DE102019133684A1

DE102019133684A1 - Vorrichtung zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung und Verfahren zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung

Info

Publication number: DE102019133684A1
Application number: DE102019133684.8A
Authority: DE
Inventors: Steffen Matthias; Norbert Werner
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic Se & Co Kg De
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-10
Also published as: US11917469B2; US20210176680A1

Abstract

In Funknetzen mit mehreren Zugriffspunkten, z.B. Wi-Fi, ist ein drahtloses Audioendgerät (100,200) wie beispielsweise ein Mikrofon oder ein Kopfhörer mit einem Zugriffspunkt (300) verbunden, zu dem es seine Audiodaten schickt bzw. von dem es diese empfängt. Die Audioübertragung soll möglichst unterbrechungsfrei und mit geringer Latenz erfolgen. Wenn das Audioendgerät (100,200) bewegt wird, kann die Verbindungsqualität zu dem bisherigen Zugriffspunkt abnehmen und ein Scanning oder Roaming erfordern. Dabei wird erst eine andere Basisstation gesucht und dann die Funkverbindung während der Übertragung dorthin umgeleitet. Um störende Signalunterbrechungen dabei zu vermeiden, werden besonders gut prädizierbare Abschnitte des Audiosignals detektiert bzw. mittels kurzzeitiger statistischer Verfahren prädiziert, sowie z.B. Sprechpausen. Das Scannen und das Roaming werden dann während der prädizierten Abschnitte durchgeführt, wodurch für den Nutzer wahrnehmbare Unterbrechungen vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung und ein Verfahren zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung.
Hintergrund
In Funknetzen mit mehreren Zugriffspunkten, z.B. Wi-Fi oder 5G, ist ein drahtloses Audioendgerät wie beispielsweise ein Mikrofon oder ein Kopfhörer mit einem Zugriffspunkt (access point, AP) verbunden, zu dem es seine Audiodaten schickt bzw. von dem es diese empfängt. Die Audioübertragung soll möglichst unterbrechungsfrei und mit geringer Latenz (d.h. in Echtzeit) erfolgen, um z.B. beim Mikrofon stark wahrnehmbare Echoeffekte oder beim Kopfhörer einen Verlust der Synchronität zu einem Videosignal zu vermeiden. Wenn das Audioendgerät bewegt wird, kann es vorkommen, dass die Verbindungsqualität zu dem bisherigen Zugriffspunkt abnimmt und eine bessere Verbindung durch einen Wechsel des Zugriffspunkts erreicht werden kann (sogenanntes Roaming bzw. Handover). Dieser Übergang bewirkt je nach Technologie kurze Unterbrechungen der Verbindung, beispielsweise durch einen Wechsel des Funkkanals oder durch Scanvorgänge, um den geeignetsten Zugriffspunkt festzustellen. Diese Unterbrechungen können je nach Funktechnologie unterschiedlich stark ausgeprägt sein und das Audiosignal beeinträchtigen. Beispielsweise bei Wi-Fi-Funknetzen bewirkt dieser Vorgang mehrere Unterbrechungen des Audiosignals von teilweise über 50 ms Dauer, die für den Nutzer akustisch wahrnehmbar sein können. Ein ähnliches Problem entsteht in Funksystemen mit nur einem Zugriffspunkt, bei dem aber verschiedene Funkkanäle benutzt werden, wenn ein Wechsel des Funkkanals im Betrieb nötig ist.
In bekannten Funksystemen werden kurze Unterbrechungen durch Scan-, Roaming- und Handover-Vorgänge typischerweise durch Pufferung der Datenpakete für 100 ms oder mehr ausgeglichen. Für verloren gegangene Datenpakete kann auch eine erneute Übertragung angefordert werden. In jedem Fall erhöht sich dadurch aber die Latenz des Audiosignals, weil alle Pakete zwischengespeichert werden. Außerdem ist eine Datenübertragung mit zumindest kurzfristig erhöhter Datenrate notwendig, die aber nicht immer zur Verfügung steht. Für drahtlose Audiosysteme sollen aber sowohl Unterbrechungen vermieden wie auch die Latenz reduziert bzw. minimiert werden. Dabei werden Latenzen von unter 10 ms (vom Aufnahmewandler bis zum Funksignal) angestrebt.
Bekannte WLAN-Netze unterstützen bereits verschiedene Verfahren, um die Zeitdauer der Unterbrechung von Datenströmen zu reduzieren. Z.B. kann der aktuelle AP eine Liste von benachbarten APs und der von diesen benutzten Kanälen zur Verfügung stellen. Daher brauchen nicht alle möglichen Kanäle gescannt zu werden, sondern es reicht, nur die von benachbarten APs benutzten Kanäle zu scannen. Dadurch wird die Anzahl der benötigten Scan-Vorgänge reduziert. Außerdem kann die Authentifizierung des APs bzw. der WLAN-Station im Voraus an den zukünftigen AP übermittelt werden, um die Unterbrechungsdauer des eigentlichen Roaming-Vorgangs von mehreren 100 ms auf etwa 50 ms zu verkürzen. Dadurch entfällt eine neue Aushandlung der Verschlüsselung.
Durch Scanning oder Roaming bzw. damit zusammenhängende Konfigurationsvorgänge im Netzwerk können jedoch trotzdem für den Nutzer akustisch wahrnehmbare Unterbrechungen des Audiosignals von z.B. ca. 50 ms Dauer oder mehr auftreten.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, durch Scanning, Roaming/ Handover oder durch Kanalwechsel hervorgerufene wahrnehmbare Unterbrechungen im drahtlos übertragenen Audiosignal zu reduzieren, ohne dabei die Latenz zu erhöhen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 12 und 13 betreffen erfindungsgemäße Verfahren.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Sprache oder Gesang normalerweise immer Zeiträume wie z.B. Pausen enthält, in denen eine Unterbrechung der Übertragung nicht stört oder sehr gut verschleiert werden kann, und die oft lang genug sind, um Scanning, Roaming/Handover oder andere Konfigurationsvorgänge der Funkverbindung durchzuführen. Zum Beispiel sind Pausen meistens länger als 50 ms und oft auch deutlich länger als 100 ms. Erfindungsgemäß wird, basierend auf einer Analyse des übertragenen Audiosignals, ein Konfigurationsvorgang der Funkverbindung wie z.B. der Wechsel des Zugriffspunkts bzw. der Kanalwechsel zeitlich so gelegt, dass die Unterbrechungen in solche Zeiträume fallen und daher nicht oder kaum im Audiosignal wahrnehmbar sind. Dazu werden bei der Analyse des Audiosignals Zeitabschnitte detektiert oder prädiziert, in denen sich ein Übertragungsfehler oder eine Unterbrechung der Übertragung besonders gut verschleiern lässt. Für die Verschleierung (error concealment) sind viele verschiedene Verfahren bekannt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Ansprüchen 2-11, 14-15 beschrieben.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt

1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung in einer ersten Ausführungsform;
2 ein Schema eines zeitlichen Ablaufs einer Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung gemäß dem Stand der Technik;
3 ein Schema eines erfindungsgemäßen zeitlichen Ablaufs einer Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung;
4 einen zeitlichen Ablauf einer Umschaltung einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung;
5 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung in einer zweiten Ausführungsform;
6 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung in einer dritten Ausführungsform; und
7 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt in einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Konfiguration einer unidirektionalen Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung. Die Vorrichtung 100 kann in diesem Fall Teil eines mobilen Audiogeräts wie z.B. eines Drahtlos-Mikrofons sein. Die Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung kann ein Umschalten einer benutzten Funkfrequenz bzw. eines Funkkanals auf eine andere Funkfrequenz bzw. einen anderen Funkkanal beinhalten. In diesem Fall bleibt die Basisstation, mit der das mobile Audiogerät in Verbindung steht, dieselbe. In einem anderen Beispiel kann die Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung ein Roaming, d.h. ein Wechseln der Basisstation beinhalten, mit der das mobile Audiogerät in einer Funkverbindung steht. In diesem Fall wird aber oft auch die Funkfrequenz bzw. der Funkkanal gewechselt. Die Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung kann auch andere Vorgänge enthalten, die zu Unterbrechungen des übertragenen Audiosignals führen können, z.B. eine Kalibrierung in der Hochfrequenz-Verarbeitung.
Die Vorrichtung 100 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Audioeingang oder Schallwandler 110, eine Audioverarbeitungseinheit 120, einen Audioanalysator 130 und eine Sendeeinheit 140. Die Audioverarbeitung 120 kann verschiedene Verstärker, optional einen Analog-Digitalwandler (ADC) und andere übliche Funktionen enthalten. Sie erzeugt ein erstes Audiosignal 122, das an die Sendeeinheit 140 ausgegeben wird, damit diese ein mit dem ersten Audiosignal moduliertes Hochfrequenzsignal erzeugt. Dieses wird über eine Antenne 150 abgestrahlt, die an die Sendeeinheit 140 angeschlossen ist und das Drahtlos-Audiosignal 155 an eine Basisstation 300 sendet. Dabei kann die Drahtlos-Übertragung z.B. nach dem Wi-Fi- (bzw. IEEE 802.11) Standard erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Drahtlos-Übertragung nach einem anderen Verfahren erfolgt. Unabhängig von der eigentlichen Übertragung kann es oft passieren, dass die Vorrichtung 100 während des Betriebs kurzzeitig nicht senden kann, z.B. während eine andere Sendefrequenz bzw. ein anderer Sendekanal gesucht bzw. gewählt wird, oder wenn das die Vorrichtung 100 enthaltende mobile Gerät bewegt wird und sich dabei zu weit von seiner Basisstation entfernt.
Erfindungsgemäß wird das Audiosignal 121 vom Audioanalysator 130 analysiert, um einen Zeitabschnitt zu detektieren oder zu prädizieren, an dem die Konfiguration des Drahtlos-Netzwerks (ggf. nach einer Fehlerverschleierung) möglichst wenig Störungen des Audiosignals am Empfänger hervorruft. Dabei kann eine Analyse über einen Zeitraum von einigen Sekunden ausreichend sein, z.B. 5 - 120 sec. Beispielsweise kann ein Signalpausendetektor 135 Pausen im Audiosignal detektieren. Ein solcher detektierter Zeitabschnitt wird durch ein Steuer- oder Triggersignal 131 gekennzeichnet, das der Audioanalysator 130 an die Sendeeinheit 140 ausgibt. Das Steuer- oder Triggersignal 131 zeigt an, dass eine Unterbrechung im Audiosignal zu dieser Zeit nur eine geringe oder keine hörbare Störung für den Nutzer hervorrufen wird. Die Sendeeinheit steuert daraufhin Konfigurationsvorgänge des Drahtlos-Netzwerks wie Scanning oder Roaming so, dass sie während des durch das Steuer- oder Triggersignal 131 angezeigten Zeitabschnitts stattfinden.
Dabei ist eine Besonderheit, dass die Vorrichtung in Echtzeit arbeitet und das Audiosignal daher die Vorrichtung mit minimaler Latenz passieren soll. Deswegen wird es zwischen dem Audioeingang oder Schallwandler 110 und dem Senden durch die Sendeeinheit 140 so wenig wie möglich gepuffert. Die Vorrichtung erzeugt für das Audiosignal somit eine sehr geringe Latenz von z.B. höchstens 10 ms, bevorzugt höchstens 2 ms.
Sprachsignale und Gesangssignale bestehen üblicherweise aus Segmenten, wobei sich Laut- und Leise- bzw. Stillesegmente abwechseln. Dabei können die Lautsegmente Silben oder Teilen von Silben entsprechen, während Stillesegmente dazwischen liegende Pausen sind, einschließlich Pausen zwischen Worten. Die Stillesegmente können z.B. zum Atmen benutzt werden, aber es können auch Pausen sein, die durch Okklusion des Stimmapparats bei bestimmten Lauten hervorgerufen werden. Z.B. enthält das Wort „happy“ eine Pause während des Lautes „p“, die ca. 100 ms lang sein kann, weil die Lippen geschlossen sind. Pausen zwischen Worten sind oft 200 ms lang oder länger. Menschliche Sprecher unterscheiden sich jedoch voneinander, u.a. durch individuell verschiedene Pausenlängen.
2 zeigt zunächst ein Schema eines zeitlichen Ablaufs einer Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung gemäß dem Stand der Technik. Exemplarisch kann dies eine WLAN- bzw. Wi-Fi-Funkverbindung sein. Hierbei wird auf einem bestimmten Funkkanal Ch2 gesendet oder empfangen. Wenn die Qualität der Funkverbindung schlechter wird oder aus einem anderen Grund beginnt zum Zeitpunkt t₁' ein Such- oder Scanvorgang. Für aktives Scannen unterbricht der Sender kurzzeitig das Senden, schaltet auf einen anderen Kanal Ch1 um und sendet eine Anfrage auf dem anderen Kanal Ch1, um festzustellen, ob der Kanal Ch1 belegt ist bzw. eine bessere Signalqualität liefert. Alternativ kann das Gerät auch ohne gesendete Anfrage nur empfangen, ob bereits Daten auf dem anderen Kanal Ch1 gesendet werden (passives Scannen). Hier sollte die Empfangsdauer allerdings größer sein, je nach Funksystem, z.B. für WLAN-Netzwerke 100 ms, während aktives Scannen nur ca. 20-30 ms dauert. Wenn der Kanal Ch1 noch nicht durch eine andere Funkverbindung belegt ist, kann die Basisstation, die diesen Kanal benutzt, ein entsprechendes Antwortsignal senden, aus der dann z.B. eine Kennung der Basisstation und des Netzwerkes sowie die Signalqualität hervorgeht. Dabei kann es sich um dieselbe Basisstation handeln, mit der die aktuelle Funkverbindung besteht, oder um eine andere Basisstation.
Der Scanvorgang kann mehrfach wiederholt werden, z.B. zu einem Zeitpunkt t₂' auf einem anderen Kanal Ch3. Wenn schließlich ein alternativ nutzbarer freier Kanal gefunden wurde, z.B. mit besserer Signalqualität als der aktuelle Kanal Ch2, schaltet der Sender schließlich zu einem Zeitpunkt t₃' seine Sendefrequenz dauerhaft auf diesen Kanal um. Wenn dabei die Basisstation gewechselt wird, wird die Umschaltung als „Roaming“ bezeichnet. Bei bekannten Geräten wird dabei die Konfiguration der Funkverbindung, also z.B. das Scannen und das Roaming, völlig unabhängig vom Audiosignal bzw. Nutzsignal durchgeführt. Daher können die Konfigurationsperioden mit relevanten Audioinhalten S2, S3 zusammenfallen, wobei Audiodaten verloren werden und Knack- oder andere Störgeräusche entstehen können. Dies ist in 2 angedeutet bei den Zeitpunkten t₁' und t₃'. Dasselbe Problem kann auch bei weiteren Netzwerks-Konfigurationsvorgängen auftreten, z.B. wenn die Sendeeinheit 140 eine Kalibrierung durchführt.
3 zeigt ein Schema eines erfindungsgemäßen zeitlichen Ablaufs einer Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung. Dabei wird das Audiosignal analysiert und es werden, in diesem Beispiel, Stillesegmente detektiert oder prädiziert. Ein entsprechendes Trigger- oder Steuersignal 131 Trig, das vom Audioanalysator 130 erzeugt wird, zeigt der Sendeeinheit 140 die Stillesegmente an. Die Sendeeinheit 140 kann dieses Signal nutzen, um eine Konfiguration der Funkverbindung vorzunehmen, wie z.B. Scannen oder Roaming. Dazu kann die Sendeeinheit 140 eine entsprechende Konfigurationseinheit wie z.B. eine Scan- bzw. Roamingeinheit 145 haben, die die Konfiguration der Funkverbindung entsprechend dem Trigger-/Steuersignal 131 durchführt. Somit kann die Konfiguration der Funkverbindung nun zu Zeitpunkten t₁, t₂, t₃ stattfinden, die in die Pausen des Audiosignals fallen, so dass das Audiosignal nicht gestört wird. Für die Analyse des Audiosignals ist eine Dauer von einigen Sekunden bis Minuten ausreichend, um Stillesegmente prädizieren zu können.
In diesem Beispiel zeigt das Trigger-/Steuersignal 131 mögliche Zeitpunkte an, zu denen eine Konfiguration vorgenommen werden kann, weil das Audiosignal eine Pause oder zumindest eine sehr geringe Amplitude aufweist. Dazu kann z.B. die mittlere Signalleistung des Audiosignals innerhalb eines Fensters von 10-20 ms berechnet werden. Wenn der Wert unterhalb eines Schwellwertes liegt, wird eine Pause erkannt. Der Audioanalysator kann dazu auch einen adaptiven Schwellwert bestimmen. Alternativ kann das Trigger-/ Steuersignal 131 auch Zeitpunkte anzeigen, an denen zwar das Audiosignal eine größere Amplitude hat, aber - zumindest für eine Dauer von mindestens 50 ms - besonders gut eine Fehlerverschleierung auf der Empfängerseite durchgeführt werden kann, z.B. bei gleichförmigen längeren Lauten. Beispielsweise sind bei Gesang, verglichen mit Sprache, oft einzelne Laute relativ lang und gleichförmig, so dass sich eine Unterbrechung leicht elektronisch (durch error concealment bzw. Fehlerverschleierung) am Empfänger kaschieren lässt. Entsprechende passende Zeitpunkte kann der Audioanalysator 130 detektieren oder prädizieren, wie im Folgenden erläutert wird.
4 zeigt Details des zeitlichen Ablaufs einer Umschaltung einer Drahtlos-Funkverbindung für Audioübertragung. Wie oben beschrieben, enthält das Audiosignal Lautsegmente S1, S2, S3, die getrennt sind durch Stillesegmente bzw. Pausen. Die Lautsegmente sind unterschiedlich lang, z.B. im Bereich von 50 ms - 200 ms. Ebenso können die Pausen unterschiedlich lang sein. Eine erste Pause, die zum Zeitpunkt t₄₁ dem ersten Lautsegment S1 folgt, hat eine Dauer von d₁. Eine zweite Pause, die zum Zeitpunkt t₄₂ dem zweiten Lautsegment S2 folgt, hat eine Dauer von d₂, bevor ein drittes Lautsegment S3 beginnt. Um die Latenz zu minimieren, erfolgt die Audioanalyse in Echtzeit, so dass Annahmen über die zu erwartende Pausenlänge am Anfang der Pause getroffen werden müssen. Der Audioanalysator 130 kann z.B. feststellen, dass die erste Pause der Länge d₁ zu kurz ist für Konfigurationsaufgaben. Daher zeigt das Steuersignal Trig 131 keine Pause an. In der zweiten Pause dagegen stellt der Audioanalysator 130 nach einer gewissen Zeit d₂₁ fest, dass die Pause wahrscheinlich ausreichend lang für Konfigurationsaufgaben ist, z. B. weil die meisten in den vorangegangenen fünf Sekunden aufgetretenen Pausen (oder die meisten dieser Pausen, die mindestens eine bestimmte Länge d₂₁ hatten) mindestens 100 ms lang waren. Daher zeigt zu diesem Zeitpunkt das Steuersignal Trig 131 eine Pause an. Die verbleibende nutzbare Pause hat hier eine Länge von d₂₂, d.h. die Gesamtlänge der Pause d₂ abzüglich der Zeit d₂₁, die zur Detektion der Pause benötigt wird. Dabei kann die zur Detektion der Pause benötigte Zeit d₂₁ auch kürzer oder länger sein als die verbleibende nutzbare Pause d₂₂, wenn die verbleibende nutzbare Pause d₂₂ für die jeweilige Konfigurationsaufgabe ausreicht. Allerdings ist die tatsächliche Länge d₂₂ der verbleibenden nutzbaren Pause zu diesem Zeitpunkt t₄₂+d₂₁ normalerweise noch nicht bekannt. In einer Ausführungsform wird nur dann eine Pause angezeigt, wenn auf Grund der Statistik eine verbleibende Pausenlänge d₂₂ von mindestens N ms zu erwarten ist (z.B. mit N=50). Die angezeigte Pause kann so lange dauern, bis zum Zeitpunkt t₄₂+d₂ der Beginn des nächsten Lautsegments S3 detektiert wird. Falls die Pause zur Konfiguration genutzt wird und zu diesem Zeitpunkt noch ein Konfigurationsvorgang läuft, kann dieser abgebrochen werden, damit das Sprachsignal S3 möglichst ohne Verzögerung übertragen werden kann.
In einer Ausführungsform können Audiodaten während des Abbrechens der Konfiguration oder bis zu deren Ende kurzzeitig (z.B. 1-3 Sprachsegmente bzw. von 20 ms bis zu 100 ms) in einem Pufferspeicher zwischengespeichert und anschließend mit leicht erhöhter Geschwindigkeit bzw. Datenrate wieder ausgelesen werden, damit die Daten nicht verloren sind und somit Signalsprünge vermieden werden. Dadurch wird die Fehlerverschleierung beim Empfänger einfacher. Dies funktioniert im Mobilgerät allerdings nur, wenn die Funkverbindung genug Bandbreite besitzt, um die zusätzlichen Daten zu übertragen. In einer Variante können bei den mit erhöhter Datenrate ausgelesenen Daten die im Sprachsignal enthaltenen Pausen gekürzt werden (time-stretching), um die Tonhöhe der Sprachsegmente nicht zu verändern.
In einem Ausführungsbeispiel misst der Audioanalysator 130 die Länge der Stillesegmente bzw. Pausen kontinuierlich, periodisch oder über eine bestimmte Zeitdauer und legt, zumindest aus Werten der gerade vergangenen Sekunden oder Minuten, eine entsprechende Statistik an. Aus dieser Statistik, aber zusätzlich auch aus allgemeinen Erfahrungswerten von früheren Messungen oder aus anderen Quellen, kann eine Mindestlänge d₂₁ einer Pause definiert werden, z.B. 10 ms, um Pausen hinreichend sicher zu detektieren. Wenn im Audiosignal eine Pause mit der Mindestlänge erkannt wurde, kann der Audioanalysator dies durch das Trigger-/Steuersignal 131 anzeigen. Die zu erwartende Länge der Pause ist nutzer- und situationsspezifisch und kann auf Grund der Statistik schon nach einer kurzen Trainingsphase prädiziert werden. Z.B. kann festgestellt werden, dass Pausen, die mindestens X ms lang sind, durchschnittlich mindestens Y ms dauern (z.B. mit X=20, Y=50 oder X=100, Y=500). Alternativ oder zusätzlich kann der Audioanalysator 130 auch die Länge der Lautsegmente S1, S2, S3 messen, um so den Beginn oder die Länge der nächsten Pause zu prädizieren. Z.B. kann festgestellt werden, dass die Lautsegmente im Durchschnitt nicht länger als X ms dauern (z.B. mit X=200) oder dass nach Lautsegmenten einer gewissen Länge X ms eine Pause von typisch mindestens Y ms folgt. Mit dieser Information, die von Sprache zu Sprache und individuell von Sprecher zu Sprecher variieren kann, kann die Pause schneller erkannt werden.
In einer anderen Variante kann der Audioanalysator 130 die Länge und Gleichförmigkeit einzelner Lautsegmente S1-S3 untersuchen und besonders gleichförmige und lange Lautsegmente detektieren. Z.B. kann ein besonders gleichförmiges Lautsegment eine besonders hohe Autokorrelation aufweisen. Diese kann innerhalb eines gleitenden Fensters von z.B. 10 - 20 ms Länge gemessen werden. Wie oben beschrieben, kann auch dies zur Konfiguration genutzt werden, da in diesem Fall eine Fehlerverschleierung (error concealment) beim Empfänger besonders effektiv eingesetzt werden kann. Somit kann eine durch die Konfiguration hervorgerufene Unterbrechung des Audiosignals zu diesem Zeitpunkt beim Empfänger besser als gewöhnlich verschleiert werden.
Ein Vorteil des beschriebenen statistischen Verfahrens besteht darin, dass es keine Spracherkennung und keine syntaktische oder semantische Analyse erfordert. Daher ist es unabhängig von der tatsächlich benutzten Sprache. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich das Verfahren sehr schnell an den jeweiligen Nutzer und/oder die jeweilige Situation anpassen kann.
5 zeigt in einer Ausführungsform der Erfindung ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung zur Audioübertragung. Die Vorrichtung 200 in dieser Ausführungsform kann in einem mobilen Audiogerät enthalten sein wie z.B. einem Taschenempfänger, einem InEar-Monitor oder auch einem Mobiltelefon. Die Vorrichtung 200 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Sende-/Empfangseinheit 240, eine Audioverarbeitungseinheit 220, einen Audioanalysator 230 und einen Audioausgang oder Schallwandler 210. Die Audioverarbeitung 220 kann ähnlich wie die Audioverarbeitung 120 verschiedene Verstärker, optional einen Digital-Analogwandler (DAC) und andere übliche Funktionen enthalten. Sie empfängt ein Audiosignal 222 von der Sende-/Empfangseinheit 240, die es durch Demodulation eines von der Basisstation 300 empfangenen modulierten HF-Signals erhalten hat. Der Audioanalysator 230 kann z.B. einen Pausendetektor 235 enthalten.
Meistens wird die Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung, wie das Scannen und das Roaming, von der Basisstation 300 durchgeführt. Die Sende-/Empfangseinheit 240 im Mobilgerät kann jedoch feststellen, dass die Empfangsqualität der Funkverbindung 255 abnimmt, z.B. weil das die Vorrichtung 200 enthaltende mobile Gerät bewegt wird, und eine entsprechende Meldung an die Basisstation 300 schicken. Dazu wird ein Audiosignal 221 von der Audioverarbeitungseinheit 220 an den Audioanalysator 230 gegeben, der eine Analyse wie oben beschrieben durchführt und ein Steuersignal Trig 231 erzeugt. Die Meldung, die an die Basisstation 300 gesendet wird, kann das Steuersignal Trig 231 enthalten, das günstige Zeitpunkte für eine Umkonfiguration der Funkverbindung 255 anzeigt.
In einer anderen Ausführungsform kann die Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung bzw. das Scannen und Roaming auch durch das Mobilgerät ausgeführt werden, z.B. von einer Konfigurationseinheit 245, die eine Scan-/Roamingeinheit sein kann und sich in der Sende-/Empfangseinheit 240 befinden kann. Diese kann direkt durch das vom Audioanalysator 230 erzeugte Steuersignal 231 gesteuert werden, wie oben entsprechend für 1 beschrieben.
In einer Ausführungsform ist die Basisstation dazu eingerichtet, die Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung durchzuführen. 6 zeigt eine Basisstation 600, die über eine Netzwerk-Schnittstelle 610 mit einem Netzwerk 650 verbunden werden kann. Das Netzwerk kann ein Datennetzwerk wie z.B. ein LAN-Netzwerk oder ein Mobilfunknetzwerk sein. Die Basisstation enthält außerdem eine Funkschnittstelle 640, z.B. nach dem WiFi-/ WLAN-Standard (IEEE802.11) oder einem Mobilfunkstandard, über die sie per Funkverbindung 255 mit einem oder mehreren Mobilgeräten verbunden ist. Die Netzwerk-Schnittstelle 610 empfängt aus dem Netzwerk 650 Datenpakete, die für eines oder mehrere der mit der Basisstation 600 verbundenen Mobilgeräte bestimmt sind, und gibt andere, von den Mobilgeräten empfangene Datenpakete in das Netzwerk 650. Wenn eine Konfiguration bzw. Umkonfiguration einer bestimmten Funkverbindung notwendig wird, extrahiert eine Audio-Verarbeitungseinheit 620, die ein Paketfilter 625 enthalten kann, Audiodatenpakete der entsprechenden Funkverbindung und verarbeitet die darin enthaltenen Audiodaten, beispielsweise durch teilweises oder vollständiges Decodieren. Diese Audiodatenpakete können entweder vom entsprechenden Mobilgerät stammen, das über die Funkverbindung 255 verbundenen ist, oder von einem anderen Teilnehmer, der über das Netzwerk 650 verbunden ist. Die in der Audio-Verarbeitungseinheit 620 erhaltenen Audiodaten 621 werden einem Audioanalysator 630 zugeführt. Der Audioanalysator 630, der im Prinzip den oben beschriebenen Audioanalysatoren 130,230 entsprechen kann und z.B. eine Pausendetektion 635 enthalten kann, analysiert das in den Audiodaten 621 enthaltene Audiosignal und sendet der Funkschnittstelle 640 ein Triggersignal 631, das eine Pause in diesem Audiosignal anzeigt, wie oben beschrieben. Auf das Triggersignal 631 hin kann die Funkschnittstelle 640 eine Umkonfiguration der Funkverbindung 255 durchführen, oder sie kann ein Signal an das jeweilige Mobilgerät senden, damit dieses eine Umkonfiguration der Funkverbindung 255 durchführt. In diesem Fall enthält das Mobilgerät eine Konfigurationseinheit 145,245, braucht aber keinen Audioanalysator 130,230.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein automatisch ausgeführtes Verfahren zur Konfiguration einer Sendeeinheit für eine Drahtlos-Funkverbindung, wie in 7 dargestellt. Das Verfahren 700 umfasst das Analysieren 710 eines Audio-Eingangssignals durch einen Audio-Analysator 130, wobei mit einem statistischen Verfahren in Echtzeit mindestens ein Zeitraum, z.B. eine Pause, im Audiosignal detektiert und ggf. dessen zu erwartende Länge prädiziert wird und wobei ein Steuersignal 131 erzeugt wird, das den prädizierten Zeitraum anzeigt. Das Verfahren 700 umfasst weiterhin das Steuern 720 einer Sendeeinheit 140 mittels des Steuersignals 131 und das Senden 730 des Audiosignals durch die Sendeeinheit 140, wobei die Sendeeinheit während des durch das Steuersignal 131 angezeigten Zeitraums eine Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung durchführt.
In einer anderen Ausführungsform betrifft die Erfindung ein automatisch ausgeführtes Verfahren zur Konfiguration einer Sende-/Empfangseinheit 240 für eine Drahtlos-Funkverbindung 255. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Audiosignals über eine Drahtlos-Funkverbindung, das Analysieren des empfangenen Audiosignals durch einen Audio-Analysator 230, wobei mit einem statistischen Verfahren in Echtzeit mindestens ein Zeitraum, z.B. eine Pause, im Audiosignal prädiziert wird und wobei ein Steuersignal 231 erzeugt wird, das den prädizierten Zeitraum anzeigt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Steuern der Sende-/Empfangseinheit 240 mittels des Steuersignals 231 und das Umkonfigurieren der Funkverbindung 255, wobei die Umkonfiguration während des durch das Steuersignal 231 angezeigten Zeitraums erfolgt. Die Umkonfiguration kann durch die Sende-/Empfangseinheit 240 oder durch die Basisstation 300 erfolgen.
Die Erfindung kann mit einem durch Software konfigurierbaren Prozessor implementiert werden. Die Konfiguration erfolgt durch einen computerlesbaren Datenträger mit darauf gespeicherten Instruktionen, die geeignet sind, den Prozessor derart zu programmieren, dass dieser die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausführt.
Die Erfindung kann in verschiedenen Geräten verwendet werden, z. B. für drahtlose Mikrofone, Taschensender, Taschenempfänger, Telefone, Basisstationen oder Kopfhörer.

Claims

Vorrichtung (100,200,600) zur Konfiguration einer Drahtlos-Funkverbindung mit - mindestens einem Audiodateneingang (240,610) oder Schallwandler (110); - einer Audioverarbeitungseinheit (120,220,620), die vom Audiodateneingang (240,610) oder Schallwandler (110) ein Audiosignal empfängt; - einem Audioanalysator (130,230,630), der das vom Audiodateneingang oder Schallwandler (110) empfangene Audiosignal analysiert, Zeitabschnitte darin prädiziert, in denen sich ein Übertragungsfehler oder eine Übertragungslücke besonders gut verschleiern lässt, und ein Steuersignal (131,231,631) ausgibt, das die prädizierten Zeitabschnitte anzeigt; und - einer Sendeeinheit (140,240,640), die ein von der Audioverarbeitungseinheit (120,220,620) empfangenes Audiosignal (122,222) an mindestens ein Empfangsgerät (300), sendet und dabei zwischen verschiedenen Sendefrequenzen (Ch1, Ch2, Ch3) und/oder zwischen verschiedenen Empfangsgeräten umschalten kann; - wobei die Sendeeinheit (140,240,640) das Steuersignal (131,231,631) des Audioanalysators (130,230,630) empfängt und wobei das Umschalten der Sendeeinheit (140,240,640) zwischen verschiedenen Sendefrequenzen und/oder verschiedenen Empfangsgeräten in Abhängigkeit vom Steuersignal (131,231,631) so gesteuert wird, dass es während der prädizierten Zeitabschnitte des Audiosignals erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Audioanalysator (130,230,630) die Lage und/oder Länge von Lautsegmenten im Audiosignal statistisch auswertet, um die Länge der Zeitabschnitte zu prädizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitabschnitte, in denen sich ein Übertragungsfehler oder eine Übertragungslücke besonders gut verschleiern lässt, innerhalb kurzer Zeitfenster (d₂₁), insbesondere innerhalb von 10-20 ms, ermittelt werden, wobei die kurzen Zeitfenster (d₂₁) höchstens so lang sind wie die prädizierten Zeitabschnitte (d22).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Zeitabschnitte, in denen sich ein Übertragungsfehler oder eine Übertragungslücke besonders gut verschleiern lässt, Pausen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Audioanalysator (130,230,630) die Lage und/oder Länge von Pausensegmenten im Audiosignal statistisch auswertet, um die Länge von Pausen zu prädizieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Zeitabschnitte, in denen sich ein Übertragungsfehler oder eine Übertragungslücke besonders gut verschleiern lässt, durch Messung der Autokorrelation des Audiosignals ermittelt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Steuersignal (131,231,631) die prädizierten Zeitabschnitte nur dann anzeigt, wenn sie eine erwartete verbleibende Mindestlänge haben, zum Beispiel 50 ms.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Audiosignal eine Latenz von höchstens 10 ms vom Audioeingang oder Schallwandler (110) bis zum Senden durch die Sendeeinheit (140) hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei zwischen der Sendeeinheit (140,240,640) und dem Empfangsgerät (300) eine Funkverbindung nach dem IEEE802.11 Standard verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Sendeeinheit (140,240,640) auf den verschiedenen Sendefrequenzen (Ch1, Ch2, Ch3) ein Scanning durchführt und am Ende des Zeitabschnitts ein nicht abgeschlossener Scanning-Vorgang abgebrochen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, wobei am Ende des Zeitabschnitts ein oder mehr Sprachsegmente in einem Pufferspeicher gespeichert und anschließend mit erhöhter Geschwindigkeit wieder aus dem Pufferspeicher ausgelesen werden.
Verfahren (700) zur Konfiguration einer Sendeeinheit (140,240,640) für eine Drahtlos-Funkverbindung, mit den Schritten - Analysieren (710) eines Audio-Eingangssignals in einem Audio-Analysator (130,230,630), wobei mit einem statistischen Verfahren mindestens ein Zeitraum im Audiosignal detektiert und/oder prädiziert wird, in dem sich das Audiosignal besonders gut prädizieren lässt, und wobei ein Steuersignal (131, 231,631) erzeugt wird, das den detektierten und/oder prädizierten Zeitraum anzeigt; - Steuern (720) einer Sendeeinheit (140,240,640) mittels des Steuersignals (131,231,631); und - Senden (730) des Audiosignals durch die Sendeeinheit (140,240,640), wobei die Sendeeinheit während des durch das Steuersignal (131,231,631) angezeigten Zeitraums eine Konfiguration der Drahtlos-Funkverbindung durchführt.
Verfahren zur Konfiguration einer Sende-/Empfangseinheit (240,640) für eine Drahtlos-Funkverbindung (255), mit den Schritten - Empfangen eines Audiosignals über eine Drahtlos-Funkverbindung; - Analysieren des empfangen Audiosignals in einem Audio-Analysator (230, 630), wobei mit einem statistischen Verfahren mindestens ein Zeitraum im Audiosignal detektiert und/oder prädiziert wird, in dem sich das Audiosignal besonders gut prädizieren lässt, und wobei ein Steuersignal (231,631) erzeugt wird, das den detektierten und/oder prädizierten Zeitraum anzeigt; - Steuern der Sende-/Empfangseinheit (240,640) mittels des Steuersignals (231,631); und - Umkonfigurieren der Drahtlos-Funkverbindung (255), wobei die Umkonfiguration während des durch das Steuersignal (231,631) angezeigten Zeitraums erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Zeitraum, in dem sich das Audiosignal besonders gut prädizieren lässt, eine Pause ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, wobei die Konfiguration oder das Umkonfigurieren der Drahtlos-Funkverbindung eine Kalibrierung einer HF-Einheit umfasst.