CN107431859A - 带有控制数据的封装的音频数据的无线广播 - Google Patents

带有控制数据的封装的音频数据的无线广播 Download PDF

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Abstract

一种能够根据无线通信协议进行操作的设备，该设备被配置为：从音频数据源接收音频数据；生成用于控制音频数据的重放音量的音量控制数据；将音频数据和音量控制数据封装在广播分组中；并根据无线通信协议来广播分组。

Description

带有控制数据的封装的音频数据的无线广播
相关申请
本申请要求2014年12月31日提交的题为“同步控制(Synchronised Control)”的美国专利申请No.14/587,595的优先权的利益，其全部内容通过引用被并入本文。
技术领域
本发明涉及同步控制多个设备处的媒体的重放。
背景技术
无线传送数据的能力已经引起了许多新的和改进的应用和设备。正在通过利用无线功能代替有线来改进一些传统上有线的系统。例如，传统的5.1环绕声系统需要位于房间的不同部分并连线到中央接收器的6个扬声器。许多用户发现安装这样的系统所需的布线非常不方便且麻烦。因此，多扬声器系统已经被提供有无线功能，其允许用户容易地安装和使用系统。
一些无线多扬声器系统采用无线连接到系统中的扬声器的集线器。集线器可以存储用户的音乐集合，并且可以将存储的用于重放的音乐无线发送到系统中的扬声器。用户可以经由例如集线器上的用户接口或连接到集线器的设备来选择将要由扬声器输出的音乐。
通常，采用集线器的这种系统在专有网络中进行操作。这种专有系统向所有者提供灵活性、控制性和自由性，以利用其专有设备实现不同的功能。然而，这种专有系统的问题是它们可能与来自其他供应商的设备不兼容。这可以限制其他供应商制造在无线扬声器系统中使用的设备(例如，额外的扬声器或媒体源)，并且因此也限制了消费者的选择。此外，这种系统的初始配置对于用户来说经常是复杂和耗时的。因此，需要一种传送媒体的技术，使得多个重放设备能够以简单、容易和受控的方式重放媒体。
发明内容
根据一个方面，提供一种能够根据无线通信协议进行操作的设备，该设备被配置为：从音频数据源接收音频数据；生成用于控制音频数据的重放音量的音量控制数据；将音频数据和音量控制数据封装在广播分组中；并根据无线通信协议广播该分组。
音量数据可以依据用于播放音频数据的时间来生成。
设备可以包括被配置为接收音频数据和音量数据并且以取决于音量控制数据的音量级来播放音频数据的重放设备。
广播可以是单向的。
无线通信协议可以是蓝牙。广播可以是无连接从属广播。
广播分组可以包括用于音频数据的第一部分和用于音量控制数据的第二部分。
音量控制数据可以表示以dB、dBm、dBfs或dBV为单位的音量级。
可以依据用户输入来生成音量控制数据。
根据另一方面，提供了一种能够根据无线通信协议进行操作的设备，该设备被配置为：接收根据无线通信协议广播的广播分组，其中该广播分组包括音频数据和音量控制数据；
对音频数据进行解码；依据音量控制数据确定用于播放解码的音频数据的音量级；以及以确定的音量级来播放解码的音频数据。
广播分组可以包括用于播放音频的时间，并且该设备被配置为在该时间播放解码的音频。
设备可以包括用于设置用于播放音频的音量级的用户接口。
可以进一步依据由用户接口设置的音量级确定用于播放解码的音频的音量级。
该设备可以被配置为分析音量控制数据，并且依据该分析忽略由用户接口设置的音量级。
无线通信协议可以是蓝牙。
可以经由无连接从属广播来接收该广播分组。
根据另一方面，提供了播放音频流的方法，包括：接收分组的流，每个分组包括表示音频流的一个或多个音频帧以及与所述一个或多个帧相关联的音量控制数据，根据无线通信协议广播分组的流；依据包含在与音频帧相同的分组中的音量控制数据来设置用于每个音频帧的重放音量；以针对该帧设置的重放音量来播放音频流的每个音频帧。
无线通信协议可以是蓝牙。
可以经由无连接从属广播来接收分组的流。
每个分组可以包括指示用于播放每个帧的时间的时间数据，并且在针对该音频帧指示的时间播放每个音频帧。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明。在图中：
图1示出了无线通信设备；
图2示出了无线扬声器系统；
图3示出了用于无线扬声器系统的分组格式；
图4示出了用于播放音频流的过程；以及
图5示出了计算设备。
具体实施方式
呈现以下描述以使本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明，并且以下描述被提供在特定应用的上下文中。针对所公开的实施例的各种修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其它实施例和应用。因此，本发明不是要被限于所示的实施例，而是要符合与本文公开的原理和特征一致的最宽范围。
以下描述了用于广播数据和接收该广播数据的无线通信设备。该数据在此被描述为以分组和/或帧和/或消息的形式被发送。出于描述的方便性和简单性的目的而使用该术语。分组、帧和消息在不同的通信协议中具有不同的格式。一些通信协议使用不同的术语。因此，应当理解，术语“分组”和“帧”以及“消息”在本文中用于表示通过网络发送的任何信号、数据或消息。
图1示出了能够根据通信协议进行操作的无线通信设备100的架构。设备100包括天线11、射频(RF)前端12和基带处理器13。基带处理器13包括微处理器14和非易失性存储器15。非易失性存储器15以非暂时性的形式存储由微处理器可执行的使基带处理器实现设备的通信协议和本文描述的方法的程序代码。
为了发送信号，处理器13可以驱动RF前端12，这继而使天线11发射适合的RF信号。在天线11处接收的信号可以由RF前端12进行预处理(例如，通过模拟滤波和放大)，这向处理器13呈现了相对应的信号以用于解码。处理器可以以各种方式对这些信号进行响应，如将在下面更详细描述。设备100还包括时钟16，时钟16可由微处理器14开启或关闭以便节省功率。RF前端12和基带处理器13可以被实现在一个或多个集成电路上。
在设备100根据两个或更多个通信协议进行操作的情况下，其可以具有用于每个通信协议的单独的收发机电路，在这种情况下，图1的设备还将额外具有用于其所支持的每个通信协议的另外的天线、RF前端和基带处理器。可替代地，天线、RF前端和基带处理器中的一个或多个可以由设备被配置为与之进行通信的通信协议中的两个或更多个所共享。图1示出了说明对第二通信协议的支持的辅助通信设备20。在示例中，设备100可以基于蓝牙协议。可以由辅助设备20支持的协议的示例包括诸如IEEE802.11、以太网、USB、DAB等的协议。
蓝牙通信协议通常用于便携式设备和计算设备等等之间的许多无线应用。它越来越多地用于家庭应用中，用于例如流式传输或重放音频和/或视频数据的功能，以及用于其他多媒体应用中，例如使用便携式游戏设备的游戏。将参考可以根据蓝牙通信协议进行操作的设备来描述以下描述的方法和设备。下面描述的一般原理可以应用于根据其他通信协议(如Wi-Fi、Zigbee等)进行操作的设备和系统。
图2示出了多扬声器系统200的示例。系统200包括集线器设备201和一个或多个远程设备202。集线器设备201和远程设备202各自包括根据无线通信协议(例如，蓝牙)进行操作的无线通信设备(例如，设备100)。
集线器设备201可以连接到媒体源(未示出)。媒体源可以是例如内部存储设备(例如，闪存、硬盘)、可移动存储设备(例如，存储卡、CD)、联网的存储设备(例如，网络驱动器或云)、互联网媒体提供商(例如，流式传输服务)、无线电(例如，DAB)、麦克风等。媒体源可以是经由设备100或其他适合的接口(例如，USB、模拟线路输入、I2S、S/PDIF、蓝牙、以太网、Wi-Fi、DAB等)而可访问的。集线器设备201可以是例如智能电话、平板计算机、PC、膝上型计算机、智能手表、智能眼镜、扬声器、智能电视、AV接收机、混音器、游戏控制台、游戏控制器、媒体集线器、机顶盒、Hi-Fi等等。
每个远程设备202(以及可选地，集线器设备201)包括(或连接到)媒体输出，例如，扬声器、显示器、振动反馈电动机等，以用于播放媒体。在图2中描绘了扬声器作为示例。媒体输出可以连接到无线通信设备100和/或媒体源以接收媒体用于重放。图2的示例示出了四个远程设备202。然而，可以将更多的远程设备(例如数十、数百甚至数千)添加到系统200中，将如下所述。远程设备202可以是例如独立的扬声器或集成到诸如智能电话、TV、对接站、Hi-Fi、智能手表、智能眼镜、虚拟现实耳机等的其他设备中。
集线器设备201可以包括用户接口(UI)203。用户接口203可以是例如触摸屏、一个或多个按钮、用于接收语音命令的麦克风、用于接收用户姿势的摄像机、诸如鼠标之类的外围设备等。用户接口203允许用户选择和控制将要由远程设备202(以及集线器设备，如果提供有媒体输出)重放的媒体。例如，用户可以经由用户接口203选择要重放的音乐、开始/停止音乐、调整音乐的音量级等等。可替代地或附加地，在另一设备上的用户接口上做出的用户命令可以被传送到集线器设备201。例如，用户命令可以从在智能电话上运行的应用被发送到集线器设备201。
如上所述，集线器设备201可以包括(或连接到)媒体源。来自媒体源的媒体可以是(例如，经由用户接口203)被选择用于重放的音频。集线器设备201和远程设备202能够根据一个或多个编解码器对音频进行编码和解码。集线器设备201可以将媒体从一种格式转换为适合于向远程设备202广播的另一种格式。例如，用于广播的带宽可能是受限的，并因此可以选择对媒体进行编码和压缩的适合的编解码器，使得能够在可用带宽内以所需的质量级别广播媒体并且从容地处理丢失的帧。优选地，适合的编解码器提供帧之间的低耦合、低比特率和分组丢失隐藏。适合的编解码器的示例是约束能量重叠变换(ConstrainedEnergy Lapped Transform(CELT))或Opus。可以使用其他适合的编解码器。例如，集线器设备201可以接收PCM音频(其具有高比特率)作为其源媒体，并将该PCM音频转换为CELT(其具有较低的比特率)，并将CELT编码的数据发送到远程设备202。媒体可以被编码成一系列帧，其可以是固定的大小或可变的大小。可以压缩媒体数据。
在常规无线多扬声器系统中，通常在每个扬声器和中央控制器(例如集线器或中央扬声器)之间提供直接连接。每个连接用于在中央控制器和扬声器之间传送数据(如音频数据和控制数据)。通常通过向每个扬声器连接提供专用控制信道或分组来实现控制功能(例如暂停、音量控制等)。音频数据通常以不同的信道或分组发送。在无线连接有损或受到干扰的某些情况下，一些控制分组或音频分组可以不被扬声器中的所有扬声器接收。这可以导致音频和该音频的控制对于扬声器中的一些或全部是不同步的。在本发明的一方面中，控制数据被提供在与音频数据相同的分组中，其保持了与该音频的控制的同步，如下面进一步描述的。
由集线器设备广播的媒体可以由集线器设备的覆盖区域内的许多远程设备202所接收。图3示出了广播分组300的示例结构。广播分组300包括用于控制数据的部分301和用于媒体数据的部分302。媒体部分302可以包括一个或多个媒体帧。作为示例，图3描绘了两个音频帧303和305。集线器设备201将一个或多个音频帧和这些帧的控制数据封装在广播分组300中。在一些情况下，没有音频帧被封装并被广播，而仅有控制数据被封装并被广播。在这种情况下，当音频没有播放时(例如，在设置音频流的同时或在声道之间)，控制数据可用于同步地控制非音频特征。
分组300由集线器设备201广播。在广播范围内的任何远程设备202可以接收广播的分组。当每个远程设备202接收到相同的广播的分组时，可以由扬声器中的每一个来重放相同的音频帧。优选地，集线器设备201被配置为根据蓝牙核心规范附录4(Bluetooth CoreSpecification Addendum4)的无连接从属广播(connectionless slave broadcast(CSB))特征来广播分组300。优选地，每个远程设备202被配置为接收CSB广播。
无连接从属广播模式是蓝牙的特征，其使得蓝牙微微网主设备能够向任何数量的从属设备广播数据。这与普通蓝牙操作不同，其中微微网被限于八个设备：一个主设备和七个从属设备。在CSB模式中，主设备保留用于发送广播数据的特定逻辑传输。该广播数据根据定时和频率调度被发送。主设备在同步扫描通道上发送包含该定时和频率调度的同步列。为了接收广播，从属设备首先实现同步过程。在此同步过程中，从属设备侦听同步扫描通道以便从主设备接收同步列。这使得其能够确定主设备的蓝牙时钟以及广播分组的定时和频率调度。出于接收CSB的目的，从属设备将其蓝牙时钟与主设备的蓝牙时钟进行同步。然后，从属设备可以停止侦听同步列分组。从属设备根据从同步过程中确定的定时和频率调度来打开其接收窗口，以便从主设备接收CSB广播。
CSB是无连接的，并因此在集线器设备201和远程设备202之间没有连接。与标准蓝牙连接不同，在CSB设备之间没有连接。CSB可以被认为是不可靠的，因为接收广播的设备可能不能确认在广播中被发送的分组的接收，或不能请求分组的重传，因为CSB是单向的。
在与媒体数据相同的分组中(例如，在广播分组300中)提供控制数据允许远程设备202如按集线器设备201所预期的来控制该媒体。如上所述，然而在常规的系统中，用于媒体的控制数据可以未被接收到(或未及时接收到)，这可能导致媒体的控制不同步。
控制数据部分302可以包括用于分组300的音频部分302中的音频帧的控制数据。例如，每个分组300的控制数据部分302可以包括用于包含在该分组的音频部分302中的音频帧的音量控制数据。用于音频帧的其他控制数据可以被包括在部分301中，控制数据例如，命令(例如，播放、暂停、停止等)、重放速率、均衡数据等。当每个远程设备202接收到相同的广播的分组时，从控制数据产生的相同的动作可以同时由设备202中的每一个针对每个帧执行。
优选地，被广播的每个分组的控制数据部分301包括音量控制数据。音量控制数据控制在相同分组中的音频帧的音量级。例如，在分组的流中，分组中的每一个将具有用于设置相同分组中的帧的音量级的音量控制数据。当流中的每个分组被广播时，每个远程设备202均能够接收相同的分组，并因此设备能够同步地控制要播放的音频的音量级。这允许用户经由用户接口203处的单个输入来控制由设备202中的所有输出的音量。
在其中音频部分302中提供了多个帧的情况下，针对多个帧中的每一个或单个帧在部分301中可以存在不同的控制数据，而针对所有帧可以存在相同的控制数据。例如，可以针对相同的分组内的不同的帧设置不同的音量级，或者可以针对相同的分组中的所有帧设置相同的音量级。
如上所述，CSB可以被认为是不可靠的，因为广播是单向的并且远程设备可能不能够提供对未被正确接收的分组的确认或重传请求。因此，远程设备202中的一些可能未接收到一些分组，并且设备202可能不能接收不同的分组。例如，如果在单独的专用控制分组(而不是与音频相同的分组中)中提供音量控制，则接收控制分组的不可靠性可能导致扬声器以不同音量级播放相同的音频。然而，通过提供音频数据以及控制该音频的音量级的音量控制数据，(接收分组的)每个远程设备202将以与其他设备202相同的音量级来播放该音频段。
在广播分组300中提供的每个媒体帧与表示用于播出该帧的时间的数据相关联。例如，这个播放时间(TTP)数据可以在媒体帧的报头中提供。这在图3中被示出，其中媒体部分302包括两个音频帧，其中的每个音频帧在其报头中具有TTP数据304和306以及在其有效载荷303和305中具有相应的音频数据。集线器设备201确定针对每个音频帧的TTP，TTP指示音频帧中的音频数据应该被播出的时间。TTP数据可以是从集线器设备201的蓝牙时钟(例如，时钟16)导出的绝对时间。每个远程设备202可以将其蓝牙时钟(例如，时钟16)与集线器设备201蓝牙时钟进行同步。当每个远程设备202接收相同的广播分组300时，每个音频帧在由TTP指示的时间处由设备202同步播放并且同步控制。
接收广播分组300的每个远程设备202被配置为对分组的音频部分302中的音频帧或多个音频帧进行解码，并且基于包含在相同分组的控制数据部分301中的音量控制数据来确定用于那些帧的音量级。然后，设备202在该段的TTP处以其确定的音量级来播放解码的音频的每个段。音量控制数据可以是例如以dB、dBv、dBm、dBfs、W或能够表示针对与控制数据相关联的音频帧输出的相对或者绝对声压级的任何其他单位为单位的的级别。
每个远程设备202可以包括可以控制所接收的音频的重放的用户接口(未示出)。例如，设备202可以具有用于音量控制的用户接口。在这种情况下，接收到的音量控制数据可以指定相对于由设备202处的用户接口设置的音量级的音量级。因此，用于接收的音频的重放音量级可以取决于由设备202处的用户接口指定的并且然后依据所接收的音量控制数据进行调整的音量级。可替代地，音量控制数据可以指定音频应当被输出的绝对功率电平。在这种情况下，可以忽略在设备202处的用户接口设置的音量级，并且以指定的功率电平播放所接收的音频。这允许具有在不同功率下操作的扬声器的不同远程设备202全部以相同的功率同步输出音频。
可以依据用户接口203处的用户输入来生成音量控制数据，如上所述。可以生成音量控制数据，使得远程设备202处的音量级同步地逐渐上升到由用户设置的级别。例如，在重播开始时，可以期望的是听众体验到逐渐地将由每个设备202输出的音频的音量上升到一个水平，而不是突然以该级别来播放。可以设置音量控制数据，使得在从将要重放的第一音频帧开始的预定时间段内，设备202逐渐增加重放音量。可以基于该帧的TTP数据来确定落在预定时间内的帧。因此，可以基于在与音量控制数据相同的分组中的帧的TTP来设置音量控制数据。例如，可以设置一系列连续音频帧的音量级，使得它随着这些帧的TTP所指示的时间而增加。类似地，可以设置音量控制数据，使得当音频结束时音量可以下降。
新的远程设备202可以在集线器设备201正在广播的同时进入或离开系统200而不影响该广播。由于广播是单向的，所以集线器设备201不受接收其广播的设备202的影响。因此，远程设备202可以容易且简单地被添加到系统200或从系统200中被移除，而不需要重新配置集线器设备201。当新的远程设备202进入集线器设备201的覆盖区域时，设备可以开始播放广播的音频。在播放开始时，新设备202可以将输出音量逐渐上升到由音量控制数据指定的级别，而不是立即播放由接收的音量控制数据设置的音量，以避免突然大声的重放。
图4示出了用于播放音频流的示例流程图。在步骤401，在设备处接收分组的流(例如，分组300)。每个分组包括表示音频流的一个或多个音频帧和与这些帧中的每一个相关联的音量控制数据。每个分组可以包括指示用于播放帧中的每个的时间的TTP数据，如上所述。可以根据CSB来广播分组的流，如上所述。在步骤402，当设备处的时钟指向用于播放帧中的一个的时间时，根据该帧的音量控制数据在该设备处设置重放音量。在步骤403，以设置的重放音量播出该帧。当时钟指向后续相对应的TTP时，针对后续帧重复步骤402和403。
现在参考图5。图5示出了基于计算的设备600，其中可以实现所描述的远程设备。基于计算的设备可以是电子设备。基于计算的设备示出了用于存储接收的帧的媒体数据和控制数据并且用于控制接收的帧的媒体数据的重放的功能。
基于计算的设备600包括处理器601，该处理器601用于处理计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被配置为控制设备的操作，以便执行可以控制所接收的媒体的同步重放。可以使用任何非暂时性计算机可读介质(例如，存储器602)来提供计算机可执行指令。可以在基于计算机的设备600处提供的另外的软件包括控制逻辑603，其实现用于媒体的控制功能(例如，音量控制)，如上所述。可替代地，可以部分地或全部地以硬件来实现控制。存储装置604存储媒体帧的播出时间和控制功能。存储装置605存储媒体帧的媒体数据。基于计算的设备600还包括用于从集线器设备接收广播音频的接收接口606。接收机可以是包括时钟的上述无线通信设备100。基于计算的设备600可额外包括发送接口607。基于计算的设备600还包括诸如扩音器608之类的媒体输出，以用于在播出时间本地播放音频。
图1所示的结构是要对应于装置中的多个功能块。这只是为了说明的目的。图1并不是要在芯片上的硬件的不同部分之间或软件中的不同程序、过程或功能之间定义严格的划分。在一些实施例中，本文描述的算法中的一些或全部可以全部或部分地以硬件来执行。在其他实现中，算法可以由在软件控制下行动的处理器来实现。任何这样的软件优选地被存储在诸如存储器(RAM、高速缓存、硬盘等)或其它存储单元(USB棒、CD、磁盘等)的非暂时性计算机可读介质上。
申请人在此单独地公开了本文所描述的每个单独特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，以达到能够基于本说明书整体根据本领域的技术人员的公知常识来实施这些特征或组合的程度，而不考虑这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且没有对权利要求的范围的限制。申请人指出，本发明的方面可以由任何这样的单独特征或特征的组合组成。鉴于先前的描述，对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。

Claims (20)

1.一种能够根据无线通信协议进行操作的设备，所述设备被配置为：
从音频数据源接收音频数据；
生成用于控制所述音频数据的重放音量的音量控制数据；
将所述音频数据和所述音量控制数据封装在广播分组中；以及
根据所述无线通信协议来广播所述分组。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，依据用于播放所述音频数据的时间来生成音量数据。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括重放设备，所述重放设备被配置为接收所述音频数据和所述音量数据并且以取决于所述音量控制数据的音量级来播放所述音频数据。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述广播是单向的。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述无线通信协议是蓝牙。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述广播是无连接从属广播。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述广播分组包括用于所述音频数据的第一部分和用于所述音量控制数据的第二部分。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述音量控制数据表示以dB、dBm、dBfs或dBV为单位的音量级。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述音量控制数据是依据用户输入被生成的。
10.一种能够根据无线通信协议进行操作的设备，所述设备被配置为：
接收根据所述无线通信协议广播的广播分组，其中，所述广播分组包括音频数据和音量控制数据；
对所述音频数据进行解码；
依据所述音量控制数据确定用于播放解码的音频数据的音量级；以及
以确定的音量级播放所述解码的音频数据。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述广播分组包括用于播放所述音频的时间，并且所述设备被配置为在所述时间处播放所述解码的音频。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述设备包括用于设置用于播放音频的音量级的用户接口。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，用于播放所述解码的音频的所述音量级进一步是依据由所述用户接口设置的所述音量级被确定的。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述设备被配置为分析所述音量控制数据，并且依据所述分析，忽略由所述用户接口设置的所述音量级。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述无线通信协议是蓝牙。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述广播分组是经由无连接从属广播被接收的。
17.一种播放音频流的方法，包括：
接收分组的流，每个分组包括表示音频流的一个或多个音频帧和与所述一个或多个帧相关联的音量控制数据，所述分组的流是根据无线通信协议被广播的；
依据包含在与所述音频帧相同的分组中的所述音量控制数据来设置每个音频帧的重放音量；
以针对所述帧设置的重放音量来播放所述音频流的每个音频帧。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述无线通信协议是蓝牙。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述分组的流是经由无连接从属广播而被接收的。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，每个分组包括指示用于播放每个帧的时间的时间数据，并且每个音频帧在针对所述音频帧指示的时间处被播放。
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