CN113225644A - 低延迟蓝牙音频系统及其音频源端和音频接收端 - Google Patents

低延迟蓝牙音频系统及其音频源端和音频接收端 Download PDF

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Abstract

一种包含音频源端及音频接收端的蓝牙音频系统。所述音频接收端在第一模式的协议信息交换中回复其所支持的多种编码格式至所述音频源端，并在第二模式的协议信息交换中回复其仅支持的单一编码格式及367比特组的最大传输单位至所述音频源端。所述音频源端在收到来自所述音频接收端的单一编码格式及最大传输单位为367比特组后，降低所使用的编码器的样本数低于1024个样本。

Description

低延迟蓝牙音频系统及其音频源端和音频接收端
技术领域
本发明有关一种蓝牙应用，更特别有关一种具有低数据延迟的蓝牙音频系统及其音频源端和音频接收端。
背景技术
音频源装置(audio source device)将蓝牙音频数据发送至音频接收端的过程，需要先将音频数据储存于内存，接着将储存的音频数据以编码器取得并进行编码，最后再将压缩后的音频数据经由蓝牙发射器发送至音频接收端。然而，音频源装置内的音频数据的储存、取得及编码会造成数据传输的延迟，在某些情境下，例如通道受到噪声影响时，会被该延迟进一步影响声音质量。
有鉴于此，本发明提供一种可降低音频源装置内的信号处理过程所造成的音频数据的延迟的蓝牙音频系统及其音频源端和音频接收端。
发明内容
本发明提供一种蓝牙音频系统，其音频接收端在协议讯息交换中发出配置参数以限制音频源端仅能使用单一种编码器对音频数据进行编码，以降低处理音频数据的延迟。
本发明还提供一种根据音频接收端回复的配置参数主动降低编码器取得音频数据的样本数低于1024个样本，以降低处理音频数据的延迟的蓝牙音频源端。
本发明还提供一种在不同模式下回复音频源端不同配置参数，以驱动音频源端的不同运行的蓝牙音频接收端。
本发明提供一种包含音频源端及音频接收端的蓝牙音频系统。所述音频源端用于在协议讯息交换中发出询问讯息以获得配置参数。所述音频接收端用于在第一模式的所述协议讯息交换中回复所支持的多个编码格式至所述音频源端以作为所述配置参数，及在第二模式的所述协议讯息交换中回复仅支持的单一编码格式至所述音频源端以作为所述配置参数。
本发明还提供一种用于接收音频接收端的配置参数的蓝牙音频源端。当所述蓝牙音频源端在第一协议讯息交换中接收到所述音频接收端所支持的多个编码格式以作为所述配置参数时，选择使用所述多个编码格式其中一者进行音频数据的编码，以及当所述蓝牙音频源端在第二协议讯息交换中接收到所述音频接收端仅支持的单一编码格式以作为所述配置参数时，以该单一编码格进行所述音频数据的编码。
本发明还提供一种用于在协议讯息交换中回复配置参数至蓝牙音频源端的音频接收端。在第一模式的所述协议讯息交换中，所述蓝牙音频接收端用于回复其所支持的多个编码格式以作为所述配置参数，以及在第二模式的所述协议讯息交换中，所述蓝牙音频接收端用于回复其仅支持的单一编码格式以作为所述配置参数。
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先述明。
附图说明
图1是本发明实施例的蓝牙音频系统的方框示意图；
图2是本发明实施例的蓝牙音频系统的协议讯息交换的示意图；及
图3是本发明实施例的蓝牙音频系统的协议讯息交换方法的流程图。
附图标记说明
100 蓝牙音频系统
11 音频源端
111 音频数据池
113 音频编码器
115 蓝牙发射器
13 音频接收端
131 蓝牙接收器
133 音频译码器
S1-S4、S1’-S4’ 程序
具体实施方式
本发明的一个目的在于提供一种可根据用户的控制切换至低延迟模式的蓝牙音频系统及其蓝牙音频接收端。当蓝牙音频源端在协议讯息交换中接收到表示蓝牙音频接收端从正常模式进入低延迟模式的配置参数时，蓝牙音频源端可进而选择主动降低使用的编码器取得音频数据的样本数低于1024个样本，以降低处理音频数据的整体延迟。
请参照图1所示，其为本发明实施例的蓝牙音频系统100的方框示意图。蓝牙音频系统100包含音频源端(audio source)11以及音频接收端(audiosink)13通过蓝牙通讯技术传输音频数据(audio data)，其中，音频源端11例如选自移动电话、笔记本电脑、平板计算机、便携式媒体播放器及车用计算机系统等；音频接收端13例如选自蓝牙耳机或蓝牙音箱等，但本发明并不限于此，只要是通过蓝牙通讯技术发送或接收音频数据的电子装置，都可作为本发明的音频源端11及音频接收端13。
音频源端11包含音频数据池111、音频编码器113以及蓝牙发射器115。音频数据池111例如用于从音频源端11的外部(例如通过网络或USB接口)或音频源端11的内存(memory)获取音频数据。音频编码器113可利用多种编码器(codec)其中一种对音频数据池111内的音频数据进行取得及编码，其中，所述多种编码器例如支援次频带编码(SBC)、先进音频编码(AAC)、LDAC编码(由索尼公司所研发的音频编码技术)、自定义编码格式或其他已知编码格式进行数据编码。蓝牙发射器115接着从多种封包格式(packet type)选择一种封包格式将压缩后的音讯数据传送至音频接收端13。
必须说明的是，图1虽然以多个功能方块(包含111、113及115)来说明音频源端11的运作，但各功能方块的运作均可以考虑是由音频源端11所执行。例如，音频源端11包含软件和/或硬件执行音频数据池111及音频编码器113的功能，并包含特定应用集成电路(ASIC)执行蓝牙发射器115的功能，但本发明并不限于此。
音频接收端13包含蓝牙接收器131及音频译码器133。蓝牙接收器131接收来自蓝牙发射器115的音讯数据。音频译码器133则使用相对应(对应113)的译码器(codec)来对所接收的音讯数据进行译码，并将译码后的音讯数据传送至输出装置(例如扬声器，未绘示于此)进行拨放。
同理，图1虽然以多个功能方块(包含131及133)来说明音频接收端13的运作，但各功能方块的运作均可以考虑是由音频接收端13所执行。例如，音频接收端13包含软件和/或硬件执行音频译码器133的功能，并包含特定应用集成电路执行蓝牙接收器131的功能，但本发明并不限于此。
蓝牙发射器115及蓝牙接收器131的运作方式为已知且并非为本发明的主要目的，故于此不赘述。
请参照图2所示，其为本发明实施例的蓝牙音频系统100的协议讯息交换(protocol message exchange)的运行示意图，在协议讯息交换之后的音频数据传输为已知且并非为本发明的主要目的，故于此不再赘述。本发明的一个目的在于音频源端11通过协议讯息交换得知音频接收端13的目前运行模式，并进行相对应运行。
本发明中，音频源端11用于在协议讯息交换中发出询问讯息(例如显示为[获取性能]讯息)以期望从音频接收端13获得配置参数(configuration parameter)，其中，该配置参数例如包含音频接收端13所能支持的逻辑链路控制与调适协议(L2CAP)的最大传输单元(MTU)以及编码格式。L2CAP的MTU的大小例如是使用适当协议所获得，例如，但不限于，音频/视讯分送传输通讯协议(AVDTP)或服务探索协议(SDP)。
本发明中，音频接收端13根据用户的控制可在第一模式及第二模式之间切换。一种实施方式中，第一模式为正常模式而第二模式为低延迟模式。所述第一模式及所述第二模式例如根据音频接收端13壳体上的按键、开关或敲击(例如包含三轴加速度计用于检测用户的敲击)或用户执行(例如通过点击图示或声控)预定应用软件(APP)所切换。
所述第一模式中，音频源端11从多种选择中自由决定编码格式及传输封包格式，且所使用的编码器取得音频数据的样本数设定为1024个样本，亦即，每1024个样本进行编码。所述第二模式中，音频源端11受到来自音频接收端13的配置参数的限制或激活被动的决定特定的编码格式及特定的传输封包格式并降低所使用的编码器取得音频数据的样本数，亦即，低于1024个样本来编码。
必须说明的是，虽然图2显示本发明的蓝牙音频系统100可运作于第一模式或第二模式，实际上音频源端11是响应音频接收端13的模式切换而改变编码格式、传输封包格式及编码样本数。在第一模式及第二模式的协议讯息交换中，音频源端11所发出的询问信号是相同的。亦即，程序S1及S1’彼此相同，其均用于讯问音频接收端13所能支持的编码格式；程序S3及S3’彼此相同，其均用于讯问音频接收端13所能支持的MTU的大小。
第一模式(第一协议讯息交换)
首先，音频源端11在协议讯息交换中发送[获取性能](get capability)讯息(作为询问讯息)至音频接收端13以确认编码器种类(程序S1)；接着，音频接收端13收到所述询问讯息后，在所述协议讯息交换中发送[回复](response)信息，包含其所能支持的多个编码格式，至音频源端11以作为配置参数(程序S2)，其中，图2显示所述多个编码格支援包括SBC、AAC及LDAC等，但并不限于此。
音频源端11在协议讯息交换中还发送另一个[获取性能]讯息(作为另一个询问讯息)至音频接收端13以确认L2CAP的MTU大小(程序S3)；接着，音频接收端13收到所述另一个询问讯息后，在所述协议讯息交换中使用AVDTP发送[回复]信息，包含其所能支持的L2CAP的MTU大小为672比特组或1017比特组，至音频源端11以作为配置参数(程序S4)。
另一种实施方式中，可先执行程序S3及S4再执行程序S1及S2。
音频源端11在所述协议讯息交换中接收到所述配置参数后，在进行音频数据传输时(即第一协议讯息交换结束后)，则选择使用音频接收端13所能支持的多个编码格式其中一者进行音频数据的编码，且所使用的编码器取得音频数据池111中的音频数据时，使用1024个样本数(或数据)。
同时，音频源端11还决定传输音频数据时所使用的封包格式，例如从EDR2M或EDR3M中选择。
当音频接收端13要从第一模式切换至第二模式时，会先中断或停止音频传输再重新进入另一次协议讯息交换来再次确定配置参数。
第二模式(第二协议讯息交换)
类似地，音频源端11在协议讯息交换中发送[获取性能](get capability)讯息(作为询问讯息)至音频接收端13以确认编码器种类(程序S1’)；接着，音频接收端13收到所述询问讯息后，在所述协议讯息交换中发送[回复](response)信息，包含其唯一支持的单一编码格式，至音频源端11以作为配置参数(程序S2’)，其中，所述单一编码格式为程序S2包含的多个编码格式的其中一者，例如次频带编码，但本发明不限于此。其他实施方式中，所述单一编码格式不包含于第一模式的多个编码格式中。
类似地，音频源端11在协议讯息交换中还发送另一个[获取性能]讯息(作为另一个询问讯息)至音频接收端13以确认L2CAP的MTU大小(程序S3’)；接着，音频接收端13收到所述另一个询问讯息后，在所述协议讯息交换中使用AVDTP发送[回复]信息，包含其所能支持的L2CAP的MTU大小为367比特组，至音频源端11以作为配置参数(程序S4’)。
亦即，第二协议讯息交换中，音频源端11接收的所述配置参数包含限定的单一编码格式以及L2CAP的MTU大小为367比特组。
同理，另一种实施方式中，可先执行程序S3’及S4’再执行程序S1’及S2’。
音频源端11在第二协议讯息交换中接收到同一个音频接收端13的配置参数后，在进行音频数据传输时，音频源端11在第二模式中以该单一编码格式进行音频数据的编码。
一种实施方式中，音频源端11在第二模式中还用于主动采用AVDTP的2DH3封包格式传输音频数据，以降低音频数据的传输延迟。
一种实施方式中，音频源端11在第二模式还用于主动降低被使用的编码器取得音频数据池111中的音频数据的样本数低于1024个样本，以降低处理音频数据的延迟，其中，所述样本数例如选择为128、384、768个样本(或数据)等等，但本发明并不限于此。
例如，若以48千赫兹的取样率取得1024个样本(或数据)，编码需要约21毫秒；但若编码器使用48千赫兹的取样率取得768个样本(或数据)，则仅需要16毫秒，可有效降低处理音频数据的延迟。
请参照图3所示，其为本发明实施例的蓝牙音频系统的协议讯息交换方法的流程图，其适用于图1的蓝牙音频系统100。所述协议讯息交换方法包含下列步骤：以音频源端11在第一模式的协议讯息交换程序中发出第一询问讯息(例如程序S1)至音频接收端13(步骤S31)；以所述音频接收端13在所述第一模式的所述协议讯息交换程序中回复(例如程序S2)所支持的多个编码格式至所述音频源端11(步骤S32)；以所述音频源端11在第二模式的协议讯息交换程序中发出第二询问讯息(例如程序S1’)至所述音频接收端13(步骤S33)；以及以所述音频接收端13在所述第二模式的所述协议讯息交换程序中回复(例如程序S2’)仅支持的单一编码格式至所述音频源端11(步骤S34)。
此外，本发明的协议讯息交换方法还包含下列步骤：以音频源端11在第一模式的协议讯息交换程序中发出第一询问讯息(例如程序S3)至音频接收端13；以所述音频接收端13在所述第一模式的所述协议讯息交换程序中回复(例如程序S4)所支持的MTU大小(显示为672比特组，但不限于此)至所述音频源端11；以所述音频源端11在第二模式的协议讯息交换程序中发出第二询问讯息(例如程序S3’)至所述音频接收端13；以及以所述音频接收端13在所述第二模式的所述协议讯息交换程序中回复(例如程序S4’)所支持的MTU大小(显示为367比特组，但不限于此)至所述音频源端11。
图3的协议讯息交换方法已经解释于图2及其相对应说明中，故于此不再赘述。
在协议讯息交换程序结束后，音频源端11则根据第一模式或第二模式的协议讯息交换程序所获得的配置参数进行音频数据的取得、编码及传输。
综上所述，由于音频源端在音频数据的储存、取得及编码的过程中均会造成传输延迟而降低声音质量。因此，本发明另提供一种可切换至低延迟模式的蓝牙音频系统及其音频源端和音频接收端(参照图1)，其中音频接收端通过回复音频接收端表示进入低延迟模式的配置参数以驱使或激活音频源端使用预定的单一编码格式并主动降低编码器在压缩音频数据时所使用样本数的个数低于1024个样本(或数据)，以缩短传输音频数据的整体延迟。
虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种蓝牙音频系统，该蓝牙音频系统包含：
音频源端，该音频源端用于在协议讯息交换中发出询问讯息以获得配置参数；以及
音频接收端，该音频接收端用于
在第一模式的所述协议讯息交换中，回复所支持的多个编码格式至所述音频源端以作为所述配置参数，及
在第二模式的所述协议讯息交换中，回复仅支持的单一编码格式至所述音频源端以作为所述配置参数。
2.根据权利要求1所述的蓝牙音频系统，其中所述单一编码格式为所述多个编码格式的其中一者或不包含于所述多个编码格式。
3.根据权利要求1所述的蓝牙音频系统，其中
所述单一编码格式支持次频带编码，且
所述多个编码格式支持所述次频带编码、先进音频编码、LDAC编码及自定义编码格式。
4.根据权利要求1所述的蓝牙音频系统，其中所述第一模式及所述第二模式根据所述音频接收端的按键、开关、应用软件或敲击所切换。
5.根据权利要求1所述的蓝牙音频系统，其中所述音频接收端还用于
在所述第一模式的所述协议讯息交换中，使用音讯/视讯分送传输通讯协议回复逻辑链路控制与调适协议的最大传输单元为672比特组或1017比特组至所述音频源端以作为所述配置参数，及
在所述第二模式的所述协议讯息交换中，使用所述音讯/视讯分送传输通讯协议回复所述逻辑链路控制与调适协议的所述最大传输单元为367比特组至所述音频源端以作为所述配置参数。
6.根据权利要求5所述的蓝牙音频系统，其中所述音频源端在所述第二模式还用于主动采用音讯/视讯分送传输通讯协议的2DH3封包格式传输音频数据。
7.根据权利要求5所述的蓝牙音频系统，其中所述音频源端在所述第二模式还用于主动降低使用的编码器取得音频数据的样本数低于1024个样本，以降低处理音频数据的延迟。
8.根据权利要求1所述的蓝牙音频系统，其中
所述音频源端是移动电话、笔记本电脑、平板计算机、便携式媒体播放器或车用计算机系统，且
所述音频接收端是蓝牙耳机或蓝牙音箱。
9.一种蓝牙音频源端，该蓝牙音频源端用于接收音频接收端的配置参数，其中
当所述蓝牙音频源端在第一协议讯息交换中接收到所述音频接收端所支持的多个编码格式以作为所述配置参数时，选择使用所述多个编码格式其中一者进行音频数据的编码，以及
当所述蓝牙音频源端在第二协议讯息交换中接收到所述音频接收端仅支持的单一编码格式以作为所述配置参数时，以该单一编码格进行所述音频数据的编码。
10.根据权利要求9所述的蓝牙音频源端，其中所述单一编码格式为所述多个编码格式的其中一者或不包含于所述多个编码格式。
11.根据权利要求9所述的蓝牙音频源端，其中
所述单一编码格式支持次频带编码，且
所述多个编码格式支持所述次频带编码、先进音频编码、LDAC编码及自定义编码格式。
12.根据权利要求9所述的蓝牙音频源端，其中该音频源端是移动电话、笔记本电脑、平板计算机、便携式媒体播放器或车用计算机系统
13.根据权利要求9所述的蓝牙音频源端，其中该音频源端还用于在所述第二协议讯息交换中，使用音讯/视讯分送传输通讯协议从所述音频接收端接收逻辑链路控制与调适协议的最大传输单元为367比特组以作为所述配置参数。
14.根据权利要求13所述的蓝牙音频源端，其中该音频源端还用于在所述第二协议讯息交换结束后，主动采用所述音频/视讯分送传输通讯协议的2DH3封包格式传送音频数据。
15.根据权利要求13所述的蓝牙音频源端，其中该音频源端还用于在所述第二协议讯息交换结束后，主动降低使用的编码器取得音频数据的样本数低于1024个样本，以降低处理音频数据的延迟。
16.一种蓝牙音频接收端，该蓝牙音频接收端用于在协议讯息交换中回复配置参数至音频源端，其中
在第一模式的所述协议讯息交换中，所述蓝牙音频接收端用于回复其所支持的多个编码格式以作为所述配置参数，以及
在第二模式的所述协议讯息交换中，所述蓝牙音频接收端用于回复其仅支持的单一编码格式以作为所述配置参数。
17.根据权利要求16所述的蓝牙音频接收端，其中所述单一编码格式为所述多个编码格式的其中一者或不包含于所述多个编码格式。
18.根据权利要求16所述的蓝牙音频接收端，其中
所述单一编码格式支持次频带编码，且
所述多个编码格式支持次频带编码、先进音频编码、LDAC编码及自定义编码格式。
19.根据权利要求16所述的蓝牙音频接收端，该蓝牙音频接收端还用于
在所述第二模式的所述协议讯息交换中，使用音讯/视讯分送传输通讯协议回复逻辑链路控制与调适协议的最大传输单元为367比特组至所述音频源端以作为所述配置参数。
20.根据权利要求16所述的蓝牙音频接收端，该蓝牙音频接收端还用于
在所述第二模式中，主动降低使用的编码器取得音频数据的样本数低于1024个样本，以降低处理音频数据的延迟。
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