CN114142958A - 一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统及方法,发端部分将模拟音频转化成以太网数据包发送出去,收端部分将以太网数据包转换成模拟音频信号并播放;在传输音频信号的同时完成PTP时钟同步信息的传输,收端通过交互的时钟信息计算出时钟偏差,从而使用这个偏差值对本地参考时钟进行调整并重构本地媒体时钟,最终实现收发两端使用相同的音频媒体时钟工作,实现音频同步传输。
Description
技术领域
本发明涉及机载设备网络技术领域,具体涉及一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统及方法。
背景技术
随着信息技术的发展和业务需求的不断扩增,飞机客舱中使用的音视频设备日益增多,基于机载设备的实时音视频传输的需求也愈加迫切。
传统的模拟音频传输,每路信号对应一条物理线路,布线和维护成本成倍增加,模拟信号长距离传输抗干扰能力差导致信号质量严重衰减。随着网络技术的发展,该系统已逐渐被新一代的数字化音频传输技术所替代。数字化音频技术由于抗干扰能力强、易维护性等优势在新一代客舱技术占据主导地位。但同时数字化音频技术也暴露出传输实时性、同步性方面的缺陷,由于采样时钟误差的积累导致客舱设备间同步性问题显现出来。
鉴于此,本发明提出一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:传统的模拟音频传输,每路信号对应一条物理线路,布线和维护成本成倍增加,而数字化音频技术也在传输实时性、同步性方面存在缺陷,本发明目的在于提供一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统及方法,解决了上述技术问题。
本发明通过下述技术方案实现:
本方案提供一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,包括:以太网、发端部分和收端部分;所述发端部分包括第一级联交换机,收端部分包括第二级联交换机;
所述发端部分将音频数据和时钟同步信息分别封装成以太网数据包并通过第一级联交换机发送至以太网;
收端部分通过第二级联交换机从以太网接收以太网数据包;
收端部分解析以太网数据包,基于时钟同步信息计算出时钟偏差,基于时钟偏差调整本地参考时钟并重构本地媒体时钟,使得收端部分与发端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
本方案工作原理:传统的模拟音频传输,每路信号对应一条物理线路,布线和维护成本成倍增加,模拟信号长距离传输抗干扰能力差导致信号质量严重衰减;而数字化音频技术存在传输实时性、同步性方面的缺陷,由于采样时钟误差的积累导致客舱设备间同步性问题显现出来。本方案发端部分将模拟音频转化成以太网数据包发送出去,收端部分将以太网数据包转换成模拟音频信号并播放;在传输音频信号的同时完成PTP时钟同步信息的传输,收端通过交互的时钟信息计算出时钟偏差,从而使用这个偏差值对本地参考时钟进行调整并重构本地媒体时钟,最终实现收发两端使用相同的音频媒体时钟工作,实现音频同步传输;
本发明系统在拥有抗干扰能力强、易维护性等优势的同时解决了采样时钟误差的积累导致客舱网络设备间时钟同步性问题。因此,在推广客舱电子设备应用方面具有重要的意义。
进一步优化方案为,所述发端部分还包括:第一晶振、第一处理器和拾音模块;
所述第一晶振为第一处理器和第一级联交换机提供同源的第一时钟同步信息;
所述拾音模块收集语音模拟信号并按照指定的采样时钟转换成语音数字信号发送至第一处理器;
所述第一处理器将语音数字信号封装成以太网数据包发送给第一级联交换机;
所述第一级联交换机根据第一时钟同步信息产生同源时钟信号,并依据同源时钟信号修改以太网数据包的时钟同步信息。
进一步优化方案为,所述发端部分还包括IIS通道,拾音模块通过IIS通道将语音数字信号发送至第一处理器。
进一步优化方案为,所述发端部分还包括第一分频模块,拾音模块包括拾音器和模拟数字转换模块;
拾音器用于收集语音模拟信号,模拟数字转换模块按照指定的采样时钟转换成语音数字信号;
所述第一级联交换机将第一时钟同步信息通过第一分频模块分频出工作时钟以供模拟数字转换模块使用,同时分频出位时钟信号和字时钟信号以供IIS通道使用。
进一步优化方案为,所述收端部分还包括:第二晶振、第二处理器和扩音模块;
所述第二晶振为第二处理器和第二级联交换机提供同源的第二时钟同步信息;
所述第二处理器根据以太网数据包解析出语音数字信号和时钟同步信息,基于时钟同步信息和第二时钟同步信息获得时钟偏移和网络延时;由级联交换机根据时钟偏移和网络延时校正收端部分的本地时钟,使得发端部分和收端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
进一步优化方案为,所述收端部分还包括IIS通道,第二处理器通过IIS通道将语音数字信号发送至扩音模块。
进一步优化方案为,所述发端部分还包括第二分频模块,扩音模块包括扩音器和数字模拟转换模块;
所述第二处理器将级联交换机校正后的本地时钟信号分频出工作时钟以供数字模拟转换模块使用,同时分频产生位时钟信号和字时钟信号以供IIS通道使用。
本方案还提供一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输方法,应用于上述机载实时语音同步传输系统,包括步骤:
S1、发端部分将音频数据和时钟同步信息分别封装成以太网数据包并发送至以太网;
S2、收端部分从以太网接收以太网数据包;
S3、收端部分解析以太网数据包,基于时钟同步信息计算出时钟偏差,基于时钟偏差调整本地参考时钟并重构本地媒体时钟,使得收端部分与发端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
进一步优化方案为,所述发端部分包括:第一级联交换机、第一晶振、第一处理器和拾音模块;
所述第一晶振为第一处理器和第一级联交换机提供同源的第一时钟同步信息;
所述拾音模块收集语音模拟信号并按照指定的采样时钟转换成语音数字信号发送至第一处理器;
所述第一处理器将语音数字信号封装成以太网数据包发送给第一级联交换机;
所述第一级联交换机根据第一时钟同步信息产生同源时钟信号,并依据同源时钟信号修改以太网数据包的时钟同步信息。
进一步优化方案为,所述收端部分包括:第二级联交换机、第二晶振、第二处理器和扩音模块;
所述第二晶振为第二处理器和第二级联交换机提供同源的第二时钟同步信息;
所述第二处理器根据以太网数据包解析出语音数字信号和时钟同步信息,基于时钟同步信息和第二时钟同步信息获得时钟偏移和网络延时;由级联交换机根据时钟偏移和网络延时校正收端部分的本地时钟,使得发端部分和收端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明提供的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统及方法,发端部分将模拟音频转化成以太网数据包发送出去,收端部分将以太网数据包转换成模拟音频信号并播放;在传输音频信号的同时完成PTP时钟同步信息的传输,收端通过交互的时钟信息计算出时钟偏差,从而使用这个偏差值对本地参考时钟进行调整并重构本地媒体时钟,最终实现收发两端使用相同的音频媒体时钟工作,实现音频同步传输;本发明系统在拥有抗干扰能力强、易维护性等优势的同时解决了采样时钟误差的积累导致客舱网络设备间时钟同步性问题。因此,在推广客舱电子设备应用方面具有重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中:
图1为基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统结构示意图;
图2为实施例3实时语音同步传输过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,如图1所示,包括:以太网、发端部分和收端部分;所述发端部分包括第一级联交换机,收端部分包括第二级联交换机;
所述发端部分将音频数据和时钟同步信息分别封装成以太网数据包并通过第一级联交换机发送至以太网;
收端部分通过第二级联交换机从以太网接收以太网数据包;
收端部分解析以太网数据包,基于时钟同步信息计算出时钟偏差,基于时钟偏差调整
本地参考时钟并重构本地媒体时钟,使得收端部分与发端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
所述发端部分还包括:第一晶振、第一处理器和拾音模块;
所述第一晶振为第一处理器和第一级联交换机提供同源的第一时钟同步信息;
所述拾音模块收集语音模拟信号并按照指定的采样时钟转换成语音数字信号发送至第一处理器;
所述第一处理器将语音数字信号封装成以太网数据包发送给第一级联交换机;
所述第一级联交换机根据第一时钟同步信息产生同源时钟信号,并依据同源时钟信号修改以太网数据包的时钟同步信息。
所述发端部分还包括IIS通道,拾音模块通过IIS通道将语音数字信号发送至第一处理器。
所述发端部分还包括第一分频模块,拾音模块包括拾音器和模拟数字转换模块;
拾音器用于收集语音模拟信号,模拟数字转换模块按照指定的采样时钟转换成语音数字信号;
所述第一级联交换机将第一时钟同步信息通过第一分频模块分频出工作时钟以供模拟数字转换模块使用,同时分频出位时钟信号和字时钟信号以供IIS通道使用。
所述收端部分还包括:第二晶振、第二处理器和扩音模块;
所述第二晶振为第二处理器和第二级联交换机提供同源的第二时钟同步信息;
所述第二处理器根据以太网数据包解析出语音数字信号和时钟同步信息,基于时钟同步信息和第二时钟同步信息获得时钟偏移和网络延时;由级联交换机根据时钟偏移和网络延时校正收端部分的本地时钟,使得发端部分和收端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
所述收端部分还包括IIS通道,第二处理器通过IIS通道将语音数字信号发送至扩音模块。
所述发端部分还包括第二分频模块,扩音模块包括扩音器和数字模拟转换模块;
所述第二处理器将级联交换机校正后的本地时钟信号分频出工作时钟以供数字模拟转换模块使用,同时分频产生位时钟信号和字时钟信号以供IIS通道使用。
实施例2
本实施例提供一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输方法,应用于上一实施例的机载实时语音同步传输系统,包括步骤:
S1、发端部分将音频数据和时钟同步信息分别封装成以太网数据包并发送至以太网;
S2、收端部分从以太网接收以太网数据包;
S3、收端部分解析以太网数据包,基于时钟同步信息计算出时钟偏差,基于时钟偏差调整本地参考时钟并重构本地媒体时钟,使得收端部分与发端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
所述发端部分包括:第一级联交换机、第一晶振、第一处理器和拾音模块;
所述第一晶振为第一处理器和第一级联交换机提供同源的第一时钟同步信息;
所述拾音模块收集语音模拟信号并按照指定的采样时钟转换成语音数字信号发送至第一处理器;
所述第一处理器将语音数字信号封装成以太网数据包发送给第一级联交换机;
所述第一级联交换机根据第一时钟同步信息产生同源时钟信号,并依据同源时钟信号修改以太网数据包的时钟同步信息。
所述收端部分还包括:第二级联交换机、第二晶振、第二处理器和扩音模块;
所述第二晶振为第二处理器和第二级联交换机提供同源的第二时钟同步信息;
所述第二处理器根据以太网数据包解析出语音数字信号和时钟同步信息,基于时钟同步信息和第二时钟同步信息获得时钟偏移和网络延时;由级联交换机根据时钟偏移和网络延时校正收端部分的本地时钟,使得发端部分和收端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
实施例3
本实施例将参照相关附图进行更详尽地阐述。如图2所示,(图中实线为时钟信号传输方向,虚线为数据信号传输方向)实时语音同步传输过程实现详细描述如下:
发端部分的时钟信号:发端部分作为PTP时钟同步域的主时钟角色运行,高精度第一晶振工作为第一处理器和第一级联交换机提供同源主时钟(第一时钟同步信息),使得发端部分各模块工作于同一时钟域下(S101)。
第一处理器作为PTP时钟同步域主时钟角色通过第一级联交换机周期性的收发时钟同步消息(S102),并由第一级联交换机硬件修改收发消息时间戳(S103);
两个同时钟源级联交换机产生的PPS信号也即为同源时钟信号(S104),引入第一分频模块分频出工作时钟以供模拟数字转换模块使用(S105),同时分频产生IIS传输通道所需的位时钟信号(S106)和字时钟信号(S107)。
发端部分的数字信号:拾音器提取音频源,将音频模拟信号传送到模拟数字转换模块(S201),模拟数字转换模块工作在第一级联交换机产生并由分频器分频后的时钟下,对模拟信号进行数字采样;模拟数字转换模块通过IIS通道将数字化音频信号发送至第一处理器(S202),位时钟信号(S106)和字时钟信号(S107)选择为由外部分频器产生,第一处理器将数字化音频信号封装为以太网数据包并发送至以太网(S203)。
收端部分时钟信号:收端部分作为PTP时钟同步域的从时钟角色运行,高精度第二晶振工作为第二处理器和第二级联交换机提供同源主时钟(第二时钟同步信息),使得收端部分各模块工作于同一时钟域下(S301);
处理器作为PTP时钟同步域从时钟角色通过第二级联交换机周期性和主时钟交互消息来获得时钟偏移和网络延时(S302),并由第二级联交换机硬件校正本地时钟(S303),由此保证了收发两端的音频器件工作于同一个时钟。
两个同时钟源的第二级联交换机产生的PPS信号也即为校正后的同步时钟信号(S304),引入第二分频模块分频出工作时钟以供数字模拟转换模块使用(S305),同时分频产生IIS传输通道所需的位时钟信号(S306)和字时钟信号(S307)。
收端部分数据信号:第二级联交换机收到包含数字化音频信息的以太网数据包(S401),并转发给第二处理器进行解析并提取出数字化音频信息(S402),第二处理器将数字化音频信息通过IIS通道发送至数字模拟转换模块(S403),位时钟信号(S306)和字时钟信号(S307)选择为由外部的第二分频模块产生。数字模拟转换模块将数字化音频信号恢复为模拟信号并送至扩音器播放(S203);至此该系统完成实时语音的同步传输。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,包括:以太网、发端部分和收端部分;所述发端部分包括第一级联交换机,收端部分包括第二级联交换机;
所述发端部分将音频数据和时钟同步信息分别封装成以太网数据包并通过第一级联交换机发送至以太网;
收端部分通过第二级联交换机从以太网接收以太网数据包;
收端部分解析以太网数据包,基于时钟同步信息计算出时钟偏差,基于时钟偏差调整本地参考时钟并重构本地媒体时钟,使得收端部分与发端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,所述发端部分还包括:第一晶振、第一处理器和拾音模块;
所述第一晶振为第一处理器和第一级联交换机提供同源的第一时钟同步信息;
所述拾音模块收集语音模拟信号并按照指定的采样时钟转换成语音数字信号发送至第一处理器;
所述第一处理器将语音数字信号封装成以太网数据包发送给第一级联交换机;
所述第一级联交换机根据第一时钟同步信息产生同源时钟信号,并依据同源时钟信号修改以太网数据包的时钟同步信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,所述发端部分还包括IIS通道,拾音模块通过IIS通道将语音数字信号发送至第一处理器。
4.根据权利要求3所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,所述发端部分还包括第一分频模块,拾音模块包括拾音器和模拟数字转换模块;
拾音器用于收集语音模拟信号,模拟数字转换模块按照指定的采样时钟转换成语音数字信号;
所述第一级联交换机将第一时钟同步信息通过第一分频模块分频出工作时钟以供模拟数字转换模块使用,同时分频出位时钟信号和字时钟信号以供IIS通道使用。
5.根据权利要求4所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,所述收端部分还包括:第二晶振、第二处理器和扩音模块;
所述第二晶振为第二处理器和第二级联交换机提供同源的第二时钟同步信息;
所述第二处理器根据以太网数据包解析出语音数字信号和时钟同步信息,基于时钟同步信息和第二时钟同步信息获得时钟偏移和网络延时;由级联交换机根据时钟偏移和网络延时校正收端部分的本地时钟,使得发端部分和收端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
6.根据权利要求5所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,所述收端部分还包括IIS通道,第二处理器通过IIS通道将语音数字信号发送至扩音模块。
7.根据权利要求5所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,所述发端部分还包括第二分频模块,扩音模块包括扩音器和数字模拟转换模块;
所述第二处理器将级联交换机校正后的本地时钟信号分频出工作时钟以供数字模拟转换模块使用,同时分频产生位时钟信号和字时钟信号以供IIS通道使用。
8.一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输方法,应用于权利要求1-7任意一项基于级联交换机的机载实时语音同步传输系统,其特征在于,包括步骤:
S1、发端部分将音频数据和时钟同步信息分别封装成以太网数据包并发送至以太网;
S2、收端部分从以太网接收以太网数据包;
S3、收端部分解析以太网数据包,基于时钟同步信息计算出时钟偏差,基于时钟偏差调整本地参考时钟并重构本地媒体时钟,使得收端部分与发端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
9.根据权利要求8所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输方法,其特征在于,所述发端部分包括:第一级联交换机、第一晶振、第一处理器和拾音模块;
所述第一晶振为第一处理器和第一级联交换机提供同源的第一时钟同步信息;
所述拾音模块收集语音模拟信号并按照指定的采样时钟转换成语音数字信号发送至第一处理器;
所述第一处理器将语音数字信号封装成以太网数据包发送给第一级联交换机;
所述第一级联交换机根据第一时钟同步信息产生同源时钟信号,并依据同源时钟信号修改以太网数据包的时钟同步信息。
10.根据权利要9所述的一种基于级联交换机的机载实时语音同步传输方法,其特征在于,所述收端部分包括:第二级联交换机、第二晶振、第二处理器和扩音模块;
所述第二晶振为第二处理器和第二级联交换机提供同源的第二时钟同步信息;
所述第二处理器根据以太网数据包解析出语音数字信号和时钟同步信息,基于时钟同步信息和第二时钟同步信息获得时钟偏移和网络延时;由级联交换机根据时钟偏移和网络延时校正收端部分的本地时钟,使得发端部分和收端部分使用相同的音频媒体时钟工作。
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