CN113365129A - 蓝牙音频数据处理方法、发射器、接收器及收发设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝牙音频数据处理方法、发射器、接收器及收发设备,属于音频数据处理领域。该方法主要包括根据音频编解码器的类型,设定缓冲区的大小以及相应的N个预设门限,其中N为不小于2的自然数,N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,最低数据量门限小于最高数据量门限;以及根据缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的大小关系,对缓冲区的音频数据进行变速处理,其中当数据量小于最低数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行增加采样点处理,增加数据量,当数据量不小于最高数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行减少采样点处理,减少数据量。本发明以较低时延播放音频,避免了音频卡顿,提高了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及音频数据处理领域,特别涉及一种蓝牙音频数据处理方法、发射器、接收器及收发设备。
背景技术
低延时场景在蓝牙音频接收器的应用中很常见,特别是需要音画同步的场景,譬如使用蓝牙耳机观看视频、打游戏,此时对通信延时和播放卡顿的现象的要求很高,为了确保音画同步,通常要求音频端到端延时在40ms左右,对于蓝牙音频发射器、接收器的设计提出了较高的要求,目前基于aptx-LL音频编解码器及其相关的数据处理的方案可以达到上述要求,但遗憾的是,此方案是私有的。
某些非音画同步场景虽然对于延时不是很敏感,如多声道蓝牙音箱,基于用户体验的需求,仍然希望在确保音质的前提下延时尽可能低。
发明内容
针对现有技术存在的蓝牙设备中的音频播放卡顿,音画同步场景中的延时过高,用户体验差的问题,本发明主要提供一种蓝牙音频数据处理方法、发射器、接收器及收发设备。
为了实现上述目的,本发明采用的一个技术方案是:提供一种蓝牙音频数据处理方法,其包括:根据音频编解码器的类型,设定音频发射端和、或音频接收端分别对应的缓冲区的大小以及与缓冲区相应的N个预设门限,其中N为不小于2的自然数,N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,最低数据量门限小于最高数据量门限;以及在音频发射端和、或音频接收端中,根据缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的大小关系,对缓冲区的音频数据进行变速处理,变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中当数据量小于最低数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行增加采样点处理,增加数据量,当数据量不小于最高数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行减少采样点处理,减少数据量。
本发明采用的另一个技术方案是:提供一种蓝牙发射器,包括音频输入模块、音频编码模块、调制解调模块、射频发射模块,还包括:
输入缓冲模块,其用于根据音频编码模块对应的音频编码器的类型,设定输入缓冲模块中输入缓冲区的大小和N个预设门限,其中N为不小于2的自然数,N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,最低数据量门限小于最高数据量门限,输入缓冲模块还用于根据输入缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的大小关系,对输入缓冲区的音频数据进行变速处理,其中当数据量小于最低数据量门限时,对输入缓冲区的音频数据进行增加采样点处理,增加数据量,当数据量不小于最高数据量门限时,对输入缓冲区的音频数据进行减少采样点处理,减少数据量,变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理;以及
蓝牙协议栈模块,其用于根据音频编码器的类型和编码码率,与音频接收端协商,设定蓝牙传输包的大小,并根据延时要求的高低,限制重传次数,其中延时要求越高,重传次数越低。
本发明采用的另一个技术方案是:提供一种蓝牙接收器,包括射频接收模块、调制解调模块、音频解码模块、数模转换输出模块,还包括:
蓝牙协议栈模块,其用于根据音频解码模块对应的音频解码器的类型和解码码率,与音频发射端协商,设定蓝牙传输包的大小,并根据延时要求的高低,限制重传次数,其中延时要求越高,重传次数越低;
错误隐藏模块,其用于利用错误隐藏算法,对丢失的音频帧进行错误隐藏;以及
输出缓冲模块,其用于根据音频解码器的类型,设定输出缓冲模块中输出缓冲区的大小和N个预设门限,其中N为不小于2的自然数,N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,最低数据量门限小于最高数据量门限,输出缓冲模块还用于根据输出缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的大小关系,对输出缓冲区的音频数据进行变速处理,变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中当数据量小于最低数据量门限时,对输出缓冲区的音频数据进行增加采样点处理,增加数据量,当音频数据不小于最高数据量门限时,对输出缓冲区的音频数据进行减少采样点处理,减少数据量。
本发明采用的另一个技术方案是:提供一种蓝牙收发设备,其包括方案二中的蓝牙发射器以及方案三中的蓝牙接收器。
本发明的技术方案可以达到的有益效果是:本发明设计了一种蓝牙音频数据处理方法、发射器、接收器及收发设备。该方法主要根据缓冲区中的音频数据的数据量的大小与预设门限的关系,对缓冲区中缓存的音频数据进行变速处理,增加或减少缓冲区中缓存的数据量,保证音频发射端和音频接收端之间的通信时延不会过大,从而达到低延时的效果,避免播放的音频出现卡顿现象,提升了用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种蓝牙音频数据处理方法的流程图;
图2是本发明一种蓝牙音频数据处理方法的一个具体实例的示意图;
图3是本发明一种蓝牙音频数据处理方法的另一个具体实例的示意图;
图4是本发明一种蓝牙音频数据处理方法的另一个具体实例的示意图;
图5是本发明一种蓝牙音频数据处理方法的另一个具体实例的示意图;
图6是本发明一种蓝牙发射器的功能模块组成的示意图;
图7是本发明一种蓝牙接收器的功能模块组成的示意图;
图8是本发明一种蓝牙收发设备的一个实例的示意图。
通过上述附图,已示出本发明明确的实施例,后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
下面结合附图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。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
低延时场景在蓝牙音频接收器的应用中很常见,特别是需要音画同步的场景,譬如使用蓝牙耳机观看视频、打游戏,此时对延时的要求很高,为了确保音画同步,通常要求音频端到端的延时在40ms左右,对于蓝牙音频发射器、接收器的设计提出了较高的要求,目前基于aptx-LL音频编解码器及其相关的音频数据处理的方案可以达到低延时的要求,但此方案是私有的。在音频发射端,对延时影响最大的是输入缓冲和音频编码器;在音频接收端,对延时影响最大的是输出缓冲和音频解码器。
音频编解码器固有的算法延迟是无法改变的,其算法复杂度和处理器的运算能力,在处理器算力一定时,音频编解码器的算法复杂度越高,则音频编解码器的耗时越多,整体的延时越大,反之亦然。降低此延时需要基于处理器的架构特点对音频编解码器进行性能优化,取决于具体公司的研发实力,非本发明重点。本发明主要针对输入缓冲和输出缓冲设计了一种蓝牙音频数据处理方法,其中一种蓝牙音频数据处理方法包括根据音频编解码器的类型,设定音频发射端和、或音频接收端分别对应的缓冲区的大小以及与缓冲区相应的N个预设门限,其中N为不小于2的自然数;根据音频编解码器的类型,确定音频编解码器对应的一帧音频帧的帧长,将预设数目个音频帧的帧长的音频数据对应的存储空间作为缓冲区的大小,并且根据N个预定比例的缓冲区的大小,设置对应的N个预设门限。根据缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的关系,对缓冲区的音频数据进行变速处理;其中可以设置两个预设门限,针对缓冲区中的音频数据的数据量的多少,选择增加或减少或不调整缓冲区中的音频数据,从而保证了音频播放与画面同步,降低了延时;也可以设置四个预设门限,针对变速处理,选择快速或慢速地增加或减少缓冲区中的音频数据的数据量,从而避免出现音频卡顿的现象。
本发明提出的蓝牙音频数据处理方法对缓冲区中的数据量的判断速度比现有技术快,改变数据量的速度也快,有效避免了缓冲区中数据量上溢或下溢。现有技术中通过发送控制命令来改变发送端发出的数据量,响应慢。举例来说,如果因为当前无线环境干扰较多而导致接收端接收到的数据量不足,则接收端向发送端发送增加数据量的命令结果有两种可能,一是此控制命令发不出去直接导致控制无效;二是发送端收到控制命令,但由于无线环境差无法通过改变数据传输速率来增加数据的发送量。
本发明的应用场景以及基于的协议标准主要是基于HFP传输语音、或A2DP传输音乐、或LE Audio传输音乐和语音。传输的数据类型既可以是音乐,也可以是语音。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图,对本发明的实施例进行描述。
方法实施例:
图1为本发明一种蓝牙音频数据处理方法的流程图,如图1所示,本实施例中的方法可以包括:
步骤S101,根据音频编解码器的类型,设定音频发射端和、或音频接收端分别对应的缓冲区的大小以及与缓冲区相应的N个预设门限,其中N为不小于2的自然数,N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,最低数据量门限小于最高数据量门限;
步骤S102,在音频发射端和、或音频接收端中,根据缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的大小关系,对缓冲区的音频数据进行变速处理,变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中当数据量小于最低数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行增加采样点处理,增加数据量,当数据量不小于最高数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行减少采样点处理,减少数据量。
本实施例中,N个预设门限最少包括最低数据量门限和最高数据量门限这两个预设门限;当数据量小于最低数据量门限时,说明缓冲区中的数据量过少,为避免缓冲区的数据量耗尽导致播放的音频卡顿,需要增加缓冲区中的数据量;当数据量不小于最低数据量门限时,说明缓冲区中的数据量过多,为避免因缓冲区溢出导致播放的音频不连续,需要减少缓冲区中的数据量。变速处理的方式可以是增加采样点或者减少采样点,增加或减少采样点的手段可以是改变采样率或者现有较为成熟的时长规整算法;变速处理的过程既可以在音频发射端执行,也可以在音频接收端执行,还可以在音频发射端和音频接收端各自执行。
在本发明的一个可选实施例中,根据音频编解码器的类型,设定音频发射端和、或音频接收端分别对应的缓冲区的大小以及与缓冲区相应的N个预设门限,包括:根据音频编解码器的类型,确定音频编解码器对应的一帧音频帧的帧长;根据帧长,确定一帧音频帧的大小,并根据预设数目个一帧音频帧的大小,设定缓冲区的大小;根据缓冲区的大小与N个预定比例,设置对应的N个预设门限,其中N个预设门限不超过缓冲区的大小范围。
在该可选实施例中,缓冲区的大小即为预设数目个音频帧的帧长的音频数据对应的存储空间,一帧音频帧的帧长的音频数据对应的存储空间为一帧音频帧的大小;预设数目的取值尽量设置在2及以上。缓冲区的大小确定后,若N取值为2,则根据低延时要求的历史经验值,例如低延时要求在40ms内,可以分别设定两个预定比例为0.4和0.6,将0.4倍的缓冲区大小作为最低数据量门限,将0.6倍的缓冲区大小作为最高数据量门限;若N取值为4,则还可以根据数据量增减的速率划分门限,根据低延时要求的历史经验值,例如低延时要求在40ms内,可以分别设定四个预定比例分别为0.2、0.4、0.6和0.8,将0.2倍的缓冲区大小和0.8倍的缓冲区大小分别作为最低数据量门限和最高数据量门限,将0.4倍的缓冲区大小和0.6倍的缓冲区大小分别作为数据量下门限和数据量上门限。
需要说明的是,实际操作中,预定比例的设定需要根据具体的情形调整。
在本发明的一个可选实例中,各种音频编解码器的帧长大小不一,此处的帧长指一帧的时长,非压缩包大小,如果想得到最佳的延时方案,需要根据帧长设定,譬如,10ms帧长的音频数据和7.5ms帧长的音频数据对应的存储空间不同,即一帧10ms音频帧的大小不同于一帧7.5ms音频帧的大小。预设数目可以取值在2~4范围内,譬如缓冲区的大小可以设定为4帧音频帧的帧长的音频数据对应的存储空间。以48kHz采样率为例,不同种类的音频编解码器,每帧音频帧的帧长的音频数据对应的存储空间如下:
SBC音频编解码器:每帧采样点(sample)大小可以为512Bytes;
AAC音频编解码器:每帧采样点(sample)大小可以为4096Bytes;
LC3音频编解码器(10ms帧长):每帧采样点(sample)大小可以为1920Bytes。
在本发明的一个可选实施例中,N个预设门限还包括数据量下门限和数据量上门限,并且最低数据量门限,数据量下门限小于数据量上门限,数据量上门限小于最高数据量门限,其中,当数据量小于最低数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行快速增加采样点处理,快速增加数据量;当数据量不小于最低数据量门限且小于数据量下门限时,对缓冲区的音频数据进行慢速增加采样点处理,慢速增加数据量;当数据量不小于数据量上门限且小于最高数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行慢速减少采样点处理,慢速减少数据量;当数据量不小于最高数据量门限时,对缓冲区的音频数据进行快速减少采样点处理,快速减少数据量。
在该可选实施例中,根据数据量增减的速率划分出四个预设门限,最低数据量门限是为区分数据量是以快速还是以慢速的速率进行增加而设定的,最高数据量门限是为区分数据量是以快速还是以慢速的速率进行减少而设定的,数据量上门限和数据量下门限之间是稳定的数据量处理速率,不需要增加也不需要减少。
在如图2所示的蓝牙音频数据处理方法的一个具体实例中,当N取值为2时,数据量小于最低数据量门限,表示的是缓冲区中的音频数据的数据量少,对音频播放启动减速处理,需要增加缓冲区中的数据量;数据量不小于最高数据量门限,表示的是音频数据的数据量多,对音频播放启动加速处理,需要减少缓冲区中的数据量;数据量不小于最低数据量门限且小于最高数据量门限,表示的是缓冲区中的音频数据的数据量适中,不需要调整。当N取值为4时,设置的最低数据量门限是缓冲区中的音频数据的数据量太少的指示门限,当前缓冲区中的音频数据的数据量小于最低数据量门限时,指示缓冲区中的数据量太少,需要较多的增加,否则缓冲区的数据量会很快耗尽导致播放的音频卡顿,如果缓冲区的音频数据的数据量小于最低数据量门限,则对缓冲区中的音频数据进行快速变速处理,通过快速增加采样点的方式快速增加缓冲区中的数据量。设置的数据量下门限是缓冲区中的数据量符合预期的音频数据的数据量下限,数据量不小于最低数据量门限且小于数据量下门限表示的是缓冲区中的数据量较少,没有达到预期,需要轻微的增加数据量,对缓冲区中的音频数据进行慢速变速处理,使用慢速增加采样点的方式慢速增加缓冲区中的数据量,音质损失小。设置的数据量上门限是缓冲区中的数据量符合预期的音频数据的数据量上限,数据量不小于数据量下门限且小于数据量上门限表示的是数据量比较符合预期,不做调整;数据量不小于数据量上门限且小于最高数据量门限表示的是缓冲区中的数据量稍稍有点多,对缓冲区中的音频数据进行慢速变速处理,使用慢速减少采样点的方式慢速减少缓冲区中的数据量,使得缓冲区中的数据量轻微减少。设置的第四门限是缓冲区中的数据量较多的门限,数据量不小于最高数据量门限,则指示缓冲区的数据量过多,需要尽快减少数据量,否则会引起缓冲区溢出,这会导致播放的音频不连续,降低了用户的体验,可以使用快速减少采样点的方式慢速减少缓冲区中的数据量。
需要说明的是,减速处理指的是达到减速效果的处理,减速效果是相对而言的,假如音频源数据的总数据量一定,同时以正常的速度输出到喇叭,那么这是正常速度播放,如果将音频源数据进行拉伸(譬如插值),使得总数据量增加,然后仍然以相同的速度输出到喇叭,这个效果就是减速播放;因为输出到喇叭的速度是一定的,所以要达到减速的效果就需要增加数据量。加速处理与减速处理同理,不再赘述。
值得注意的是,N可以取值为2、3、4……,但是为了取得最佳的低延时效果,N的取值为4。
在本发明的一个可选实施例中,慢速增加采样点处理和慢速减少采样点处理使用变速变调方式实现,以保证音频的音质稳定,变速变调方式为改变采样速度以及改变音调的方式;快速增加采样点处理和快速减少采样点处理使用变速不变调方式实现,以保证音频的音调稳定,变速不变调方式为改变采样速度以及不改变音调的方式。
在该可选实施例中,使用变速变调方式慢速处理缓冲区中数据量,算法复杂度低且计算量小,音频质量较高,使用变速不变调方式快速处理缓冲区中数据量,在确保音调不变的同时还能保持原音频的基音周期等感知特征。
现有技术中变速处理方法主要包括两种,一种是变速变调处理,另一种是变速不变调处理。变速变调处理通常可以通过重采样的方式实现变快或变慢,缺点是如果缓冲区中的数据量改变的速度过快,会引起明显的音调变化,达到一定的门限则人耳可以察觉,此为较成熟的算法,不再赘述。变速变调处理中的快速:假如当前采样率是44.1kHz,10ms的音频数据对应441个采样点,对长度为441个采样点的音频数据上采样到47kHz,则可以得到长度约为470个采样点的音频数据;变速变调处理中的慢速:假如当前采样率是44.1kHz,10ms的音频数据对应441个采样点,对长度为441个采样点的音频数据上采样到45kHz,则可以得到长度约为450和采样点的音频数据;上述以上采样增加采样点举例,如果要减少采样点,下采样即可。变速不变调处理通过相关的算法可以实现变快或变慢,即减少采样点或增加采样点,同时确保音调不变,是较为成熟的算法,通常被称为时长规整算法(TSM,time-scale modification),有时域法和频域法,其目的在于延长或缩短长度,同时保持原音频的基音周期等感知特征;变速不变调处理中的快速:以时域时长规整为例,通常采用分解与合成的思想,即将原始信号以帧间距Sa进行分解,以帧间距Ss进行合成,规整因子F=Sa/Ss,F>1表示减少样点,F越大则表示数据量减少的速度越快,F<1表示增加采样点,F越小则表示数据量增加的速度越快;变速不变调处理中的慢速:参考上述描述,通过规整因子F控制数据量增加或减少的速度。
在本发明的一个可选实施例中,根据音频编解码器的类型,确定音频编解码器对应的一帧音频帧的大小;将一帧音频帧的大小加上帧头的大小,得到当前音频帧的大小;根据当前音频帧的大小,设定蓝牙传输包的大小,使得当前音频帧的大小占蓝牙传输包的大小的比例在预设范围内。
在该可选实施例中,音频编解码器对应的一帧音频帧的大小是根据音频编解码器的类型设定原始音频帧的大小;当前音频帧的大小占蓝牙传输包的大小的比例在预设范围内,既不会因为当前音频帧太小,蓝牙传输包太大导致带宽浪费,也不会因为蓝牙传输包太小无法容纳当前音频帧而导致时延的增加。
优选的,根据历史经验,当前音频帧的大小占蓝牙传输包的大小的90%为最佳比例,在数值90%上下浮动5%为预设范围,即预设范围85%~95%。
在本发明的一个可选实例中,音频接收端和音频发射端在播放音频之前协商一个比较合适的蓝牙传输包的大小,提高传输效率;在实际设定一帧音频帧大小的过程中,还可以考虑到即使在相同的码率下,每一种音频编解码器对应的一帧音频帧的大小也不相同,假定采样率48kHz、码率128kbps,则一帧音频帧大小为:
SBC音频编解码器:基于每帧大小128采样点,其对应的原始音频帧大小约43Bytes;
AAC音频编解码器:约342Bytes;
LC3音频编解码器:基于10ms帧长,其对应的原始音频帧大小160Bytes。
需要说明的是,本发明提供的实施例主要以SBC音频编解码器、AAC音频编解码器和LC3音频编解码器举例,但其思想对其他的音频编解码器也适用,譬如MPEG1/2-Layer3、OPUS、LDAC、LHDC等都是可以应用于蓝牙音频设备的音频编解码器。
在如图3所示的一种蓝牙音频数据处理方法的另一个具体实例中,在音频接收端和音频发射端进行蓝牙传输时,音频帧(Media PL)会被加上帧头放置在蓝牙传输包(BTPacket)中,以A2DP规范为例,音频帧(Media PL)在传输之前,会加上内容保护头(CP)、媒体包的头(MP)和逻辑链路控制的头(L2CAP),得到当前音频帧。
在如图4所示的一种蓝牙音频数据处理方法的另一个具体实例中,如果当前音频帧很小,则一个蓝牙传输包可能会有很多空闲空间,这会导致带宽的浪费。
在如图5所示的一种蓝牙音频数据处理方法的另一个具体实例中,如果当前音频帧很大,则一个蓝牙传输包可能无法容纳一个当前音频帧,此时需要将其至少拆分成2个,需要传输至少两次增加了延时,从而在音频接收端将这两个部分都成功接收才能开始解码;在设定蓝牙传输包大小时,尽量使得一个蓝牙传输包可以容纳一个音频帧,避免拆分音频帧来传输。
在本发明的一个可选实施例中,音频发射端和音频接收端根据对延时要求的高低,相互协商当前音频帧的重传次数,其中延时要求越高,重传次数越低。
在该可选实施例中,在蓝牙设备播放音频之前,音频发射端和音频接收端会协商配置参数,诸如音频格式、采样率、重传次数等,在最新的蓝牙低功耗音频(Low EnergyAudio,简称LE Audio)规范中,引入了点对点的同步流传输链接技术(Connectedisochronous stream,简称CIS),用来实现低延时的音频传输。在建立CIS链路时会配置相应的服务质量参数(Quality of Service,简称QoS),其中包含超时时间(Flush Timeout,简称FT)、同步链路时间间隔(ISO Interval)、一个时间间隔内的最大子事件个数(Numberof Subevent,简称NSE)以及一个时间间隔内允许发送的数据包的个数(Burst Number,简称BN),这些参数决定了每个音频帧的最大重传次数,在无线环境变差时,重传次数越多,接收到正确音频帧的可能性就越大,但对延时的时间间隔就越大,所以为了实现低延时,需要将重传次数限制地尽可能低,譬如0~2次,对于延时要求最高的场景,可以将重传次数设置为0。
在本发明的一个可选实施例中,音频接收端利用错误隐藏算法,对丢失的音频帧进行错误隐藏,使得输出信号连续。
在该可选实施例中,由于重传次数受到限制,所以同等的无线环境下丢帧的可能性会升高,使用错误隐藏算法,对丢失的音频帧进行错误隐藏,以音质轻微降低的代价换取了低延时和避免音频的卡顿。
在本发明的一个可选实例中,由于无线环境的复杂性,丢帧很难避免,为了确保用户的体验,通常会采用一定的算法进行错误隐藏,下面列举一下常见的成熟算法:
波形复制错误隐藏算法:在丢帧前后的波形中寻找与丢帧处波形相似的信号,并对该信号加以处理来填补丢帧;
模板匹配错误隐藏算法:基于插值实现错误隐藏;
波形相似叠加错误隐藏算法:将语音输入信号分解成等长部分,然后将其重新排列并进行固定长度的叠加,形成输出信号,其长度会增加或减小。此算法在每次迭代过程中选择与前一帧合成信号最匹配的帧合成下一帧音频数据,从而保证合成信号的连续性。
产品实施例:
图6为本发明一种蓝牙发射器的功能模块组成的示意图,如图6所示,本发明提出的蓝牙发射器可以包括:
601,音频输入模块;
602,输入缓冲模块,其用于根据音频编码模块对应的音频编码器的类型,设定输入缓冲模块中输入缓冲区的大小和N个预设门限,其中N为不小于2的自然数,N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,最低数据量门限小于最高数据量门限,输入缓冲模块还用于根据输入缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的大小关系,对输入缓冲区的音频数据进行变速处理,变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中当数据量小于最低数据量门限时,对输入缓冲区的音频数据进行增加采样点处理,增加数据量,当数据量不小于最高数据量门限时,对输入缓冲区的音频数据进行减少采样点处理,减少数据量;
603,音频编码模块;
604,蓝牙协议栈模块,其用于根据音频编码器的类型和编码码率,与音频接收端协商,设定蓝牙传输包的大小,并根据延时要求的高低,限制重传次数,其中延时要求越高,重传次数越低;
605,调制解调模块;
606,射频发射模块。
本实施例中,在蓝牙发射器中,对延时贡献最大的是输入缓冲模块,其次是音频编码模块。蓝牙发射器的音频输入不一定是匀速的,譬如具有USB接口的蓝牙发射器,其从USB驱动获取音频的速度的不均匀会导致输入缓冲较大而导致音频发射端的延时较大,根据低延时场景与音频编码器的类型设定输入缓冲区的大小和相应的预设门限,对输入缓冲模块的输入缓冲区中的音频数据的数据量进行增加或减小,根据输入缓冲区的大小与预设门限的关系启动变速处理;蓝牙协议栈模块根据低延时场景、音频编码器的类型和码率设定蓝牙传输包的大小,协商时限制重传次数,在一定程度上减小了时延,提高了用户体验,本发明提出的蓝牙发射器既可以用于经典蓝牙(BR/EDR),又可以用于低功耗蓝牙(BLE)。
图7为本发明一种蓝牙接收器的功能模块组成的示意图,如图7所示,本发明提出的蓝牙接收器可以包括:
701,射频接收模块;
702,调制解调模块;
703,蓝牙协议栈模块,其用于根据音频解码模块对应的音频解码器的类型和解码码率,与音频发射端协商,设定蓝牙传输包的大小,并根据延时要求的高低,限制重传次数,其中延时要求越高,重传次数越低;
704,音频解码模块;
705,错误隐藏模块,其用于利用错误隐藏算法,对丢失的音频帧进行错误隐藏;
706,输出缓冲模块,其用于根据音频解码器的类型,设定输出缓冲模块中输出缓冲区的大小和N个预设门限,其中N为不小于2的自然数,N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,最低数据量门限小于最高数据量门限,输出缓冲模块还用于根据输出缓冲区接收的音频数据的数据量与N个预设门限的大小关系,对输出缓冲区的音频数据进行变速处理,减少数据量,变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中当数据量小于最低数据量门限时,对输出缓冲区的音频数据进行增加采样点处理,增加数据量,当音频数据不小于最高数据量门限时,对输出缓冲区的音频数据进行减少采样点处理;
707,数模转换输出模块。
本实施例中,蓝牙接收器不仅在蓝牙协议栈模块采取设定蓝牙传输包的大小和重传次数的措施,在输出缓冲模块采取设定输出缓冲区大小和预设门限的措施来降低延时,还在音频解码模块对丢失的音频帧进行错误隐藏,来避免音频卡顿以及延时过高。
在本发明的一个可选实施例中,本发明提出的一种蓝牙发射器中的各个模块以及一种蓝牙接收器中的各个模块可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或在两者的组合中。
软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储介质中。示范性存储介质耦合到处理器,使得处理器可从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。
处理器可以是中央处理单元(英文:Central Processing Unit,简称:CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文:Digital Signal Processor,简称:DSP)、专用集成电路(英文:Application Specific Integrated Circuit,简称:ASIC)、现场可编程门阵列(英文:Field Programmable Gate Array,简称:FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合等。通用处理器可以是微处理器,但在替代方案中,处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合,例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器或任何其它此类配置。在替代方案中,存储介质可与处理器成一体式。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替代方案中,处理器和存储介质可作为离散组件驻留在用户终端中。
在本发明的一个具体实施例中,蓝牙收发设备主要包括本发明提出的蓝牙发射器以及蓝牙接收器。
在该具体实施例中,蓝牙收发设备既具有蓝牙发射器的功能,也具有蓝牙接收器的功能,可以取得最佳的延时效果。
在图8所示的一种蓝牙收发设备的一个实例中,蓝牙协议栈模块在播放音乐的初始阶段,发射端和接收端的协议栈协商播放的参数配置,诸如音频编解码器类型、采样率和码率等;蓝牙协议栈模块在发射端对音频编码器输出的音频帧加上帧头并发送给调制解调模块;蓝牙协议栈模块在接收端对来自调制解调模块的当前音频帧判断是否有错并执行去帧头的动作;蓝牙协议栈模块可以协调编解码模块和调制解调模块的工作。
在本发明的一个可选实例中,由于无线环境复杂,当前音频帧的传输会遇到如下几种情形:
当前音频帧只经过一次传输,就被音频接收端成功收到;
当前音频帧第一次传输失败,但在设定的重传次数内被音频接收端成功收到;
当前音频帧第一次传输失败,并且在设定的重传次数内没有被音频接收端成功收到。
在该可选实例中,理想的情形下蓝牙收发设备中的音频发射端以比较均匀的速度发送当前音频帧,蓝牙收发设备中的音频接收端以比较均匀的速度接收当前音频帧,以LC3音频编解码器为例,假定配置为单声道、48kHz采样率、10ms帧长和128kbps码率,则音频发射端每10ms发送一个当前音频帧,音频接收端也以相似的速率接收,音频发射端在50ms内连续发送五个当前音频帧,音频接收端在50ms内连续接收五个当前音频帧;当无线环境干扰较多时,当前音频帧的传输的速度就会不稳定,部分当前音频帧需要重传,需要更多的时间,假定前30ms内只成功传输一个当前音频帧,此时音频接收端缓冲的音频数据的数据量如果小于最低数据量门限,则需要增加数据量以避免下溢导致音频不连续而产生噪声;当无线环境干扰减少时,当前音频帧的传输速度又会变快,会将之前未成功传输的音频数据和当前待传输的音频数据快速传输,可能在接下来20ms内成功传输4个音频数据,如果音频接收端缓冲的音频数据的数据量不小于最高数据量门限,则需要减少数据量以避免上溢导致音频不连续而产生噪声。如果无线环境仍然不稳定,可能会丢帧,譬如音频发射端传输1、2、3、4、5帧,最后音频接收端只收到1、2、4、5帧,第三帧丢失,此时需要启动错误隐藏算法对丢失的音频帧进行错误隐藏。
本发明提供的蓝牙收发设备,可用于执行上述任一实施例描述的蓝牙音频数据处理方法,其实现原理和技术效果类似,在此不再赘述。
本发明的蓝牙发射器可以和本发明的蓝牙接收器配合使用,取得最佳的低延时效果;本发明的蓝牙发射器也可以和第三方的接收器配合使用;本发明的蓝牙接收器也可以和第三方的发射器配合使用;都可以取得相应的低延时效果。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种蓝牙音频数据处理方法,其特征在于,包括:
根据音频编解码器的类型,设定音频发射端和/或音频接收端分别对应的缓冲区的大小以及与所述缓冲区相应的N个预设门限,其中所述N为不小于2的自然数,所述N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,所述最低数据量门限小于所述最高数据量门限;以及
在所述音频发射端和/或所述音频接收端中,根据所述缓冲区接收的音频数据的数据量与所述N个预设门限的大小关系,对所述缓冲区的所述音频数据进行变速处理,所述变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中
当所述数据量小于所述最低数据量门限时,对所述缓冲区的所述音频数据进行所述增加采样点处理,增加所述数据量,
当所述数据量不小于所述最高数据量门限时,对所述缓冲区的所述音频数据进行所述减少采样点处理,减少所述数据量。
2.如权利要求1所述的蓝牙音频数据处理方法,其特征在于,所述根据音频编解码器的类型,设定音频发射端和/或音频接收端分别对应的缓冲区的大小以及与所述缓冲区相应的N个预设门限,包括:
根据所述音频编解码器的类型,确定所述音频编解码器对应的一帧音频帧的帧长;
根据所述帧长,确定所述一帧音频帧的大小,并根据预设数目个所述一帧音频帧的大小,设定所述缓冲区的大小;
根据所述缓冲区的大小与N个预定比例,设置对应的所述N个预设门限,其中所述N个预设门限不超过对应的所述缓冲区的大小范围。
3.如权利要求1所述的蓝牙音频数据处理方法,其特征在于,所述N个预设门限还包括数据量下门限和数据量上门限,并且所述最低数据量门限小于所述数据量下门限,所述数据量下门限小于所述数据量上门限,所述数据量上门限小于所述最高数据量门限,其中,
当所述数据量小于所述最低数据量门限时,对所述缓冲区的音频数据进行快速增加采样点处理,快速增加所述数据量;
当所述数据量不小于所述最低数据量门限且小于所述数据量下门限时,对所述缓冲区的音频数据进行慢速增加采样点处理,慢速增加所述数据量;
当所述数据量不小于所述数据量上门限且小于所述最高数据量门限时,对所述缓冲区的音频数据进行慢速减少采样点处理,慢速减少所述数据量;
当所述数据量不小于所述最高数据量门限时,对所述缓冲区的音频数据进行快速减少采样点处理,快速减少所述数据量。
4.如权利要求3所述的蓝牙音频数据处理方法,其特征在于,所述慢速增加采样点处理和所述慢速减少采样点处理使用变速变调方式实现,其中所述变速变调方式为改变采样速度以及改变音调的方式;
所述快速增加采样点处理和快速减少采样点处理使用变速不变调方式实现,其中所述变速不变调方式为改变采样速度以及不改变音调的方式。
5.如权利要求1所述的蓝牙音频数据处理方法,其特征在于,还包括:
根据所述音频编解码器的类型,确定所述音频编解码器对应的一帧音频帧的大小;
将所述一帧音频帧的大小加上帧头的大小,得到当前音频帧的大小;
根据所述当前音频帧的大小,设定蓝牙传输包的大小,使得所述当前音频帧的大小占所述蓝牙传输包的大小的比例在预设范围内。
6.如权利要求1所述的蓝牙音频数据处理方法,其特征在于,还包括:
所述音频发射端和所述音频接收端根据对延时要求的高低,相互协商当前音频帧的重传次数,其中所述延时要求越高,所述重传次数越低。
7.如权利要求1所述的蓝牙音频数据处理方法,其特征在于,还包括:
所述音频接收端利用错误隐藏算法,对丢失的音频帧进行错误隐藏,使得输出信号连续。
8.一种蓝牙发射器,包括音频输入模块、音频编码模块、调制解调模块、射频发射模块,其特征在于,还包括:
输入缓冲模块,其用于根据所述音频编码模块对应的音频编码器的类型,设定所述输入缓冲模块中输入缓冲区的大小和N个预设门限,其中所述N为不小于2的自然数,所述N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,所述最低数据量门限小于所述最高数据量门限,
所述输入缓冲模块还用于根据所述输入缓冲区接收的音频数据的数据量与所述N个预设门限的大小关系,对所述输入缓冲区的所述音频数据进行变速处理,所述变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中当所述数据量小于所述最低数据量门限时,对所述输入缓冲区的所述音频数据进行所述增加采样点处理,增加所述数据量,当所述数据量不小于所述最高数据量门限时,对所述输入缓冲区的所述音频数据进行所述减少采样点处理,减少所述数据量;以及
蓝牙协议栈模块,其用于根据所述音频编码器的类型和编码码率,与音频接收端协商,设定蓝牙传输包的大小,并根据延时要求的高低,限制重传次数,其中所述延时要求越高,所述重传次数越低。
9.一种蓝牙接收器,包括射频接收模块、调制解调模块、音频解码模块、数模转换输出模块,其特征在于,还包括:
蓝牙协议栈模块,其用于根据所述音频解码模块对应的音频解码器的类型和解码码率,与音频发射端协商,设定蓝牙传输包的大小,并根据延时要求的高低,限制重传次数,其中所述延时要求越高,所述重传次数越低;
错误隐藏模块,其用于利用错误隐藏算法,对丢失的音频帧进行错误隐藏;以及
输出缓冲模块,其用于根据所述音频解码器的类型,设定所述输出缓冲模块中输出缓冲区的大小和N个预设门限,其中所述N为不小于2的自然数,所述N个预设门限包括最低数据量门限和最高数据量门限,所述最低数据量门限小于所述最高数据量门限,
所述输出缓冲模块还用于根据所述输出缓冲区接收的音频数据的数据量与所述N个预设门限的大小关系,对所述输出缓冲区的所述音频数据进行变速处理,所述变速处理包括增加采样点处理和减少采样点处理,其中当所述数据量小于所述最低数据量门限时,对所述输出缓冲区的所述音频数据进行所述增加采样点处理,增加所述数据量,当所述音频数据不小于所述最高数据量门限时,对所述输出缓冲区的所述音频数据进行所述减少采样点处理,减少所述数据量。
10.一种蓝牙收发设备,其特征在于,包括如权利要求8所述的蓝牙发射器以及如权利要求9所述的蓝牙接收器。
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