CN108768811B - 一种天地音视频通信同步方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种天地音视频通信同步方法，包括步骤：将航天器的话音终端和地面设备一同组成1553B总线通信网，话音终端从地面设备上行的数据帧中解析出话音同步系数；在话音终端的DSP芯片中定义读写话音内存的读指针和写指针，并将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给话音终端的编码模块，编码模块将话音源码编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到地面设备；地面设备收到话音和图像的编码数据后，进行解码并播放话音和显示图像，并根据话音和图像的时延的差异进行动态配置话音同步系数，按照1553B总线通信网协议将动态配置的话音同步系数组帧后上行给话音终端。只需动态调整话音同步系数即可完成天地音视频通信同步，无需占用更多的天地信道资源。

Description

一种天地音视频通信同步方法及系统
技术领域
本发明涉及航天器音视频同步技术领域，具体涉及一种天地音视频通信同步方法及系统。
背景技术
随着航天测控技术的发展，视频、话音编解码技术已广泛应到于航天领域。航天器的图像和话音数据产生的终端设备不同，且均需要通用天地链路下传，多媒体数据在生成、传输和播映过程中，不可避免地会引入时延抖动，从而破坏音视频同步关系。为了使音视频同步，做到唇音同步功能，经常使用方法包括多路复同步、同步信道、同步标记方法和时间校准。这些常用方法虽然能够保证同步，但是基本都存在如下几个问题：
1)占用更多的信道资源，通信开销大；
2)改变音视频既定协议，兼容性差；
3)为了时钟同步，对校时的实时性和准确性要求高。
但是航天器与地面通信的天地链路的通信资源宝贵，如果为了解决以上问题而提供额外的空间和时间是得不偿失的。航天器的图像的数据量大于话音，所以图像的延迟大于话音。
发明内容
根据第一方面，一种实施例中提供一种天地音视频通信同步方法，包括步骤：
将航天器的话音终端和地面设备一同组成1553B总线通信网，话音终端从地面设备通过1553B总线通信网上行的数据帧中解析出话音同步系数；
在话音终端的DSP芯片中定义读写话音内存的读指针和写指针，通过读指针和写指针对话音内存中的话音源码进行读写控制，并将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给话音终端的编码模块，编码模块将话音源码编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到所述地面设备；
地面设备收到话音和图像的编码数据后，进行解码并播放话音和显示图像，并根据话音和图像的时延的差异进行动态配置话音同步系数，按照1553B总线通信网协议将动态配置的话音同步系数组帧后上行给话音终端。
一种实施例中，通过读指针和写指针对话音内存中的话音源码进行读写控制，具体为：
当写指针地址大于读指针地址且两者之间相差大于n时，或者读指针地址大于写指针地址且两者之间相差小于3m-n时，将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给话音终端的编码模块，其中，m为话音源码码率乘以话音同步系数最大值，3m为话音内存的大小，n为话音源码码率乘以话音同步系数。
一种实施例中，读指针和写指针均为循环指针。
根据第二方面，一种实施例中提供一种天地音视频通信同步系统，包括话音终端和地面设备；
话音终端包括DSP芯片、FPGA芯片和1553B芯片，话音终端通过1553B芯片与地面设备一同组成1553B总线通信网；
DSP芯片从地面设备通过1553B总线通信网上行的数据帧中解析出话音同步系数；
DSP芯片中定义有读写话音内存的读指针和写指针，通过读指针和写指针对话音内存中的话音源码进行读写控制，并将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给FPGA芯片，FPGA芯片将话音源码发送给编码芯片编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到地面设备；
地面设备收到话音和图像的编码数据后，进行解码并播放话音和显示图像，并根据话音和图像的时延的差异进行动态配置话音同步系数，按照1553B总线通信网协议将动态配置的话音同步系数组帧后上行给DSP芯片。
一种实施例中，通过读指针和写指针对话音内存中的话音源码进行读写控制，具体为：
当写指针地址大于读指针地址且两者之间相差大于n时，或者读指针地址大于写指针地址且两者之间相差小于3m-n时，将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给话音终端的编码模块，其中，m为话音源码码率乘以话音同步系数最大值，3m为话音内存的大小，n为话音源码码率乘以话音同步系数。
一种实施例中，读指针和写指针均为循环指针。
依据上述实施例的天地音视频通信同步方法，与现有技术相比，其具有以下有益效果：
(一)只需动态调整话音同步系数，即可完成天地音视频通信同步；
(二)无需占用更多的天地信道资源；
(三)无需更改话音或者图像的组帧格式。
附图说明
图1为天地音视频通信同步方法流程图；
图2为FPGA与DSP的接口连接原理图；
图3为DSP与FPGA的接口连接原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明实施例中，本例提供一种天地音视频通信同步方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤。
S1：将航天器的话音终端和地面设备一同组成1553B总线通信网，话音终端从地面设备通过1553B总线通信网上行的数据帧中解析出话音同步系数。
具体的，航天器的话音终端作为总线终端，地面设备作为总线控制器，地面设备按照1553B总线通信网协议将动态配置的话音同步系数组帧后上行给话音终端，话音终端从地面设备上行的数据帧中解析出话音同步系数。由于，1553B总线可靠性高，因此，本例将话音同步系数作为关键参数通过1553B总线通信网传输。
S2：在话音终端的DSP芯片中定义读写话音内存的读指针和写指针对话音内存进行读写控制，将话音源码(PCM)通过多通道缓冲串口发送给话音终端的编码模块，将话音源码编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到地面设备。
具体的，本例的读指针和写指针均为操作话音内存的循环指针，这样，通过读指针和写指针可以对话音内存中的话音源码进行循环读写控制，并将读取的话音源码通过多通道缓冲串口(mcbsp)发送给话音终端的编码模块，编码模块将话音源码编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到地面设备。
其中，通过读指针和写指针对话音内存中的话音源码进行读写控制，具体为：当写指针地址大于读指针地址且两者之间相差大于n时，或者读指针地址大于写指针地址且两者之间相差小于3m-n时，将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给话音终端的编码模块，其中，m为话音源码码率乘以话音同步系数最大值，3m为话音内存的大小，n为话音源码码率乘以话音同步系数。
S3：地面设备收到话音和图像的编码数据后，进行解码并播放话音和显示图像，并根据话音和图像的时延的差异进行动态配置话音同步系数，将动态配置的话音同步系数通过1553B总线通信网上行给话音终端。
通过上述方法就能实现天地音视频通信同步，基于上述方法，本例还提供一种天地音视频通信同步系统，包括话音终端和地面设备，其中，话音终端包括DSP芯片、FPGA芯片和1553B芯片，具体的，DSP芯片的型号为TMS320DM642，FPGA芯片的型号为XQVR600-4CB228V，1553B芯片的型号为BU65170，DSP芯片通过LWIP网络协议栈接收其他话音终端传输的话音源码网络数据，1553B芯片与地面设备一同组成1553B总线通信网，使DSP芯片通过1553B总线通信网接收地面设备上行的数据帧，DSP芯片通过McBSP接口与FPGA芯片连接，传输话音源码给FPGA芯片，FPGA芯片将话音源码发送给编码芯片编码成AAC码流并打包成UDP网络数据下行到地面设备，其中，FPGA芯片与DSP芯片的接口连接原理图如图2所示，DSP芯片与FPGA芯片的接口连接原理图如图3所示。
进一步，DSP芯片中定义有循环读写话音内存的读指针和写指针，通过读指针和写指针对话音内存中的话音源码进行读写控制，具体的，当写指针地址大于读指针地址且两者之间相差大于n时，或者读指针地址大于写指针地址且两者之间相差小于3m-n时，将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给FPGA芯片，FPGA芯片将话音源码发送给编码芯片编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到地面设备，其中，m为话音源码码率乘以话音同步系数最大值，3m为话音内存的大小，n为话音源码码率乘以话音同步系数。
地面设备收到话音和图像的编码数据后，进行解码并播放话音和显示图像，并根据话音和图像的时延的差异进行动态配置话音同步系数，按照1553B总线通信网协议将动态配置的话音同步系数组帧后上行给DSP芯片。
假设初始话音同步系数为0.5，话音源码的码率采用512Kb/s，话音同步系数最大值为1，DSP芯片中开辟192KB的话音内存用于存储话音PCM码，按照上述的步骤S2通过读写指针控制话音PCM码发送给编码模块进行编码，而地面设备根据下行地面的话音和图像的时延，动态配置话音同步系数，然后按照上述的步骤S3上行给话音终端，话音终端从地面设备上行的数据帧中解析出话音同步系数，如此循环，实现天地音视频同步播放。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (4)

1.一种天地音视频通信同步方法，其特征在于，包括步骤：
将航天器的话音终端和地面设备一同组成1553B总线通信网，所述话音终端从所述地面设备通过所述1553B总线通信网上行的数据帧中解析出话音同步系数；
在所述话音终端的DSP芯片中定义读写话音内存的读指针和写指针，通过所述读指针和写指针对所述话音内存中的话音源码进行读写控制，并将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给所述话音终端的编码模块，所述编码模块将所述话音源码编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到所述地面设备；其中，所述通过读指针和写指针对所述话音内存中的话音源码进行读写控制，具体为：
当所述写指针地址大于所述读指针地址且两者之间相差大于n时，或者所述读指针地址大于所述写指针地址且两者之间相差小于3m-n时，将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给所述话音终端的编码模块，其中，m为话音源码码率乘以话音同步系数最大值，n为话音源码码率乘以话音同步系数，3m为所述话音内存的大小；
所述地面设备收到话音和图像的编码数据后，进行解码并播放话音和显示图像，并根据话音和图像的时延的差异进行动态配置话音同步系数，按照所述1553B总线通信网协议将所述动态配置的话音同步系数组帧后上行给所述话音终端。
2.如权利要求1所述的天地音视频通信同步方法，其特征在于，所述读指针和写指针均为循环指针。
3.一种天地音视频通信同步系统，其特征在于，包括话音终端和地面设备；
所述话音终端包括DSP芯片、FPGA芯片和1553B芯片，所述话音终端通过所述1553B芯片与所述地面设备一同组成1553B总线通信网；
所述DSP芯片从所述地面设备通过所述1553B总线通信网上行的数据帧中解析出话音同步系数；
所述DSP芯片中定义有读写话音内存的读指针和写指针，通过所述读指针和写指针对所述话音内存中的话音源码进行读写控制，并将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给所述FPGA芯片，所述FPGA芯片将所述话音源码发送给编码芯片编码为AAC码流，并且打包成网络数据包通过网络下行到所述地面设备；其中，所述通过读指针和写指针对所述话音内存中的话音源码进行读写控制，具体为：
当所述写指针地址大于所述读指针地址且两者之间相差大于n时，或者所述读指针地址大于所述写指针地址且两者之间相差小于3m-n时，将读取的话音源码通过多通道缓冲串口发送给所述话音终端的编码模块，其中，m为话音源码码率乘以话音同步系数最大值，n为话音源码码率乘以话音同步系数，3m为所述话音内存的大小；
所述地面设备收到话音和图像的编码数据后，进行解码并播放话音和显示图像，并根据话音和图像的时延的差异进行动态配置话音同步系数，按照所述1553B总线通信网协议将动态配置的话音同步系数组帧后上行给所述DSP芯片。
4.如权利要求3所述的天地音视频通信同步系统，其特征在于，所述读指针和写指针均为循环指针。
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