CN108964826A

CN108964826A - 一种音频系统

Info

Publication number: CN108964826A
Application number: CN201810823633.0A
Authority: CN
Inventors: 周冬
Original assignee: Jiangyin Jia Heng Software Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Jia Heng Software Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2018-12-07

Abstract

本发明公开了一种音频系统，第一听众包括保持发生事件的挂壁时间的挂钟，所述挂壁时间由主时钟发送并由所述第一收听者接收的数据更新，采样时钟恢复器从第一收听者从讲话者接收的数据中检索采样时钟，采样时钟调节从讲话者接收的所述数据中包括的数据的处理速率，频率滤波器频带限制由采样时钟恢复器输出的所述采样时钟，发送带限采样时钟的发送器，第二听众被安排来接收发送的带限采样时钟，并使用带限采样时钟来调节从讲话者接收的处理数据。本发明的一种音频系统，能够从多个相关网络端点上精确一致的同步采样时钟。

Description

一种音频系统

技术领域

本发明涉及音频设备应用，尤其涉及一种音频系统。

背景技术

现有音频设备中的关键电路元件，在大多数通用处理器上是不可用的，是一个低带宽锁相环，被使用两次以过滤基于信标的时间同步函数(TSF)值，并生成输出音频时钟。对于这里所教导和要求的软实现，这两个硬件功能被转换为估计器和采样率转换器(SRC)代码。虽然历史上音频和视频设备通过模拟或数字点对点单向连接，多媒体内容的增加部分通过网络分布。例如，视频和未压缩音频可以从媒体室或壁橱中的音频/视频源流到住宅中的远程房间或房间中的环绕声系统的显示器和多个扬声器。由于很难用电缆布线来改造已完成的结构，在许多情况下，包括视频和音频数据的数据通过包括低成本无线电技术的无线通信链路(SUC)从源发送到显示器、扬声器或其它输出设备作为频率调制和扩频调制来传输分组化的数字数据。输出的同步和系统延迟的最小化是高质量音频是否与视频结合的关键要求，人耳对相位延迟或信道到信道延迟敏感，多通道音频输出具有大于50微秒的信道到信道的延迟，通常被描述为分离或模糊的声音。另一方面，在音频-视频系统中，通常认为大于50毫秒的源到输出延迟或延迟是值得注意的。在数字网络(例如音频/视频系统)中，数字数据源将数据包流发送到网络的端点，在该端点处呈现数据。通常，网络的每个节点上的一对时钟控制呈现特定数据的时间和处理数据的速率，例如，模拟信号被数字化，或者数字数据被转换为模拟信号以供呈现。一个活动(如视频数据的呈现)的实际或实时时间由“墙时间”决定，该时间是节点上的“挂钟”的输出。样本或媒体时钟控制数据处理的速率，例如，数字音频数据块被引入到数模转换器的速率。音频-视频桥接(AVB)是电气和电子工程师协会(IEEE)开发的一组技术标准的通用名称，并提供针对网络上的时间同步、低延迟、流服务的规范。精密时间协议(PTP)由“IEEE标准用于网络测量和控制系统的精密时钟同步协议”，IEEE标准15882008和IEEE 802.1AS-2011采用的IEEE标准：“局域网和城域网络定时和同步IEEE标准”在桥接局域网中，使分布式墙壁时钟在1μs以上的七个网络跳变同步，通过“最佳主时钟”算法或手动选择剩余分布式时钟(从时钟)要同步到的主时钟。包括主时钟的设备和包括从时钟的设备周期性地交换包括指示主时钟的“挂机时间”的时间戳的消息，当主设备发送或接收相应的消息时，从设备记录接收或发送相应消息时的本地墙时间，并计算从时钟相对于主时钟的偏移量和网络延迟，消息从主设备穿过网络所需的时间到从设备。通过重复测量，还可以确定从时钟相对于主时钟的频率漂移，通过调整从时钟的驻留时间以适应偏移和网络延迟并调整从时钟，使从时钟与主时钟同步。任何频率漂移相对于主时钟的频率PTP可以同步广泛网络或甚至多个网络的挂钟，但是PTP的准确性可能受到无线通信链路的加载和干扰的强烈影响。用于同步无线网络的多个设备的挂壁时间的PTP的替代方案是IEEE 802.11中规定的时间同步功能(TSF)，“IEEE信息技术标准-电信和系统本地和城域网之间的信息交换”被称为基本服务集(BSS)的网络中的802.11兼容设备包括TSF计数器，周期性地，在信标间隔期间，BSS的设备发送包含指示发送设备处的本地墙壁时间的时间戳的信标帧和其他控制信息，接收信标帧的接收节点或从设备通过接受信标帧中的定时信息来同步其本地时间，并且如果时间戳指示晚于节点的TSF计数器的挂起时间，则将其TSF计数器设置为接收的时间戳的值。然而，无论是PTP还是TSF都不提供媒体或采样时钟的同步，它们控制由网络设备的处理元件处理应用数据的速率。“IEEE1722-2011：用于桥接局域网中的时间敏感应用的第2层传输协议”的音频-视频桥接传输协议(AVBTP)规定，每个网络端点(接收或传输数据的设备)是从PAC中的数据恢复采样时钟，由数据源传输的密钥数据流，每个数据分组包括多个应用数据样本，例如，音频数据样本，以及指示将在分组中开始应用数据的呈现的壁时间的时间戳。在每个网络端点，例如，音频扬声器单元，产生一个采样时钟，该时钟以一个频率振荡，使得数据包中的多个应用数据样本被呈现在连续时间戳所表示的时间间隔内进行处理。虽然PTP、TSF和AVBTP提供了用于同步分布式时钟的手段，但并非所有由网络数据源传输的分组，特别是无线传输的分组，到达它们的目的地。当分组丢失时，每个网络端点，例如环绕声音频系统的多个扬声器单元，接收时间戳的各个混叠子样本，并且随着时间的推移，各个网络端点的时钟将不跟踪。因此，所需的是在多个相关网络端点上精确一致的同步采样时钟。

技术方案

本发明主要解决的技术问题是提供一种音频系统，包括：第一听众，所述第一听众包括：保持发生事件的挂壁时间的挂钟，所述挂壁时间由主时钟发送并由所述第一收听者接收的数据更新；采样时钟恢复器从所述第一收听者从讲话者接收的数据中检索采样时钟，所述采样时钟调节从所述讲话者接收的所述数据中包括的数据的处理速率；频率滤波器频带，其限制由所述采样时钟恢复器输出的所述采样时钟，其中所述频率滤波器包括连接的估计器，用于接收由所述采样时钟恢复器输出的所述采样时钟；发送所述带限采样时钟的发送器；

第二听众，其被安排来接收所述发送的带限采样时钟，并使用所述带限采样时钟来调节从所述讲话者接收的处理数据。

可选的，其中第一监听器还包括衰减从所述主时钟接收的所述更新数据的频率的频率滤波器。

可选的，其中从所述主时钟接收的所述更新数据包括定时同步功能数据。

可选的，其中从所述主时钟接收的所述更新数据包括精确时间协议数据。

本发明的有益效果是：

本发明的一种音频系统，能够从多个相关网络端点上精确一致的同步采样时钟。

附图说明

图1是示例性音频/视频/数据分发网络的图形表示。

图2是包含在具有AVBTP时间戳的数据分组中的应用数据的方法的图形。

图3是主时钟和从时钟之间的精确时间协议(PTP)消息交换的图形表示。

实施例

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

详细地参考类似的部件由相似的参考数字标识的图，如图1所示，在住宅20中，通常包括从DVD播放器或DAT从存储介质(如数字多用盘(DVD))检索数据，包括视频和音频数据，入口24连接到例如广域光纤网络或卫星接收器，并分布在整个住宅中。例如，数字视频和/或多声道音频可以从源22(例如，位于媒体室26或壁橱中的DVD播放器)分发，用于在媒体室、卧室32中由视频显示器28和/或环绕声或立体声扬声器单元30呈现。由于难以通过网络布线来改造完成的结构，因此至少一部分分配网络可以包括无线电发射机36，该无线电发射机可以是音频/视频/数据源22和一个或多个无线电接收机38的一部分，该无线电接收机可以并入联网设备中。一个计算机40、视频显示器28或一个或多个立体声或环绕声系统的扬声器单元30，各种输出的同步和系统延迟的最小化是高质量音频/视频系统的关键要求。源到输出延迟或延迟(“唇同步”)在诸如家庭影院系统的音频/视频系统中是很重要的，在视频序列的显示和相应音频的输出之间略有差异，在50毫秒(ms)之间是明显的。另一方面，人耳对多通道音频的不同信道的相应输出之间的相位延迟或信道到信道延迟更敏感。通道到信道的延迟大于1微秒(μs)会导致不连贯或模糊的音频的感知。音频-视频桥接(AVB)是电气和电子工程师协会(IEEE)开发的一套技术标准的通用名称，并为网络上的时间同步、低延迟、流服务提供规范。“IEEE802.1AS-2011-IEEE标准，用于本地和城域网络，用于桥接局域网中的时间敏感应用的定时和同步”描述了一种用于同步分布在一个或多个设备网络的节点之间的时钟的系统。参照图2，在音频视频桥接(AVB)网络50中，每个网络端点，能够发送和/或接收数据流的网络节点包括两个时，“墙”时钟56,218和“媒体”或“采样”时钟58,80，由壁时钟56,218输出的壁时间确定事件发生的真实或实际时间和/或任务开始与任务完成之间的实际或实际时间差。采样时钟58,80通常是一个交流信号，它控制数据传递给媒体处理设备进行处理的速率。例如，在数字音频系统中，采样时钟控制模拟信号被采样的速率和数字样本被传递到数字/模拟转换器(DAC)的速率，控制由扬声器发出的声音。

参考图3，“IEEE标准用于网络化测量和控制系统的精密时钟同步协议”的精确时间协议(PTP)提供了一种方法，该方法100同步在n之间分布的“从”时钟102的壁时间，一个网络到墙上的时间是网络的“主”时钟104，当网络的操作被启动时，主时钟被手动或由“最佳主时钟”算法选择。之后，在主时钟(主设备)和包含从属时钟的网络设备(“从设备”)之间周期性地交换消息，从而能够确定偏移，即从时钟导致或滞后主时钟的时间，以及网络延迟，数据包穿越网络所需的时间。在定义的间隔中，默认情况下，两个第二间隔，主设备将同步消息106多路复用到其他网络设备，同步消息传输的精确主时钟壁时间T1、108被确定为在同步消息或后续消息110中作为时间戳包括从设备确定设备接收同步消息的本地壁时间T2、112。然后，在时间T3、116，由从属设备向主设备发送消息114，确定主时钟的接收时间消息114的T4、118，主设备用消息120进行响应，该消息包括指示T4、118的时间戳。从设备确定网络延迟和从时钟的偏移量从四次，T1，T2，T3和T4。IEEE 802.11，“IEEE信息技术电信和本地和城域网系统之间的信息交换标准”提供了用于实现无线局域网(WLAN)的媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范，基本服务集(BSS)通过一个服务集标识(SSID)来识别作为BSS的部分的设备，该服务集标识(SSID)可以由启动网络的设备分配或建立。每个网络设备或站包括本地定时同步功能(TSF)定时器，该设备的壁时钟56,218基于1兆赫(MHz)时钟，以微秒为单位进行计时。在信标期间，在独立的基本服务集(IPSS)中的所有站竞争发送信标。每个站计算一个随机延迟间隔，并设置一个延迟计时器，在计时器到期时调度信标的传输。如果在延迟定时器期满之前到达信标，则接收站取消其待定信标传输。信标包括信标帧，该信标帧包括指示TSF定时器值的时间戳，发送信标的站的壁时间。当接收到信标时，如果时间戳比接收站的TSF定时器晚，则接收站将其TSF定时器(例如挂钟218)设置为时间戳的值，从而同步发送站和接收站的TSF定时器、壁时钟。PTP和TSF负责将各个网络中的所有节点的壁时钟同步到相同的壁时间，而不是用于同步控制由网络传输的各种介质的处理的采样时钟。在每个网络的侦听器中，从数据流恢复采样时钟，接收数据流的端点，使得不同媒体的不同采样时钟能够在同一网络上传输。

参考图2，媒体源或说话者52将呈现时间戳60嵌入到由各自源发送的某些数据分组62中，由被处理的特定介质的说话者的采样时钟58控制的时间戳产生器64将时间戳60插入到数据包62的头部中，该数据包具有来自讲话者的壁时钟56的壁时间，如由延迟归一化值调整的话，时间戳指示将在数据包中包含的应用数据的呈现的壁时间。在每个数据包中还包括应用数据76的多个块66，例如IC间声音(128)数字音频数据，其由数字数据源70获得，或者由模数转换器(ADC)74以模拟时钟72由采样时钟58确定的速率转换。数据分组62包含在数据分组的报头中的数据块计数指定在由连续呈现时间戳之间的差异所表示的间隔中呈现的应用数据块66的数量。在监听器54，采样时钟56由采样时钟恢复器78恢复。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种音频系统，包括：第一听众，所述第一听众包括：

A.保持发生事件的挂壁时间的挂钟，所述挂壁时间由主时钟发送并由所述第一收听者接收的数据更新；

B.采样时钟恢复器从所述第一收听者从讲话者接收的数据中检索采样时钟，所述采样时钟调节从所述讲话者接收的所述数据中包括的数据的处理速率；和

C.频率滤波器频带，其限制由所述采样时钟恢复器输出的所述采样时钟，其中所述频率滤波器包括连接的估计器，用于接收由所述采样时钟恢复器输出的所述采样时钟；

D.发送所述带限采样时钟的发送器；

2.根据权利要求1所述的一种音频系统，其特征在于：其中第一监听器还包括衰减从所述主时钟接收的所述更新数据的频率的频率滤波器。

3.根据权利要求2所述的一种音频系统，其特征在于：其中从所述主时钟接收的所述更新数据包括定时同步功能数据。

4.根据权利要求2所述的一种音频系统，其特征在于：其中从所述主时钟接收的所述更新数据包括精确时间协议数据。