回放媒体数据，避免回音的产生。而对于工业应用，则必须通过延时处理保证不同终端设备能够协调作业，分别按照严格的相对时间要求执行各自的处理。

在此以现场会议的应用场合为例，对中央处理设备进行主动延时的设置的过程进行具体地解释。

例如，在该串行流媒体总线系统用于现场会议的混音处理时，当从各个终端设备202-1，……，202-n分别通过串行级联总线向中央处理设备201发送了音频数据，并且中央处理设备201对来自各个终端设备202-1，……，202-n的音频数据进行了混音处理之后，需要将混音信号发送至各个终端设备处分别进行播放，为了保证不同终端设备能够严格地在同一时刻回放混音信号，避免回音的产生，中央处理设备201以如下方式来设置每个终端设备的主动延时时间长度Δt(n)。

以如下情况为例进行说明：该混音系统中有16个终端设备，未执行延时处理的情况下确定出第10个终端设备的总的固有延时时间长度最大，为10ms，即Ts_max＝10ms，则各个终端设备202-n(n＝1，2，……，16)需要进行主动延时的时间长度将被设为Δt(n)＝10-Ts(n)，例如终端设备1的总的固有延时时间Ts(1)＝2ms时，终端设备1的主动延时时间长度Δt(1)＝10ms-2ms，为8ms，依次对系统中的所有终端设备进行主动延时设置，为第10个终端设备设置的主动延时Δt(10)＝0ms，(对于其他各个终端设备的主动延时时间长度的设置方式与终端设备1类似，不再赘述)。由于各个终端设备的实际延时时间长度等于总的固有延时和主动延时的时间之和，因此通过上述主动延时的过程保证了所有的终端设备实际执行命令的时刻都是自中央控制设备发出控制命令之后延时10ms。

通过如上主动地为各个终端设备设置延时，有效地保证了各个终端设备严格地在同一时刻执行混音信号的播放，避免了回音的产生。

在工业控制的场合下，如上所述，需要保证不同终端设备能够分别按照严格的时间要求执行各自的处理。

以如下情况为例进行说明：该工业控制系统中有16个终端设备，未执行延时处理的情况下确定出第10个终端设备的在总的固有延时时间长度最大，为10ms，即Ts_max＝10ms，在时刻t1向终端设备1发出执行动作1的命令，在时刻t2向终端设备2发出执行动作2的命令，……，在时刻tn 向终端设备n发出执行动作n的命令，则各个终端设备需要进行主动延时的时间长度可以被设为Δt(n)＝10-Ts(n)，终端设备n的主动延时时间长度将被设置为0ms，假如终端设备1的在进行延时处理前的总的固有延时时间Ts(1)＝2ms，终端设备2的在进行延时处理前的总的固有延时时间Ts(2)＝4ms时，终端设备1的主动延时时间长度将被设置为Δt(1)＝10ms-2ms，为8ms，终端设备2的主动延时时间长度将被设置为Δt(2)＝10ms-4ms，为6ms，依次对系统中的所有终端设备进行主动延时设置(对于其他各个终端设备的主动延时时间长度的设置方式与终端设备1类似，不再赘述)，从而在进行了该延时处理之后，使各个的终端设备201-n(n＝1，2，……，16)实际执行命令的时刻都是自中央控制设备发出控制命令的时刻tn之后延时10ms，使各个终端设备执行命令的时间间隔保持与中央控制设备发出命令的时间间隔精确相同，从而能够精确地保证各个终端设备协调工作，能够按照严格的相对时间要求执行动作。

以上的示例中，所述主动延时设置单元是根据所述最大的固有延时值与各个终端设备的固有延时之间的差来确定各个终端设备的主动延时值，但是很显然，可以任意设置一个比终端设备中的最大固有延时值大的设定值，通过计算该设定值与各个固有延时之间的差，并将该差值作为各个各个终端设备的主动延时值，也同样能够产生上述效果。

以下分别对传输时延计算单元401和执行延时确定单元402的工作方式进行解释。

具体地，根据串行总线流媒体传输系统的特点，中央控制设备20在预定的时间内周期地循环向终端设备下发广播命令，进行轮询呼叫(例如以2ms为周期循环发送)，分别呼叫所有在总线上的终端设备，并且在中央控制设备下发的广播命令中加入“时间戳”信息，并且将该“时间戳”信息提供给传输延时确定单元401，被呼叫到的终端设备在收到含有“时间戳”信息的改变命令包后，通过其中包含的设备延时判断模块501(以下将结合附图4具体描述)生成表示收到该广播命令的时间的“时间戳”，并立刻向中央控制设备201的传输延时确定单元401返回表示收到该广播命令的时间的“时间戳”，传输延时确定单元401计算上述发送广播命令的“时间戳”和各个终端设备返回的“时间戳”之间的差，该差值即为中央控制设备与各个终端设备的间的传输延迟Tt，并将其存储在存储器(未示出)中，直到中央控制设备收到了来自所有的终端设备返回的“时间戳”之后，停止该轮询呼叫，再次开始向各个终端设备进行轮询广播(例如以2ms为周期循环发送)，下发用于确定执行延时的命令数据和数据，在此以测试音频数据和用于播放该测试音频数据包的播放命令为例进行说明。

图5中示出了在各个终端设备中的用于计算执行延时的结构。

终端设备202本身在接收到来自中央控制设备201播放命令和音频测试包后需要对该播放命令和音频数据包进行处理，然后才开始执行该播放命令，因此终端设备在接收到来自中央控制设备201控制命令和开始执行该控制命令之间还存在一定的延迟，即执行延时。因此为了精准系统延时控制，应测量终端设备202的执行延时。

设备延时判定模块501在从上行输入端口505接收到来自中央控制设备201的播放命令时，首先根据控制命令判断是否需要进行主动延时，在该计算执行延时的过程中，由于来自中央控制设备201的播放命令中没有主动延时数据，因此不需要进行主动延时，则将播放命令和测试音频包提供给控制部507，同时生成表示接收到该播放命令的时间的时间戳数据，并将该“时间戳”保存在寄存器503-R内。控制部507根据该播放命令控制相应的设备对测试音频数据包进行处理，例如需要利用解码器进行解码，D/A转换器进行D/A转换，以及对数据进行抽样，(在此将进行上述数据处理的设备统称为信号处理设备508。本领域普通技术人员应当知道的是，在此仅仅是以音频测试包为例进行说明，实际上并不限于音频数据包，因此相应的处理设备也不相同，在此省略对具体的信号处理设备508的描述，以使本发明的重点更加清楚)最后将处理完毕的待播放的音频信号提供给用于进行播放的执行机构504-A(例如扬声器)进行播放，执行机构在开始进行播放的同时向寄存器503-R提供表示该播放时间的时间戳数据，存储器503-R则将所接收到的表示该播放时间的时间戳数据、之前存储的表示接收到该播放命令的时间的时间戳数据以及表示该终端设备的终端标识符一起通过上行端口输出端口506上行传输至中央控制设备201中的执行延时确定单元402，执行延时确定单元402根据所收到时间戳数据计算播放测试音频包的时间与接收到该播放命令的时间之间的差值，从而计算出接收到的终端标识符所表示的终端设备的执行延时Tp(n)。

在中央控制设备进行实际数据传输的情况下，

第二实施方式

第二实施方式与第一实施方式基本相同，其区别仅在于：上述主动延时单元203被分别设置在中央控制设备201外部，并与中央控制设备连接。

相应地，在各个终端设备中生成的用于计算中央控制设备与各个终端设备的间的传输延迟Tt的时间戳数据、以及在各个终端设备中生成的用于计算执行延时的时间戳数据在上行传输至中央控制设备后，将通过中央控制设备进一步提供给该主动延时单元，主动延时单元为各个终端设备计算出主动延时后，将其提供给中央控制设备，供中央控制设备按照上述相同的方式下发给相应的终端设备。

虽然为了说明的目的，本发明是参照所选择的特定实施例描述的，但显而易见的，本领域的技术人员可以对其进行各种修改而不脱离本发明的基本原理和范围。

Claims (10)

1.一种在基于串行总线的流媒体传输系统中的主动延时装置，在所述流媒体传输系统中多个终端设备通过串行总线串行连接，并且最前端的一个终端设备与中央控制设备连接，所述主动延时装置包括：

传输延时确定单元，用于根据来自所述中央控制设备的分别向各个终端设备发送广播命令的第一时间戳数据和来自各个终端设备的接收到所述广播命令的第二时间戳数据，分别计算所述中央控制设备与各个终端设备间的传输延时；

执行延时确定单元，用于根据表示各个终端设备从所述中央控制设备收到控制命令和数据包的时间的第三时间戳数据以及表示各个终端设备开始执行所述控制命令的时间的第四时间戳数据，分别为各个终端设备计算执行延时；

固有延时确定单元，用于根据所述传输延时和所述执行延时计算各个终端设备的固有延时；

比较器，用于比较所述各个终端设备的固有延时，以确定最大的固有延时值；以及

主动延时设置单元，用于根据所述最大的固有延时值以及各个终端设备的固有延时，确定各个终端设备的主动延时值。

2.根据权利要求1所述的主动延时装置，其中，所述主动延时设置单元根据所述最大的固有延时值与各个终端设备的固有延时之间的差，确定各个终端设备的主动延时值。

3.根据权利要求1或2所述的主动延时装置，其位于所述中央控制设备的内部。

4.一种基于串行总线的流媒体传输系统，其中多个终端设备通过串行总线串 行连接，并且最前端的一个终端设备与中央控制设备连接，其中：

所述中央控制设备包括如权利要求1-3中的任意一项所述的主动延时装置；

所述终端设备包括：

设备延时判断单元，其在接收到来自所述中央控制设备的广播轮询命令时，生成表示接收到该轮询命令的第二时间戳数据，并且该第二时间戳数据返回所述中央控制设备。

5.根据权利要求4所述的基于串行总线的流媒体传输系统，其中，所述终端设备还包括根据来自中央控制设备的控制命令进行相应动作的执行单元；

所述设备延时判断单元在接收到来自所述中央控制设备的控制命令和测试数据包时，生成表示接收到该控制命令和测试数据包的第三时间戳数据；

所述执行单元在开始执行所述动作时生成表示开始执行动作的时间的第四时间戳数据。

6.根据权利要求5所述的基于串行总线的流媒体传输系统，其中，在所述中央控制设备向所述终端设备发送的控制命令中设置有主动延时值时，所述设备延时判断单元在接收到所述控制命令时，根据其中包含的主动延时值，主动延时该主动延时值所表示的时间后，再将所接收到的控制命令提供给控制部。

7.根据权利要求4-6中的任意一项所述的基于串行总线的流媒体传输系统，其中所述系统是能够进行混音的会议系统。

8.根据权利要求4-6中的任意一项所述的基于串行总线的流媒体传输系统，其中在系统初始化的过程中利用所述主动延时装置为各个终端设备进行主动延时设置。

9.一种在基于串行总线的流媒体传输系统中的主动延时方法，在所述流媒体传输系统中多个终端设备通过串行总线串行连接，并且最前端的一个终端设备与中央控制设备连接，所述主动延时方法包括：

传输延时确定步骤，用于根据来自所述中央控制设备的分别向各个终端设备发送广播命令的第一时间戳数据和来自各个终端设备的接收到所述广播命令的第二时间戳数据，分别计算所述中央控制设备与各个终端设备间的传输延时；

执行延时确定步骤，用于根据表示各个终端设备从所述中央控制设备收到控制命令和数据包的时间的第三时间戳数据以及表示各个终端设备开始执行所述控制命令的时间的第四时间戳数据，分别为各个终端设备计算执行延时；

固有延时确定步骤，用于根据所述传输延时和所述执行延时计算各个终端设备的固有延时；

比较步骤，用于进行比较所述各个终端设备的固有延时，以确定最大的固有延时值；以及

主动延时设置步骤，用于根据所述最大的固有延时值与各个终端设备的固有延时之间的差，确定各个终端设备的主动延时值。

10.一种终端设备，其包含在基于串行总线的流媒体传输系统中，在所述流媒体传输系统中多个终端设备通过串行总线串行连接，并且最前端的一个终端设备与中央控制设备连接，所述终端设备包括：

控制部，用于根据来自所述中央控制设备的控制命令控制终端设备中包含的各个装置；

设备延时判断单元，其在接收到来自所述中央控制设备的广播轮询命令时，生成表示接收到该轮询命令的第二时间戳数据，并且该第二时间戳数据返回所述中央控制设备；在接收到来自所述中央控制设备的控制命令和测试数据包时，生成表示接收到该控制命令和测试数据包的第三时间戳数据；并且在接收到的来自所述中央控制设备的控制命令包含有主动延时值时，主动延时所述主动延时值所表示的时间后将所述控制命令提供给所述控制部；

执行单元，其用于根据所述控制部的控制，执行所述中央控制设备的控制命令所指示的动作；并且

所述执行单元在开始执行所述动作时生成表示开始执行动作的时间的第四时间戳数据；

其中第三时间戳数据和第四时间戳数据被传输至中央控制设备中的执行延时确定单元。