CN103581816A - 基于UPnP协议的无线多房间音乐系统的一种同步机制 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面向DLNA/UPnP协议下的无线多房间音乐的一种同步方法，其特征在于，首先需要对需要同步播放的无线音箱先进行一个分组管理，让所有的音箱设备加入到同一组并且连接到同一个无线局域网，这样才能通过移动终端来控制播放和暂停所有的音箱设备；加入分组之后需要将无线音频系统中的其中一个设备选定为主设备，其他设备设定为从设备；选定好主设备之后，移动终端（控制点）下达播放的命令，所有设备开始播放同一首音乐，与此同时主设备需要每隔一段时间间隔将自身的播放信息通过广播的形式发送出去，主设备作为广播的发送端，从设备作为广播的接收端，从设备接收到主设备发出的进度信息之后就和自身的进度进行比较，如果播放进度差的绝对值大于某一个设定范围，则对设备进行相应的调整，否则不进行任何操作继续播放。
Description
技术领域
本发明涉及一种音频播放系统，确切的说是涉及一种基于DLNA/UPnP协议下的无线多房间音乐播放系统下多个音箱同步播放同一首音乐的实现。
背景技术
近年来，随着移动互联技术的兴起，人们已经深深的感受到了移动互联技术带来的便捷。以智能手机、平板电脑为代表的移动智能终端正在掀起一场席卷全球的指尖革命，移动互联的发展已势不可挡。同时传统的娱乐方式也正在一步步发生着变化，这主要得益于移动带宽传输速率的改善，以音乐欣赏为例，目前存在着很多无线音箱，这些音箱可以连接到家庭里的无线网络，只要音箱设备满足DLNA协议，就可以使用手机控制音箱的播放和暂停。目前的无线音箱设备都是由手机或者专门的遥控器控制的，假如我们有多个音箱设备时，那彼此之间的音箱就不受控制了，当我们在房间的多个地方用不同的音箱播放同一首音乐时，我们希望在一个控制器的控制下不同位置的音箱设备可以同步播放同一首音乐，但是目前的音乐系统很难做到同步，每个音箱上播放的速度很大程度上取决于当前的网络状态，可控性差。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明实施提供了一种基于DLNA/UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制，以解决多房间音乐系统下播放同一首音乐时不同的音箱播放不同步的问题。
本发明首先需要对需要同步播放的无线音箱先进行一个分组管理，让所有的音箱设备加入到同一组并且连接到同一个无线局域网，这样才能通过移动终端来控制播放和暂停所有的音箱设备；加入分组之后需要将无线音频系统中的其中一个设备选定为主设备，其他设备设定为从设备；选定好主设备之后，移动终端（控制点）下达播放的命令，所有设备开始播放同一首音乐，与此同时主设备需要每隔一段时间间隔将自身的播放信息通过广播的形式发送出去，主设备作为广播的发送端，从设备作为广播的接收端，从设备接收到主设备发出的进度信息之后就和自身的进度进行比较，如果播放进度差的绝对值大于某一个设定范围，则对设备进行相应的调整，否则不进行任何操作继续播放。
所述无线音频系统包括移动终端、带有WiFi功能的音频处理芯片、无线路由器和外接音箱。
所述移动终端可以是手机、平板电脑、个人PC机，其中既可以是使用Andriod系统的安卓设备也可以是使用ios系统的苹果设备。移动终端须有WiFi发射功能。
所述主设备为多房间系统中使用最频繁的音乐系统。
所述从设备为多房间系统中除主设备以外的其他所有设备。
所述广播需要将主设备设为发送端，将从设备设为接收端，通过socket网络编程的方法来实现。
所述相应的调整是通过比较两个设备之间的播放进度时间差来决定做出何种调整。当两个设备都处于播放状态下，如果两播放设备时间差的绝对值在某一范围内（比如说40ms，这个可以根据需要自行设定），则从设备继续播放，不进行任何操作；如果时间差的绝对值超出某一范围，则要对从设备加以修正以达到和主设备同步播放的效果。由于音频解码数据是移动终端（控制点）通过TCP传送出去的，接收端（音频芯片）接收到音频解码数据之后再通过声卡将声音播放出来，所以我们采用直接修改声卡RAM缓冲区里音频数据的方法来达到快速快进和倒退的功能。假设上述时间差的比较结果显示从设备比主设备快，那么就需要在这一小段慢的时间差内插入一些数据以达到暂时减慢播放速度的效果；反之，如果从设备比主设备慢则需要丢弃一部分缓冲数据来达到同步的效果。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明提供了一种面向DLNA/UPnP协议下的无线多房间音乐的一种同步方法。通过本方法可解决目前存在的多音箱播放时不同步的问题，进一步完善了用户在多房间音乐系统下的播放功能，提高了用户体验。通过这种同步技术，可以完善目前多房间音乐系统存在的各音箱不同步的缺陷，提高产品的竞争力，并且该方法实现简单，同步效果明显。
附图说明
图1是本发明中无线多房间音乐系统的模块连接示意图；
图2是本发明中控制点（移动终端）操作流程图；
图3是本发明中操作流程图；
图4是本发明中主设备框图；
图5是本发明从设备操作流程图；
图6是本发明中对音频数据处理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明的基于UPnP协议的无线多房间音乐的音乐系统主要包含三个模块：控制点（CP）、数字媒体渲染器（DMR）和数字媒体服务器（DMS）。其中控制点一般是手机、平板电脑等智能终端。数字媒体渲染器（DMR）是指具有无线wifi功能的开发板，在此我们选用的是mips处理器的君正开发板。数字媒体服务器(DMS)既可以是家庭电脑，也可以是我们的智能终端。各模块连接示意图可参考图1所示。
控制点（移动终端）对无线音频设备控制是无线多房间音乐系统中用户体验最深刻的一个环节，因为一般客户不会过多关心本系统是如何实现的，他们只关心如何进行实际操作从而带来不一样的音乐体验。本发明中控制点（移动终端）首先需要加入到和无线音频芯片同一个局域网上，然后将自行开发的软件打开，之后会发现在该局域网上所有可用的UPnP设备，我们可以选取几个设备加入到同一个分组中，加入分组之后就可以选择手机端或者其他服务器上的音频资源进行播放。控制点的操作流程如图2所示。
本发明的同步机制包括控制端、主设备和从设备三个部分。其中控制端即上所述控制点，主设备是所有设备中通过广播比较之后选定的一个反应最快的设备，从设备是除主设备之外的所有其他设备。主从设备具体操作流程图如图3所示。
主设备的选定可以采用“发送-响应“的方式来选取反应最快的设备。所谓发送-响应方式是指系统中存在若干个音频播放设备时，当所有设备都加入到同一个分组之后，可在控制端向所有设备发送一个简单的播放开始信号，然后选定最先开始播放（即对播放信号响应最快，缓冲效果最好）的设备为主设备，其他所有设备为从设备。
主设备主要包括获取设备广播地址、获取设备当前进度信息和广播通信三个模块。广播地址可通过socket网络编程的方式获得，可先获得设备的IP地址和子网掩码再逐位相与。因为主设备播放时要一边获取进度信息又要一边广播，所以设备当前进度信息需要采用多线程编程的方法。当检测到设备处于播放状态时，就将设备的位置信息（T main ）存储在一个寄存器中并且每隔一段时间隔广播当前设备进度信息。广播的时间间隔可根据不同的情况进行选取，假定时间间隔为T bd ，主设备功能框图如图4所示。
从设备主要包括广播接收、时间比较、插值、抽样和滤波五个模块，功能框图如图5所示。在广播通信中，从设备作为广播的数据接收端。当设备处于播放状态时，设备将接受到的进度信息和自身的进度(T slave )进行比较，如果两者之间的时间差值小于设定的范围(△t)，则从设备不做任何变化继续播放；如果两者之间的差值大于设定的范围。即当|T main -T slave |≥△t时,对其进行下一步的处理。
如果|T main -T slave |≥△t，其中△t可以根据需要自行调整，一般我们人耳对50-200ms级的延时是感觉不出来的。为了达到更好的同步精度我们选取50ms,实际上我们的播放进度信息都是精确到纳秒级别的，但考虑到传输以及广播存在着一定的延时，取50ms已经很精确了。当上述绝对值为正时，说明主设备播放速度要比从设备快，为使两设备保持同步则从设备需要丢弃一部分缓冲区的数据；当上述绝对值为负时，说明主设备播放速度要比从设备慢，为使两设备保持同步则从设备需要在一段缓冲区数据内插入一部分数值。
当主设备比从设备快t时，若播放设备的采样率为f s ,则从设备需要丢弃（t×f s ）位的数值才能与主设备保持同步播放，要在缓冲区丢弃（t×f s ）位数据，不能一次性丢弃,否则音乐会有明显的断断续续。为此我们可以选择每隔m位就丢弃一位数据，m可根据需要选取不同的值，后续将做进一步详细的介绍。丢弃之后设备原来需要播放t秒的数据将变为(m/m+1) ×t秒。比如m取1时，播放时间将只需要原来的一半，经过两次丢值之后设备就能达到同步。
一般的，我们假设两播放设备的时间差为T,广播时间为T bd ，△t表示判断时间差的精度值，当T>△t时就是上述讨论的情况主设备比从设备快时，每隔m位就丢弃一位数据，则从设备在Tbd时间内，从设备的播放时间将从T bd 变为(m/m+1) ×T bd ，此时两设备的播放时间差将从T变为T---- ’
也即变为（T- T bd /m），经过一次丢值之后再将（T- T bd /m）和△t进行比较，如果（T- T bd /m）任然大于△t，则再次进行抽样运算，直至两播放设备同步达到预期精度。假设经过n次丢值之后两设备达到同步精度，则n次丢值之后两设备的时间差为
（T-- ） （2）
n的取值为满足（T-n×T bd /m）≤△t时的取值。
同理，当主设备的播放速度比从设备慢时则从设备需要对缓冲区数据进行插值运算。插值运算有很多，此时我们选用比较简单的平均插值算法。假设X[N]表示设备缓冲区的音频解码数据，用X[n]表示某一时刻音频数值的幅度值，则需要在X[n]和X[n+1]之间插入T时，插值公式为T=(X[n]+X[n+1])/2。不失一般性,如果每隔m位就插入一位数值，即在m和m+1处插入T=(X[n]+X[n+1])/2,则经过n次插值后两播放设备的时间差为（T-n×T bd /m），同样n的取值为满足条件（T-n×T bd /m）≤△t时的取值。
由上述公式（2）知道广播的时间间隔T bd 、时间精度比较值△t和m的选取可根据实际需求进行选择。一般的如果广播时间间隔选取过大则可能同步效果不明显；如果选取过小当两播放进度差相差超过一秒时需要较长时间才能达到同步。同样时间精度比较值△t 值适合在50-200ms范围内选取，如果过小则可能比广播时间和传输延时之和还要小；若过大则可能同步效果不明显。对于m的取值则可相应的取较小的值，如1和2等，因为我们要处理的数据毕竟是要在较短时间内完成的，取值过大可能需要较长时间才能完成同步要求。
对音频数据的处理具体框图可参考图6所示。其中X[n]表示音频解码数据，Xs[n]表示插值（抽样）后的音频数据，H[n]为低通滤波器，不管是经过上述插值还是抽样运算都要对数据进行滤波再播放，我们可以选用低通滤波器对Xs[n]进行滤波，Y[n]是经过滤波后的音频数据，可直接传送给声卡播放。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (6)
1.一种基于UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制,其特征在于，它包括：
实现UPnP协议的无线多房间音乐系统；
实现多房间同步播放的同步机制；
所述的同步播放机制提供了一种基于DLNA/UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制，以解决多房间音乐系统下播放同一首音乐时不同的音箱播放不同步的问题。
2.根据权利要求1所述的基于UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制，其特征在于，所述基于UPnP协议的无线多房间音乐的音乐系统主要包含三个模块：控制点（CP）、数字媒体渲染器（DMR）和数字媒体服务器（DMS）。
3.根据权利要求3所述的基于UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制，其特征在于，所述控制点（移动终端）首先需要加入到和无线音频芯片同一个局域网上，然后将自行开发的软件打开，之后会发现在该局域网上所有可用的UPnP设备，我们可以选取几个设备加入到同一个分组中，加入分组之后就可以选择手机端或者其他服务器上的音频资源进行播放。
4.根据权利要求1所述的基于UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制，其特征在于，所述同步机制包括控制端、主设备和从设备三个部分。
5.根据权利要求4所述的基于UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制，其特征在于，所述主设备主要包括获取设备广播地址、获取设备当前进度信息和广播通信三个模块。
6.根据权利要求4所述的基于UPnP协议下的无线多房间音乐系统下的一种同步机制，其特征在于，所述从设备主要包括广播接收、时间比较、插值、抽样和滤波五个模块。
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