CN210839593U - 一种时钟同步装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及时间同步装置领域，尤指一种时钟同步装置。通过主时钟源和多层分时钟源层，每层分时钟源层均包括若干分时钟源；所述每层分时钟源层内相邻的分时钟源之间相互校验时间；使一种在无线网络传输音频时，能够确保不同节点时钟的延迟在人耳无法分辨的范围内，从而彻底解决音频在无线网络传输不同节点时钟不同步的问题。

Description

一种时钟同步装置

技术领域

本实用新型涉及时间同步装置领域，尤指一种时钟同步装置。

背景技术

无线通信在现今时代被广泛应用于各个领域，无论是短距离信号通信还是远距离通信比早期的有线通信方式有着不可比拟的优势，包括部署成本低，覆盖范围广，维护成本低，以及使用方便等特点。随着互联网技术的普及以及无线网络的便利性被越来越多的人意识到，无线通信的应用从传统的控制信号发展到多媒体信号的传输。人们可以通过无线网络传输图片视频音频等多媒体信息和数据，对传输的多媒体信息或数据的要求也就越来越高。特别的在音频传输方面，从最早的调幅广播到调频广播，再从数字地面广播到音乐流媒体的传输，市场对音频的传输要求越来越高，对传输的质量要求也与日俱增。不仅如此，随着Wi-Fi局域网络和移动手机的蓬勃发展，市场一直在寻找在无线局域网内能够实现多路或者多通道无线音频传输的解决方案与技术，从而通过无线的方式取缔有线传输的传统方式，如果无线传输的音频数据质量能够与有线媲美，那么就能够大大解决有线传输的高成本，难于部署等系列列问题。如能够实现7.1声道的3D环绕音效，以及多人会议音频传输系统等。

由于Wi-Fi是目前的主流局域网无线通信网络，所以很多音频传输的方法都是基于Wi-Fi网络。而人类的听觉灵敏度非常高，如果在音频传输时有严重的延时或者不同步，耳朵是可以立刻能够分辨出来的，这样会大影响通过无线方式传输音频的实际使用效果。音频同步的重要依据是音频数据的时间的同步，也就是在网络中不同节点上音频播放时的时间要尽可能的一致，在缓冲数据都在缓冲区的前提下，是否能够从同一个时间点开始播放音频是音频是否能够同步的重要技术指标。完全一致是非常困难的，但是将时间差控制在人耳能够分辨的时间范围内就能够解决这个问题。

现有技术缺点目前采用的音频同步方法主要有两个主要方式：(1)采用音频文件自带时间戳同步；(2)采用网络各节点系统时间，以及提供时间之间时差矫正方法。这两种方式的缺点：(1)时间同步不不准确；(2)抗干扰能力力差，时间差难以预测；现代数字音频文件是经过录音后采集转为数字格式存储的，无论是MP3，PCM，DolbyDigital，或者DTS等数字格式，其中的音频数据都会以小数据包的形式被打包，从而再被封装为各种文件格式。这种小数据包被称为音频帧，每一帧的开头都会标记当前数据属于哪个声音通道，具体的采集参数，以及时间戳。这个时间戳被用来指示该帧数据是在什什么时间封装，应该在什么时间解码以及建议在什么时间播放。每种不同的编码格式其数值不完全一样。在传统数字音频被解压或者解码时，默认的工作环境是可靠地，也就是说，数据的存储是可靠地，数据的传输是高速的。如存放在CD或者DVD中的音频文件，被播放机解码，再通过光纤或者同轴线缆传输到音箱播放。所以，整套时间机制完全不用考虑时间延时的因素。而在无线网络传输的条件下，由于无线数据容易易丢失，会引发重新传输；或者无线数据被干扰，从而引发数据丢失导致重新传输等等复杂情况，再继续使用音频文件自带的时间戳，显然会导致时间的及不准确，最终导致各个节点播放的声音或者音乐完全不同步。同样有人试图绕开音频自带时间戳而采用无线网络各个节点，但是利用各个节点自带时钟依旧无法解决因为无线网络路由不对称和网络数据包竞争带来的高数据延时。而这种延时往往可以高达几秒，甚至几十秒。根据人耳听觉的延迟效应即哈斯效应，当延时声音不超过17毫秒时，人耳就不会发现是两个声音；当两个声音的方向相近时，延时30毫秒的声音也很难被发现。

实用新型内容

本实用新型的目的是一种在无线网络传输音频时，能够确保不同节点时钟的延迟在人耳无法分辨的范围内，从而彻底解决音频在无线网络传输不同节点时钟不同步的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种时钟同步装置，其特征在于，包括主时钟源和多层分时钟源层，每层分时钟源层均包括若干分时钟源；所述每层分时钟源层内相邻的分时钟源之间相互校验时间，下一层的分时钟源可以查询上一层的各个分时钟源并进行时间的校准。

所述主时钟源和分时钟源均包括高精度时钟，高精度时钟连接的主处理器，主处理器分别连接的无线处理器和音频解码模块，无线处理器连接存储器，该存储器与音频解码模块连接。每个节点由图1所示部件构成。

所述无线处理器为WIFI处理器。

所述高精度时钟为晶振。

本实用新型的有益效果是：(1)实现高精度的时间同步计算方法；(2)提高无线网络环境下的抗干扰能力力；(3)低成本的实现方式。目标是在无线局域网络环境下，实现低延时的音频时钟同步，该方案采用网络时间协议NTP，可以实现局域网络内；4)毫秒精度的时钟同步方法，从而使得无线局域网络环境下音频播放的低延时，且该方法实现成本低易易于普及和应用，对任何数字音频都能够凑效。硬件构成即可做时钟源又可做节点。高精度时钟或晶振的应用。放弃音频数据自身时间戳和系统时间戳，从而用高精度的NTP实现时间同步。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本实用新型前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

其中：图1为本实用新型分时钟源层结构示意图；

图2为本实用新型时钟源结构示意图；

附图中，1为主处理器，2为无线处理器，3为音频解码模块，4为存储器，5为主时钟源，6为分时钟源，7为高精度时钟。

具体实施方式

参见图1所示，一种时钟同步装置，其特征在于，包括主时钟源和多层分时钟源层，每层分时钟源层均包括若干分时钟源；所述每层分时钟源层内相邻的分时钟源之间相互校验时间，下一层的分时钟源可以查询上一层的各个分时钟源并进行时间的校准。网络中每一个硬件部件都可以作为时钟源或者提供时钟服务。整个网络被逻辑上分为多个层(最大可为15层)作为时钟源的节点处于层零，层零的硬件产生非常精确地脉冲信号用用来触发终端和产生时间戳，该时间为参考时间。层一与层零之间的时间同步在微秒级别。层一中时钟服务还可以互相校验与备份，层一的时钟服务提供主要的时钟服务，这样可以让层的时钟源更专注自己的时钟产生服务。层二与层一的时钟进行同步，层二中的设备可以查询层一中的各个服务。层二之间也可以相互提供稳定可靠的时间服务信息。层三与层二的时钟进行同步，实现与层二的时钟服务相同的任务。并为下-一层提供时钟服务。以此类推。层的上限是十五个，各个节点采用□贝尔曼福特(Bellman-Ford)最短路径算法确保与层一节点的最小累积回路延时。时钟同步算法某个节点通常是不断查询-一个或多个上层时钟服务来校准自己的时间。为了了校准时间，当前节点必须计算出时间延迟X与回路延时delta。

X＝((T1-T0)+(T2-T3))/2；

delta＝(T3-T0)-(T2-T1)

其中，T0是当前节点发送查询信息的时间；T1是被查时钟服务收到查询信息的时间；T2是被查时钟服务返回响应信息的时间；T3是当前节点收到响应信息的时间。

最终的X与delta又经过统计分析的方法从三组最佳备选值中得出。用来矫正当前时间节点的时钟信息。

所述主时钟源5和分时钟源6均包括高精度时钟7，高精度时钟连接的主处理器1，主处理器分别连接的无线处理器2和音频解码模块3，无线处理器连接存储器4，该存储器与音频解码模块连接。每个节点由图1所示部件构成。0高高精度时钟或者晶振提供可靠高高精度地时钟时间，由主处理理器器生生成时钟源，再通过Wi-Fi协处理理器器将时钟信号发布到网网络中。具备同样硬件构成的时钟服务，通过其Wi-Fi协处理理器器接收时钟数据，发送到主处理理器器同步。同时音频数据也通过Wi-Fi协处理器接收，并暂存到存储器中，当时间同步信号被确认后，由主处理器发送信号给音频解码，音频解码从存储器中读取对应音频数据开始解码并且实现最终播放。

所述无线处理器为WIFI处理器。采用WIFI处理器通信效果好。

所述高精度时钟为晶振。采用晶振精度更好。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种时钟同步装置，其特征在于，包括主时钟源和多层分时钟源层，每层分时钟源层均包括若干分时钟源；所述每层分时钟源层内相邻的分时钟源之间相互校验时间。

2.根据权利要求1所述的一种时钟同步装置，其特征在于，所述主时钟源和分时钟源均包括高精度时钟，高精度时钟连接的主处理器，主处理器分别连接的无线处理器和音频解码模块，无线处理器连接存储器，该存储器与音频解码模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种时钟同步装置，其特征在于，所述无线处理器为WIFI处理器。

4.根据权利要求2所述的一种时钟同步装置，其特征在于，所述高精度时钟为晶振。

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