CN116249076A - 基于多播系统的音频同步方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多播系统的音频同步方法、装置及可读存储介质，该方法包括：通过目标设备播放音频到接收端；获取接收端的接收功率和所述目标设备的发送功率，并基于所述接收功率和所述发送功率计算得到耗损功率；根据耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，载波频率表征空中无线信号工作所在的频段；根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，声音传播速率表征声音在空气中的传播速率；根据延时时间调整不同的目标设备的播放时刻。以实现多播系统下多音频的同步接收。可应用于多播系统的音频同步领域。

Description

基于多播系统的音频同步方法、装置及可读存储介质

技术领域

本发明涉及多播系统的音频同步领域，尤其是一种基于多播系统的音频同步方法、装置及可读存储介质。

背景技术

现在蓝牙的应用变得越来越普及，当前已经能够实现通过单一的音频源设备(如带有蓝牙的手机)与一个或多个音频接收设备(如音箱)之间进行多重且独立的音频串流传输，但是这也导致了新的问题，音频接收设备接收到音频后会开始进行播放，当多个音频接收设备处于不同位置进行播放的时候，在接收端听到的声音是不同步的，这对用户非常的不友好。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于多播系统的音频同步方法、装置及可读存储介质，以实现多播系统下多音频的同步接收。

本发明的第一方面提供了一种基于多播系统的音频同步方法，包括：通过目标设备播放音频到接收端；获取所述接收端的接收功率和所述目标设备的发送功率，并基于所述接收功率和所述发送功率计算得到耗损功率；根据所述耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，所述载波频率表征空中无线信号工作所在的频段；根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，所述声音传播速率表征声音在空气中的传播速率；根据延时时间调整不同的所述目标设备的播放时刻。

根据本发明的一些实施例，所述通过目标设备播放音频到接收端前，包括：通过音频源设备将声道发送到不同的目标设备；通过不同的所述目标设备基于所述声道分别播放音频。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述耗损功率和载波频率计算得到传输距离步骤中，所述传输距离的计算公式为：

其中，Pr为所述耗损功率，d为所述传输距离，f为载波频率。

根据本发明的一些实施例，所述根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间中，所述延时时间的计算公式为：

其中，T为延时时间，d为传输距离，r为声音传播速率。

根据本发明的一些实施例，所述根据延时时间调整目标设备的播放时刻，包括：分别获取不同的所述目标设备的所述延时时间；获取最短的所述延时时间作为基准时间；获取其他所述延时时间与所述基准时间的误差；根据所述误差调整所述目标设备的播放时刻。

本发明的另一方面提供了一种基于多播系统的音频同步装置，包括：第一模块，用于通过目标设备播放音频到接收端；第二模块，用于获取所述接收端的接收功率和所述目标设备的发送功率，并基于所述接收功率和所述发送功率计算得到耗损功率；第三模块，用于根据所述耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，所述载波频率表征空中无线信号工作所在的频段；第四模块，用于根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，所述声音传播速率表征声音在空气中的传播速率；第五模块，用于根据延时时间调整不同的所述目标设备的播放时刻。

本发明的另一方面提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器；所述存储器用于存储程序；所述处理器执行所述程序实现如上所述的任一项所述的基于多播系统的音频同步方法。

根据本发明实施例的电子设备，至少具有与上述的基于多播系统的音频同步方法同样的有益效果。

本发明的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如上所述的任一项所述的基于多播系统的音频同步方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，至少具有与上述的基于多播系统的音频同步方法同样的有益效果。

本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。

本发明的实施例通过目标设备播放音频到接收端，并获取所述接收端的接收功率和目标设备的发送功率，并基于接收功率和发送功率计算得到耗损功率；根据所述耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，所述载波频率表征空中无线信号工作所在的频段，从而得知不同目标设备与接收端的距离；根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，所述声音传播速率表征声音在空气中的传播速率，根据延时时间调整不同的目标设备的播放时刻。从而利用计算得到不同传输距离的声音在传输过程中导致的延时，并利用调整播放时刻补偿这个延时，使得在接收端接收到不同位置的目标设备的声音是同步的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一个多播系统的应用场景；

图2为本发明实施例提供的基于多播系统的音频同步方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的基于多播系统的音频同步装置的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

作为无线音频的主要技术之一，Bl uetooth的应用已经非常的广泛，市面上的耳机和音箱等大部分都是采用Bl uetooth的技术。随着用户需求的增加，传统的蓝牙，及经典蓝牙已经不能提供对应的功能，因此提出新的Bl uetooth LE Aud io的标准。Bl uetoothLE Aud io(以下采用简称：BLE Aud io)中一大新功能就是加入了全新的多重串流音频(Mult i-Stream Aud io)功能，实现了单一音频源设备(source device)与一个或多个音频接收设备(如音箱)之间，同步进行多重且独立的音频串流传输。但是这也导致了新的问题，当多个音频接收设备作为多播系统对外播放音频的时候，如果多个音频接收设备位于不同的位置，在某一个接收端接收到多个音频接收设备的声音会存在不同的延时，这对用户来说非常的不友好。示例性地，如图1所示，图1为一个多播系统的应用场景。一个音频源设备(source)，带有蓝牙音频(BLE aud io BIS/CIS)，将多个声道通过BLE Aud io的多个音频流传输给多个音频接收设备，即音箱来播放，此时不同的音频接收设备形成了一个多播系统，将它们作为目标设备，目标设备1(s ink 1)和目标设备2(s ink 2)放置的较近，目标设备3(s ink 3)和4(s ink 4)放置的较远。如果人在音频源的地方听，也就是说假设接收端在音频源处，会听到3和4的声道比1和2有延时。为此，本申请提出了一种基于多播系统的音频同步方法、装置及可读存储介质，以实现多播系统播放时候在接收端能同步接收到音频的方法。

参考图2，图2为本发明实施例提供的基于多播系统的音频同步方法的流程图，包括步骤S110-步骤S150：

步骤S110，通过目标设备播放音频到接收端。

更进一步地，在步骤S110之前，还包括以下步骤：通过音频源设备将声道发送到不同的目标设备；通过不同的目标设备基于声道分别播放音频。

具体地，音频源设备将多个声道通过BLE Audio的多个音频流传输给不同的音频接收设备，比如音箱，将音频接收设备作为目标设备，目标设备接收到音频源的声道之后开始播放音频，不同的目标设备相对于接收端的位置距离可能相同可能不相同。

步骤S120，获取接收端的接收功率，和所述目标设备的发送功率，并基于所述接收功率和所述发送功率计算得到耗损功率。

具体地，接收功率即为天线接收到的信号强度，对于接收端而言，通常只能得到自身的接收功率，但是在BLE系统当中，参考BLE新的标准，在扩展广播和LL control PDU中的LL_POWER_CONTROL_REQ、LL_POWER_CONTROL_RSP控制包中增加了发送功率tx power字段。即在BLE系统当中，相关协议支持获取接收端的接收功率以及获取目标设备发送给接收端的发送功率，根据发送功率和接收功率进行计算：发送功率-接收功率＝耗损功率。

步骤S130，根据耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，所述载波频率表征空中无线信号工作所在的频段。

具体地，载波频率是在信号传输的过程中，并不是将信号直接进行传输，而是将信号负载到一个固定频率的波上，这个过程称为加载，这样的一个固定频率。严格的讲，就是把一个较低的信号频率调制到一个相对较高的频率上去，这被低频调制的较高频率就叫载波频率，也叫基频。因此载波频率是可知的，在蓝牙技术领域，接收端和目标设备进行通信过程中，空中无线信号通常工作在2.4GHz这一频段当中。2.4GHz无线技术，是一种短距离无线传输技术，供开源使用。2.4GHz所指的是一个工作频段，2.4GHz ISM(Industry ScienceMedicine)是全世界公开通用使用的无线频段，在2.4GHz频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力。其中，根据耗损功率和载波频率进行计算得到传输距离的具体公式为：

其中，Pr为耗损功率，计算单位为dB，d为传输距离，计算单位为km，f为载波频率，计算单位为Hz。示例性地，蓝牙的载波频率为2.4GHz，获取到的接收频率为-74dB，代入到/>

计算得到传输距离为50m。

步骤S140，根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，声音传播速率表征声音在空气中的传播速率。

具体地，根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间的计算公式为：

其中，T为延时时间，d为传输距离，r为声音传播速率。要说明的是，在实际场景当中，目标设备播放音频都是在空气中进行，在空气中声音传播速率目前是已知的，通常取每秒340米，更进一步地，可以根据实际环境选取对应的声音传播速率，示例性地，在2摄氏度时，空气中的声速为每秒331米，在15摄氏度时，空气中的声速为每秒340米，在25摄氏度时空气中的声速为每秒346米。示例性地，传输距离d为50m，声音传播速率为340m/s，则计算得到延时时间为0.147s。

步骤S150，根据延时时间调整不同的目标设备的播放时刻。

更进一步地，根据延时时间调整目标设备的播放时刻，包括：分别获取不同的目标设备的延时时间；获取最短的延时时间作为基准时间；获取其他延时时间与基准时间的误差；根据误差调整目标设备的播放时刻。

具体地，分别计算得到不同的目标设备的延时时间，并获取最短的延时时间作为基准时间，并获取延时时间和基准时间的误差，调整目标设备的播放时刻。示例性地：假设目标设备1和目标设备2对应的蓝牙的载波频率都为2.4GHz，在接收端获取到目标设备1的接收频率为-74dB，在接收端获取到目标设备2的接收频率为-99dB，代入到

计算得到目标设备1的传输距离为50m，目标设备2的传输距离为100m。要说明的是，在示例中为了简化运算，对小数点后的数进行了一定的舍弃，在实际应用中，为了提高精准度可以保留更精准的数字进行计算。采用声音传播速率为340m/s，在接收端接收到目标设备1的延时时间为0.147s，在接收端接收到目标设备2的延时时间为0.294s。可以看出，目标设备1的延时时间更短，因此选用目标设备1的延时时间作为基准时间，并且调整除了基准时间对应的目标设备以外的其他目标设备的播放时刻，也就是说，调整目标设备2的播放时刻，使得目标设备2提前0.294-0.147＝0.147s进行播放。更进一步地，在实际应用中，目标设备虽然位置不一样，但是所处环境通常是相同的。如果所处的环境相同，根据延时时间与传输距离的相关性，可以直接获取传输距离最短的目标设备对应的延时时间，之后直接通过获取其他目标设备的传输距离与传输距离最短的目标设备之间的传输距离的比值，通过比值调整调整播放时刻，通过这种方式就不需要单独获取每一个目标设备的延时时间，提高了效率。示例性地，获取得到目标设备1的传输距离为50m，目标设备的传输距离为100m，经过对比得知目标设备1的距离是最近的，因此获取目标设备1对应的延时时间为0.147s，并获取目标设备1的传输距离和目标设备2的传输距离之间的比值为50:100，即为1:2，因为根据公式/>

可以看出，在相同环境的情况下，声音传播速率是一样的，也就是说延时时间只跟传输距离相关，因此可以通过T₁：T₂，等于/>

等于d₁：d₂，得到目标设备1延时时间和目标设备2的延时时间的比值为d₁：d₂＝1:2的结论，结合计算得到目标设备1的延时时间为0.147s，可以得知需要调整目标设备2的播放时刻提前0.147s进行播放。更进一步地，除了可以提前播放除了基准时间对应的目标设备以外的目标设备的播放时刻以使得在接收端同步接收到不同目标设备的音频外，也可以获取得到传输距离最远的目标设备对应的延时时间，并以此延时时间作为第二基准时间，并分别根据其他目标设备的延时时间与第二基准时间的差延迟播放对应目标设备的播放时刻；更进一步地，也可随机获取其中一个目标设备并计算对应的延时时间作为第三基准时间，并计算其他目标设备的延时时间，根据其他目标设备的延时时间与第三基准时间的误差调整其他目标设备的播放时刻，其中，要说明的是，延时时间比第三基准时间短的要延迟播放时刻，延长时间比第三基准时间长的要提前播放时刻，或者更加传输距离的比值来调整播放时刻。

通过在BLE audio多播系统中，预估出各播放目标设备与接收端的相对移动距离，进而计算空间声音的传播延时，并进行预处理，来消除该延时。改善BLE audio中多音频流的同步问题，自适应处理音频源位置变化下的延时同步问题。更进一步地，不仅延时可以进行补偿，音量也可以通过类似的方法进行补偿：通过获取接收端不同目标设备播放音频对应的音量，选择一个基准音量，并根据这个基准音量调整不同目标设备的音量程度。

参考图3，图3为本发明实施例提供的基于多播系统的音频同步装置的示意图，包括第一模块210、第二模块220、第三模块230、第四模块240和第五模块250：

第一模块210，用于通过目标设备播放音频到接收端；

第二模块220，用于获取接收端的接收功率和所述目标设备的发送功率，并基于所述接收功率和所述发送功率计算得到耗损功率；

第三模块230，用于根据耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，所述载波频率表征空中无线信号工作所在的频段；

第四模块240，用于根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，声音传播速率表征声音在空气中的传播速率；

第五模块250，用于根据延时时间调整不同的目标设备的播放时刻。

本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图2所示的方法。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-On ly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种基于多播系统的音频同步方法，其特征在于，包括：

通过目标设备播放音频到接收端；

获取所述接收端的接收功率和所述目标设备的发送功率，并基于所述接收功率和所述发送功率计算得到耗损功率；

根据所述耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，所述载波频率表征空中无线信号工作所在的频段；

根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，所述声音传播速率表征声音在空气中的传播速率；

根据延时时间调整不同的所述目标设备的播放时刻。

2.根据权利要求1所述的一种基于多播系统的音频同步方法，其特征在于，所述通过目标设备播放音频到接收端前，包括：

通过音频源设备将声道发送到不同的目标设备；

通过不同的所述目标设备基于所述声道分别播放音频。

3.根据权利要求1所述的一种基于多播系统的音频同步方法，其特征在于，所述根据所述耗损功率和载波频率计算得到传输距离步骤中，所述传输距离的计算公式为：

其中，Pr为所述耗损功率，d为所述传输距离，f为载波频率。

4.根据权利要求1所述的一种基于音频多播系统的音频同步方法，其特征在于，所述根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间中，所述延时时间的计算公式为：

其中，T为延时时间，d为传输距离，r为声音传播速率。

5.根据权利要求1所述的一种基于多播系统的音频同步方法，其特征在于，所述根据延时时间调整所述目标设备的播放时刻，包括：

分别获取不同的所述目标设备的所述延时时间；

获取最短的所述延时时间作为基准时间；

获取其他所述延时时间与所述基准时间的误差；

根据所述误差调整所述目标设备的播放时刻。

6.一种基于多播系统的音频同步装置，其特征在于，包括：

第一模块，用于通过目标设备播放音频到接收端；

第二模块，用于获取所述接收端的接收功率和所述目标设备的发送功率，并基于所述接收功率和所述发送功率计算得到耗损功率；

第三模块，用于根据所述耗损功率和载波频率计算得到传输距离，其中，所述载波频率表征空中无线信号工作所在的频段；

第四模块，用于根据传输距离和声音传播速率计算得到延时时间，其中，所述声音传播速率表征声音在空气中的传播速率；

第五模块，用于根据延时时间调整不同的所述目标设备的播放时刻。

7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序；

所述处理器执行所述程序实现如权利要求1至4中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如权利要求1至4中任一项所述的方法。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的方法。

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