專利名稱：基于發(fā)射機時間戳信息的用于同步通信的低抖動端到端延遲控制方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對部分由于可能引入延遲的不同路徑或不同組件，由數(shù)據(jù)的不同到達(dá) 時間導(dǎo)致的抖動進(jìn)行控制的方式。更具體的，本發(fā)明涉及針對同步數(shù)據(jù)流的延遲控制，以減 小在到達(dá)最終目的地之前需要通過多個中間節(jié)點的路徑的應(yīng)用中的抖動。
背景技術(shù)：
在無線應(yīng)用中，尤其在無線音頻應(yīng)用中，對發(fā)射機輸入處的音頻信號與接收機輸 出處的音頻信號之間的延遲的管理對于避免聲音失真而言十分重要。對于每個接收節(jié)點，輸入處的音頻信號與輸出處的音頻信號之間的延遲應(yīng)當(dāng)相 同。例如，在向兩個獨立接收機發(fā)送立體聲信號時，其中一個接收機接收左側(cè)音頻，另一個 接收機接收右側(cè)音頻，當(dāng)兩個信號路徑的延遲不同時，聲音方向信息將明顯失真。在例如無 線助聽器應(yīng)用中，對聲源位置的精確指示是要考慮的重要參數(shù)。在上述示例中，左右音頻信 號之間的時間延遲差典型地應(yīng)當(dāng)小于5至10us。傳統(tǒng)上，延遲控制機制通常包括一系列緩沖器，用于根據(jù)典型網(wǎng)絡(luò)延遲來存儲特 定預(yù)定量的數(shù)據(jù)，使得在接收數(shù)據(jù)中存在延遲的情況下，提供給接收機的數(shù)據(jù)可以來自緩 沖器。如在Philips等人的WO 2005/013639中所公開的，利用恒定的端到端延遲，在揚
聲器的情況下，每個揚聲器輸出大致相同的采樣。在兩個揚聲器之一輸出具有可變延遲的 采樣的情況下，虛擬聲源位置或立體聲圖像不再穩(wěn)定，因為對于每個揚聲器產(chǎn)生的聲音，聲 音到達(dá)人耳的延遲造成了虛擬聲源幻覺。上述WO公開提出，通過測量如輸入時間測量之類 的項目，緩沖器填充量可以補償端到端延遲。輸入時間測量單元產(chǎn)生測量，延遲控制單元 通過基于緩沖器的填充管理和輸入時間管理來控制數(shù)據(jù)速率轉(zhuǎn)換，從而控制延遲。此外，讀 取時刻測量組件被配置為測量讀取時刻，并產(chǎn)生第一數(shù)據(jù)單元的讀取時刻測量，在所述第 一數(shù)據(jù)單元中，延遲控制單元被配置為基于讀取時刻測量來控制數(shù)據(jù)速率轉(zhuǎn)換。此外，在醫(yī)學(xué)植入的情況下，包括但不限于植入音頻刺激設(shè)備，許多這種設(shè)備是通 過靠近頭部安裝的外部處理單元來驅(qū)動的，植入設(shè)備與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)和音頻通信是 通過無線鏈路，例如基于磁感應(yīng)來建立的。電池容量和功率消耗都是重要的考慮因素，為了 保證充分長的電池壽命，這種設(shè)備的功耗需要非常低。其結(jié)果是有較低的傳輸范圍，可能需 要多跳來到達(dá)給定設(shè)備。對于左側(cè)設(shè)備和右側(cè)設(shè)備，跳數(shù)可能不同，可能存在不同的延遲 值。圖1示出了助聽器應(yīng)用的示例，其中植入設(shè)備IMl被配置在左耳，植入設(shè)備IM2被 配置在右耳。在標(biāo)準(zhǔn)使用情況下，左耳和右耳的助聽器互相獨立地工作。對于左耳，處理器PRl 從麥克風(fēng)MICl捕捉聲音，并將該音頻流經(jīng)由流al發(fā)送至植入設(shè)備IM1。類似地，右耳處理 器PR2從麥克風(fēng)MIC2捕捉聲音，并將該特定音頻流經(jīng)由流a2發(fā)送至植入設(shè)備IM2。在該獨立模式下，音頻流al應(yīng)當(dāng)具有與音頻流a2相同的延遲。在增強使用模式中，將麥克風(fēng)MICl和MIC2的信號組合以進(jìn)行音頻波束成形，以得 到更好的收聽體驗。在該模式下，需要附加流a3和a4，使得每個處理器可以組合兩個麥克 風(fēng)信號并將處理后的信號al和a2發(fā)送至相應(yīng)植入設(shè)備。這些流潛在地經(jīng)由不同物理層來 傳輸，例如針對al和a2使用磁感應(yīng)，針對a3和a4使用RF。此外，對于該使用情況，處理后 的MICl和MIC2的信號以相同的延遲到達(dá)植入設(shè)備IMl和IM2。處理器PRl將以與MICl的信號相比特定的延遲來接收MIC2的信號，因為MIC2的 信號必須經(jīng)由信道a4由PR2發(fā)送。因此，MICl的信號也必須被延遲，以與MIC2的信號對 齊。處理后的信號將經(jīng)由al發(fā)送至IM1，這將引入附加延遲。類似地，處理器PR2以特定 延遲經(jīng)由a3接收MICl的信號，PR2必須在將MIC2的信號與MICl的信號進(jìn)行組合并經(jīng)由 a2將處理后的信號發(fā)送至設(shè)備IM2之前延遲MIC2的信號。為了避免波束模式的失真，所有源和目的地設(shè)備之間的端到端延遲應(yīng)當(dāng)相同delay (IMLMIC1) = delay (IM1, MIC2) = delay (IM2, MIC1) = delay (IM2, MIC2)優(yōu)選地，該端到端延遲是恒定而且可控的。此外還應(yīng)當(dāng)具有較低的時間抖動，否則 目的地側(cè)的音頻信號將明顯失真。相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種延遲控制系統(tǒng)，可以用于獲得音頻源與一個或多個目的 地之間已知恒定的端到端延遲，即使使用不同路徑到達(dá)終端節(jié)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種延遲控制機制和方法，提供了端到端延遲的非常低的抖動時 間，并且根據(jù)實現(xiàn)所施加的約束，使延遲在給定范圍內(nèi)可控。除了無線應(yīng)用之外，本發(fā)明還 適用于許多其他應(yīng)用，并且可以用于必須以受控的端到端延遲來傳輸同步數(shù)據(jù)流的所有參與者。根據(jù)本發(fā)明的示例方面，利用良好定義的時間參考，將同步數(shù)據(jù)流組織為幀和/ 或超幀，所述時間參考是數(shù)據(jù)流所經(jīng)過的路徑上的所有設(shè)備都知道的。這些時間參考可以 例如由幀中的固定數(shù)據(jù)模式(如幀同步字)來定義。根據(jù)本發(fā)明的另一示例方面，如果經(jīng)由不同無線或有線集群來傳輸數(shù)據(jù)流，則接 收機應(yīng)當(dāng)知道發(fā)射機/源側(cè)的時間參考與接收機目的地側(cè)的時間參考之間的時間關(guān)系(時 間偏移)。此外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)數(shù)據(jù)流進(jìn)入源側(cè)的發(fā)射機時，在本地發(fā)射機時間參考處取得 時間戳，該時間戳信息與同步數(shù)據(jù)流一起發(fā)送。根據(jù)本發(fā)明的另一示例方面，當(dāng)數(shù)據(jù)離開目的地側(cè)的接收機時，在本地接收機時 間參考處取得時間戳。與數(shù)據(jù)流一起接收的該時間戳信息與發(fā)射機時間戳相結(jié)合，以及接 收機與發(fā)射機時間參考之間的已知時間偏移，允許實現(xiàn)恒定端到端延遲控制機制。根據(jù)本發(fā)明，時間戳信息被表示為多個音頻采樣。時間戳信息包括整數(shù)部分，表 示目前接收的音頻采樣的數(shù)目；以及分?jǐn)?shù)部分，表示音頻采樣中在取得時間戳?xí)r已經(jīng)進(jìn)入 發(fā)射機或離開接收機的部分。


結(jié)合附圖，通過以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他方面、特征和優(yōu)點將更加顯而 易見，其中圖1示意了包括兩個音頻刺激植入設(shè)備和兩個外部耳后設(shè)備的無線助聽器系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本發(fā)明示例實施例的具有延遲控制的無線音頻系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的超幀結(jié)構(gòu)的示例；圖4是根據(jù)本發(fā)明的兩個64kbps音頻信道的幀分配方案；以及圖5A和5B示出了根據(jù)本發(fā)明的延遲控制機制產(chǎn)生的示例瞬時響應(yīng)。
具體實施例方式圖2示意了根據(jù)本發(fā)明用于利用延遲控制機制的助聽器系統(tǒng)的示例無線音頻系 統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解并認(rèn)識到，盡管在助聽器系統(tǒng)的上下文中對本發(fā)明進(jìn)行解釋， 但是要求保護(hù)的發(fā)明不限于此，并且可以應(yīng)用于音頻以外的任何類型的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在參照圖2，假定該特定無線鏈路具有298kbps的信道比特率。但是該速率僅提 供用于示意目的。在本示例中，音頻采樣根據(jù)時分多址(TDMA)機制通過數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。這 些數(shù)據(jù)幀具有一個或多個時隙的長度，并被組織為例如圖3所示的超幀結(jié)構(gòu)。對于圖2所示的示例，假定應(yīng)用于發(fā)射機的數(shù)字音頻輸入具有FsTx = 16kHz的采 樣率和16比特的字長。為了實現(xiàn)頻譜的高效使用，對數(shù)字音頻流進(jìn)行編碼以獲得4 1比 特率縮減。應(yīng)當(dāng)注意，這種編碼是可選的。本發(fā)明的概念不依賴于用于對數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼 的方法。得到的數(shù)據(jù)流(速率=每音頻信道64kbps)必須通過無線信道來發(fā)送。圖4中示 出了針對圖2的示例的典型幀和時隙分配方案。仍參照圖2，在發(fā)射機側(cè)200，使用高分辨率分?jǐn)?shù)采樣計數(shù)器來對輸入音頻采樣進(jìn) 行計數(shù)，由凈荷編碼器進(jìn)行編碼并寫入TX緩沖器。當(dāng)分配給給定音頻流的時隙在由幀同步 字的起始時間確定的時刻Theft變?yōu)榭捎脮r，時間戳電路取得采樣計數(shù)器的快照TXScnt。 該快照信息以Fch = 298kbps的信道速率與從發(fā)送(TX)緩沖器取得的多個(編碼的)音 頻采樣一起發(fā)送。Tx控制模塊205處理兩個時鐘域之間的轉(zhuǎn)換。更具體地，發(fā)射機200包括數(shù)據(jù)采樣計數(shù)器225，用于對輸入數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行計數(shù)。 凈荷編碼器220將輸入數(shù)據(jù)采樣編碼為凈荷數(shù)據(jù)。寫入控制單元224控制凈荷數(shù)據(jù)的存 儲。發(fā)送緩沖器222存儲要發(fā)送的凈荷數(shù)據(jù)。發(fā)送控制單元205產(chǎn)生時間參考TrefTx和 相關(guān)的時間同步符號，發(fā)送控制單元205在上述時間參考處取得發(fā)送采樣計數(shù)器225的快 照TxScnt。發(fā)送時間戳單元210基于值TxScnt來產(chǎn)生發(fā)送時間戳信息。發(fā)送單元201用 于發(fā)送時間參考符號、表示輸入數(shù)據(jù)采樣的凈荷數(shù)據(jù)以及相關(guān)時間戳信息。繼續(xù)參照圖2，在接收機側(cè)300，時間同步單元303檢測所發(fā)送的時間參考符號，產(chǎn) 生時間參考TrefRxCTrefRx相對于TrefTx具有固定且已知的時間關(guān)系)，并向時間戳單元 310提供時間參考TrefRx。接收單元301用于從發(fā)送單元201接收時間參考符號、凈荷數(shù)據(jù) 和相關(guān)的時間戳信息。接收緩沖器305存儲接收的凈荷數(shù)據(jù)。以信道速率Fch = 298kbps 將接收的采樣寫入接收(RX)緩沖器305。RX DPLL和延遲控制模塊315基于所接收的發(fā)射 機時間戳、時間戳單元310產(chǎn)生的接收機時間戳以及發(fā)射機時間戳與接收機時間戳之間的 目標(biāo)延遲，來產(chǎn)生對發(fā)射機輸入處的數(shù)據(jù)采樣率FsTx的估計FsTxe。分?jǐn)?shù)采樣計數(shù)器325
8基于輸入數(shù)據(jù)速率FsTx的估計采樣率FsTxe來對提供給接收機輸出的數(shù)據(jù)采樣的數(shù)目進(jìn) 行計數(shù)。時間戳單元310通過取得采樣計數(shù)器325在時刻TrefRx的快照RxScnt，并將該時 間戳信息提供給延遲控制模塊315，來產(chǎn)生接收機時間戳。讀取控制單元324控制凈荷數(shù)據(jù) 從接收緩沖器305至凈荷解碼器320的傳送，并以采樣計數(shù)器325所確定的速率將凈荷解 碼器320的輸出傳送至接收機輸出。凈荷解碼器320將來自接收緩沖器305的凈荷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換至在發(fā)射機的輸入處提供的數(shù)據(jù)采樣的表示。模塊RX DPLL和延遲控制315調(diào)整從RX緩沖器305的讀取時刻和位置，使得發(fā)射 機時間戳單元210在源側(cè)200取得的時間戳與接收機時間戳單元310在接收機側(cè)300取得 的時間戳之間的延遲恒定并等于給定值。根據(jù)本發(fā)明的示例實施例，基于所包括的時間戳信息，RX DPLL模塊315產(chǎn)生對源 側(cè)的音頻采樣率FsTx的估計值FsTxe。凈荷解碼器320從一個RX緩沖器305中讀取壓縮 數(shù)據(jù)，并以估計的源采樣FsTxe來提供解碼的音頻采樣。與在發(fā)射機側(cè)200上使用的采樣 計數(shù)器225類似，利用高分辨率分?jǐn)?shù)采樣計數(shù)器325來對離開凈荷解碼器320的采樣進(jìn)行 計數(shù)。在時刻TrefRx對該計數(shù)器325進(jìn)行采樣，TrefRx相對于TrefTx具有固定且已知的 時間關(guān)系，例如幀同步字的相關(guān)峰值的位置。模塊RXDPLL和延遲控制315調(diào)整從RX緩沖 器的讀取，使得時間戳單元210在TX側(cè)200處取得的時間戳與時間戳單元310在RX側(cè)300 處取得的時間戳之間的延遲恒定并等于給定值。在由應(yīng)用施加在RX側(cè)300的音頻輸出采樣率的情況下，可以在凈荷解碼器320與 數(shù)字音頻輸出之間插入采樣率轉(zhuǎn)換器330，如圖2的右側(cè)所示。圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的超幀結(jié)構(gòu)3100的示例。如圖3所示，超幀的起始由信標(biāo) 幀3050來指示。對于給定音頻流，對數(shù)據(jù)幀和時隙進(jìn)行分配，使得有充足的容量來支持編 碼音頻流的速率。不同幀之間的距離不必須恒定，但是所分配的時隙應(yīng)當(dāng)在超幀上盡可能 均勻分布，以獲得較低的端到端延遲。圖4示出了本示例中針對兩個64kps音頻信道的示例幀分配方案。音頻流參數(shù)是 16kHz的音頻采樣率，以及64kbps的編碼的音頻速率。此外，超幀參數(shù)包括298kbps的信道速率，322. 15us的時隙長度、82. 47ms的超幀 長度以及每超幀256個時隙。關(guān)于信道分配，信道10是信標(biāo)信道，音頻信道al被分配給信 道1，音頻信道a2被分配給信道2。在本示例中信道3空閑。在操作中，在發(fā)射機側(cè)，采樣計數(shù)器225(圖2)監(jiān)控數(shù)字音頻輸入，并對接收的采 樣的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)。例如，通過對串行音頻接口的比特時鐘而不是字時鐘進(jìn)行計數(shù)，采樣計 數(shù)器225可以具有高分辨率。將音頻采樣發(fā)送至凈荷編碼器220，凈荷編碼器220在寫入控 制單元224的控制下將編碼的采樣存儲在TX緩沖器222中。寫入控制單元224在數(shù)字音 頻輸入和寫入TX緩沖器222的編碼音頻數(shù)據(jù)之間引入Nenc個音頻采樣的延遲，表示由音 頻編碼器或由任何其他數(shù)據(jù)處理引入的延遲。在時刻TrefTx，例如在幀同步字的起始處，取得TX采樣計數(shù)器的快照TxScnt，并 將其提供給TX控制單元205。此外，確定要發(fā)送的第一字節(jié)的音頻采樣索引Asidx和要發(fā) 送的音頻字節(jié)的數(shù)目Nab。如果凈荷編碼器220將兩個音頻采樣打包在一個字節(jié)中，則音頻 采樣索引Asidx以采樣率的一半速率增大。時間戳TxScnt將分為不同部分，如以下等式所 示
TxScnt = 2* (Asidx+Nab)+TimeOffset+Nenc (4. 1)然而，如果一個字節(jié)中有一個音頻采樣，則上述等式變?yōu)門xScnt = Asidx+Nab+TimeOffset+Nenc。值A(chǔ)sidx、Nab和TimeOffset將作為時間戳信息與編碼的音頻數(shù)據(jù)一起發(fā)送。假 定Nenc的值恒定，并且可以在創(chuàng)建音頻流的邏輯信道時發(fā)送至目標(biāo)接收機。使用這些參 數(shù)，接收機能夠使用等式(4. 1)來重新產(chǎn)生發(fā)射機時間戳。由于TDMA音頻幀相對于音頻輸入是異步的，在所分配的時隙中要發(fā)送的音頻采 樣的數(shù)目是可變的。因此，TX控制單元205還確定將要在當(dāng)前音頻幀中發(fā)送的音頻字節(jié)的 數(shù)目Nab。TX控制單元205將嘗試發(fā)送在取得時間戳?xí)rTX緩沖器222中存在的所有數(shù)據(jù)。 TimeOffset的值將變?yōu)?，或者它僅包含時間戳的分?jǐn)?shù)部分。當(dāng)不是所有存在于TX緩沖器 中的數(shù)據(jù)都可以被發(fā)送時，TimeOffset的整數(shù)部分將指示仍需要發(fā)送的(編碼的)音頻采 樣的數(shù)目。通過如等式(4. 1)所指示的來分割時間戳TxScnt，在一個或多個音頻幀丟失之 后，接收機可以使用音頻采樣索引Asidx來將寫入指針與RX緩沖器重新同步。在操作中，在接收機側(cè)，可以使用數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)315來估計在發(fā)射機的輸入 處(FsTx)看到的音頻采樣率(FsTxe)。為了避免RX緩沖器305的上溢或下溢，RX緩沖器 讀取速率(與FsTxe成比例)，應(yīng)當(dāng)與TX緩沖器222和RX緩沖器寫入速率(與FsTx成比 例)相同。通過修改FsTxe來調(diào)整RX緩沖器中讀取指針與寫入指針之間的偏移，從而獲得 目標(biāo)延遲。TX控制參數(shù)Asidx和Nab用于將接收的音頻數(shù)據(jù)字節(jié)寫入到RX緩沖器中與其在 TX緩沖器中的位置同步的位置。參數(shù)AsicbuNabJimeOffset和Nenc用于通過等式(4. 1) 來計算發(fā)射機側(cè)的時間戳TxScnt。RX DPLL 315根據(jù)其本地參考時鐘來產(chǎn)生對發(fā)射機側(cè)的音頻采樣率的估計FsTxe。 該估計采樣率驅(qū)動RX采樣計數(shù)器325，RX采樣計數(shù)器325對從凈荷解碼器320輸出的采樣 的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)。在可以通過幀同步字的相關(guān)峰值來確定的時刻TrefRx，取得采樣計數(shù)器 RxScnt的快照。假定TrefRx與TrefTx之間的時間差恒定。該時間差或者通過設(shè)計得知， 或者可以在創(chuàng)建音頻流的信道時例如通過測量路徑延遲來確定。該時間差可以表示為(分 數(shù))音頻采樣計數(shù)，由以下等式給出DeltaTref = FsTx* (TrefRx-Trx)(4.2)音頻延遲表示為音頻采樣的(分?jǐn)?shù))數(shù)目，由以下等式給出Latency = TxScnt+Delta Tref-RxScnt (4. 3)延遲控制算法將調(diào)整估計的音頻采樣率FsTxe，使得根據(jù)等式(4. 3)計算的延遲 變?yōu)榈扔谠撔诺赖哪繕?biāo)延遲TargetLatency。在讀取控制單元的控制下從RX緩沖器中讀取編碼的音頻字節(jié)，并應(yīng)用至凈荷解 碼器。使得解碼的音頻采樣以采樣率FsTxe可用，并與RX采樣計數(shù)器同步更新。如果接收 機是數(shù)字音頻輸出總線的主控器，則將這些音頻采樣直接發(fā)送至數(shù)字音頻輸出。否則，首先 將采樣率轉(zhuǎn)換為所需值。圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明表示為音頻采樣的數(shù)目相對于時間(以ms計)的、典型 的音頻延遲瞬時響應(yīng)的示例；圖5B示出了表示為音頻采樣的分?jǐn)?shù)數(shù)目相對于時間(以ms計)的音頻延遲抖動。本發(fā)明提供了至少以下益處和優(yōu)點可以保證針對同步數(shù)據(jù)流的可預(yù)測的、固定 的端到端延遲。已知的最新延遲控制機制利用接收機側(cè)的緩沖器充滿信息，這種已知機制 不能考慮發(fā)射機與不同接收節(jié)點之間的傳播延遲的差異。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過在發(fā)射機 側(cè)包括與已知時間參考相關(guān)的時間戳，接收機能夠獨立于路徑延遲容限，來針對同步數(shù)據(jù) 流產(chǎn)生恒定的端到端延遲。此外，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)所需數(shù)據(jù)信道容量相對于可用數(shù)據(jù)信道容量的情況，可以 在所添加的時間戳信息的分辨率以及其引入的開銷相對于延遲控制精度和延遲抖動之間 進(jìn)行權(quán)衡。通過將時間戳信息編碼為具有整數(shù)和分?jǐn)?shù)部分的音頻采樣計數(shù)，當(dāng)分組在通信 信道中傳輸期間丟失時，非常容易對接收緩沖器指針進(jìn)行重新同步。通過以高分辨率來對 時間戳信息進(jìn)行編碼，延遲控制環(huán)路可以在音頻采樣周期的一部分之內(nèi)，以非常小的殘余 時間抖動來實現(xiàn)目標(biāo)延遲。此外，根據(jù)本發(fā)明的上述方法可以以硬件實現(xiàn)，或?qū)崿F(xiàn)為可以作為機器可讀代碼 存儲在如ROM、RAM、軟盤、硬盤、閃存或磁-光盤之類的介質(zhì)中或通過網(wǎng)絡(luò)下載的軟件或計 算機代碼，使得這里描述的方法可以使用通用微處理器、通用計算機或?qū)Ｓ锰幚砥髟谶@種 軟件中、或在可編程或?qū)Ｓ糜布?如ASIC或FPGA)中呈現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，計算機、處理器或可編程硬件包括存儲器組件，例如 RAM、ROM、閃存等等，可以存儲或接收軟件或計算機代碼，當(dāng)由計算機、處理器或硬件訪問和 執(zhí)行時，所述軟件或計算機代碼實現(xiàn)這里描述的處理方法。關(guān)于特定實施例并參照特定附圖描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，而是由權(quán) 利要求來闡述。所描述的附圖僅是示意性和非限制性的。在附圖中，為了示意目的，可能夸 大了一些元件的大小，并且不按特定比例繪制。在本說明書和權(quán)利要求中使用術(shù)語“包括” 時，不排除其他元件或步驟。當(dāng)在涉及單數(shù)名詞時使用不定冠詞或定冠詞例如“一”時，除 非另外特別指出，這包括該名詞的復(fù)數(shù)形式。因此，術(shù)語“包括”不應(yīng)被解釋為限于其后所 列的項目；它不排除其他元件或步驟，因此，表述“設(shè)備包括項目A和B”的范圍不應(yīng)限制為 設(shè)備僅由組件A和B組成。這種表述說明，對于本發(fā)明，設(shè)備的相關(guān)組件只有A和B。此外，如果在說明書和權(quán)利要求中使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等等，它們提 供用于在類似元件之間進(jìn)行區(qū)分，不必須用于描述順序或時間次序。應(yīng)理解，在適當(dāng)情況下 (除非另外明確公開)，所使用的術(shù)語可互換，并且這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以不同 于這里所描述或示意的順序和/或布置來操作。
權(quán)利要求
1.一種具有延遲控制的通信系統(tǒng)，所述延遲控制用于實現(xiàn)可控的端到端延遲并減小端 到端延遲的時間抖動，所述系統(tǒng)包括發(fā)射機000)，包括發(fā)送控制單元O05)，用于產(chǎn)生時間參考TrefTx和相關(guān)的時間同步符號，所述發(fā)送控 制單元在所述時間參考處取得發(fā)送采樣計數(shù)器的快照T^cnt ；發(fā)送時間戳單元O10)，基于值Tdcnt來產(chǎn)生發(fā)送時間戳信息； 發(fā)送單元O01)，用于發(fā)送時間參考符號、表示輸入數(shù)據(jù)采樣的凈荷數(shù)據(jù)以及相關(guān)時間 戳信息；以及接收機(300)包括時間同步單元(303)，用于檢測所發(fā)送的時間參考符號，產(chǎn)生時間參考TrefRx，并向時 間戳單元提供時間參考TrefRx，其中TrefRx相對于TrefTx具有固定且已知的時間關(guān)系； 延遲控制模塊(315)，基于所接收的發(fā)射機時間戳、時間戳單元產(chǎn)生的接收機時間戳 以及發(fā)射機時間戳與接收機時間戳之間的目標(biāo)延遲，來產(chǎn)生對發(fā)射機輸入處的數(shù)據(jù)采樣率 FsTx 的估計 FsTxe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射機還包括 數(shù)據(jù)采樣計數(shù)器025)，用于對輸入數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行計數(shù)；凈荷編碼器020)，用于將輸入數(shù)據(jù)采樣編碼為凈荷數(shù)據(jù)； 寫入控制單元0 )，用于控制凈荷數(shù)據(jù)的存儲； 發(fā)送緩沖器022)，用于存儲要發(fā)送的凈荷數(shù)據(jù)；以及 其中，所述接收機還包括接收單元(301)，用于從發(fā)送單元接收時間參考符號、凈荷數(shù)據(jù)和相關(guān)的時間戳信息； 時間同步單元(303)，用于檢測所發(fā)送的時間參考符號，產(chǎn)生時間參考TrefRx，并向時 間戳單元提供時間參考TrefRx，其中TrefRx相對于TrefTx具有固定且已知的時間關(guān)系； 接收緩沖器(305)，用于存儲接收的凈荷數(shù)據(jù)；分?jǐn)?shù)采樣計數(shù)器(32 ，基于輸入數(shù)據(jù)速率FsTx的估計采樣率FsTxe來對提供給接收 機輸出的數(shù)據(jù)采樣的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)；時間戳單元(310)，通過取得采樣計數(shù)器在時刻TrefRx的快照Rdcnt并將該時間戳信 息提供給延遲控制模塊，來產(chǎn)生接收機時間戳；讀取控制單元(3M)，用于控制凈荷數(shù)據(jù)從接收緩沖器至凈荷解碼器的傳送，并以采樣 計數(shù)器所確定的速率將凈荷解碼器的輸出傳送至接收機輸出；以及凈荷解碼器(320)，用于將來自接收緩沖器的凈荷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至在發(fā)射機的輸入處提供 的數(shù)據(jù)采樣的表示；其中，模塊RX DPLL和延遲控制單元(31 調(diào)整從RX緩沖器的讀取時刻和位置，使得 發(fā)射機時間戳單元在源側(cè)取得的時間戳與接收機時間戳單元在接收機側(cè)取得的時間戳之 間的延遲恒定并等于給定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)采樣包括音頻數(shù)據(jù)采樣，當(dāng)凈荷編碼 器(220)將兩個音頻采樣布置在一個字節(jié)中時，Asidx以采樣率的一半速率增大，時間戳 Tdcnt根據(jù)以下等式分為不同部分TxScnt = 2*(Asidx+Nab)+Time0fTset+Nenc。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，時間戳信息包括整數(shù)部分，表示目前接收的音 頻采樣的數(shù)目；以及分?jǐn)?shù)部分，表示音頻采樣中在取得時間戳?xí)r已經(jīng)進(jìn)入發(fā)射機或離開接 收機的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)幀包括超幀，所述超幀的起始由信標(biāo)幀指示，第一信道是信標(biāo)信道，第一音頻信道al被分配給第二信道，音頻信道a2被分配給第
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，超幀是經(jīng)由時分多址TDMA來傳輸?shù)?，要在所分?的時隙中傳輸?shù)囊纛l采樣的數(shù)目可選地是可變的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，采樣計數(shù)器(22 對串行音頻接口的比特時鐘進(jìn) 行計數(shù)。
8.一種用于延遲控制系統(tǒng)的接收機(300)，包括接收單元(301)，用于從發(fā)送單元接收時間參考符號、凈荷數(shù)據(jù)和相關(guān)的時間戳信息； 時間同步單元(303)，用于檢測所發(fā)送的時間參考符號，產(chǎn)生時間參考TrefRx，并向時 間戳單元(310)提供時間參考TrefRx，其中TrefRx相對于TrefTx具有固定且已知的時間 關(guān)系；接收緩沖器(305)，用于存儲接收的凈荷數(shù)據(jù)；延遲控制模塊(315)，基于所接收的發(fā)射機時間戳、時間戳單元(310)產(chǎn)生的接收機時 間戳以及發(fā)射機時間戳與接收機時間戳之間的目標(biāo)延遲，來產(chǎn)生對發(fā)射機輸入處的數(shù)據(jù)采 樣率FsTx的估計FsTxe ；分?jǐn)?shù)采樣計數(shù)器(32 ，基于輸入數(shù)據(jù)速率FsTx的估計采樣率FsTxe來對提供給接收 機輸出的數(shù)據(jù)采樣的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)；時間戳單元(310)，通過取得采樣計數(shù)器(32 在時刻TrefRx的快照Rxknt并將該時 間戳信息提供給延遲控制模塊(315)，來產(chǎn)生接收機時間戳；讀取控制單元(3M)，用于控制凈荷數(shù)據(jù)從接收緩沖器(30 至凈荷解碼器(320)的 傳送，并以采樣計數(shù)器(32 所確定的速率將凈荷解碼器(320)的輸出傳送至接收機輸出； 以及凈荷解碼器(320)，用于將來自接收緩沖器(305)的凈荷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至在發(fā)射機的輸入 處提供的數(shù)據(jù)采樣的表示；其中，模塊RX DPLL和延遲控制(31 調(diào)整從RX緩沖器(305)的讀取時刻和位置，使 得發(fā)射機時間戳單元在源側(cè)(200)取得的時間戳與接收機時間戳單元(310)在接收機側(cè) (300)取得的時間戳之間的延遲恒定并等于給定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接收機，還包括在由應(yīng)用施加在接收機側(cè)(300)的音頻輸 出采樣率的情況下，布置在凈荷解碼器(320)與數(shù)字音頻輸出之間的采樣率轉(zhuǎn)換器(330)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接收機，其中，要發(fā)送的第一字節(jié)的采樣索引Asidx和要 發(fā)送的字節(jié)數(shù)目(Nab)的發(fā)送(TX)控制參數(shù)用于將接收的音頻數(shù)據(jù)字節(jié)寫入RX緩沖器 (305)中與其在發(fā)送TX緩沖器022)中的位置同步的位置處。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收機，其中，Asidx、Nab、TimeOffset和N已編碼的延遲 Nenc用于通過以下等式來計算在發(fā)射機側(cè)的時間戳Tdcnt TxScnt = 2*(Asidx+Nab)+Time0fTset+Nenc。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機，其中，RXDPLL(315)根據(jù)其本地參考時鐘來產(chǎn)生 對發(fā)射機側(cè)的音頻采樣率的估計源采樣率FsTxe，以驅(qū)動RX采樣計數(shù)器(325)對從凈荷解 碼器(320)輸出的采樣的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收機，其中，在由幀同步字的相關(guān)峰值確定的時刻 TrefRx，取得采樣計數(shù)器的快照RxScnt，其中，TrefRx與TreTx之間的時間差假定為恒定。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接收機，其中，所述時間差或者通過設(shè)計得知，或者在創(chuàng)建 音頻流的信道時通過測量路徑延遲來確定，所述時間差表示為分?jǐn)?shù)音頻采樣計數(shù)，由以下 等式給出DeltaTref = FsTx氺(TrefRx-Trx)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機，其中，音頻延遲表示為音頻采樣的(分?jǐn)?shù))數(shù)目， 由以下等式給出Latency = TxScnt+Delta Tref-RxScnt其中，估計音頻采樣率FsTxe被調(diào)整為使得根 據(jù)該音頻延遲等式計算的延遲變?yōu)榈扔谔囟ㄐ诺赖哪繕?biāo)延遲TargetLatency。
16.一種用于具有延遲控制的通信系統(tǒng)的發(fā)射機，所述延遲控制用于實現(xiàn)可控的端到 端延遲并減小端到端延遲的時間抖動，所述發(fā)射機(200)包括數(shù)據(jù)采樣計數(shù)器(225)，用于對輸入數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行計數(shù)； 凈荷編碼器(220)，用于將輸入數(shù)據(jù)采樣編碼為凈荷數(shù)據(jù)； 寫入控制單元(224)，用于控制凈荷數(shù)據(jù)的存儲； 發(fā)送緩沖器(222)，用于存儲要發(fā)送的凈荷數(shù)據(jù)；發(fā)送控制單元(205)，用于產(chǎn)生時間參考TrefTx和相關(guān)的時間同步符號，所述發(fā)送控 制單元在所述時間參考處取得發(fā)送采樣計數(shù)器(225)的快照TxScnt ； 發(fā)送時間戳單元(210)，基于值TxScnt來產(chǎn)生發(fā)送時間戳信息；以及 發(fā)送單元(201)，用于發(fā)送時間參考符號、表示輸入數(shù)據(jù)采樣的凈荷數(shù)據(jù)以及相關(guān)時間 戳信息；其中，輸入數(shù)據(jù)速率相對于信道速率是異步的，輸入數(shù)據(jù)未經(jīng)過采樣率轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致每幀 的可變凈荷；以及其中，分配給輸入數(shù)據(jù)流的時間戳與所發(fā)送的同步符號相關(guān)。
17.一種用于提供端到端延遲控制的方法，包括使用數(shù)據(jù)采樣計數(shù)器(225)對輸入數(shù)據(jù)采樣的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)； 使用凈荷編碼器(220)對輸入數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行編碼；使用寫入控制單元(224)來控制編碼的數(shù)據(jù)采樣并引入N個已編碼的延遲(Nenc)； 使用發(fā)送緩沖器(222)來存儲編碼的采樣；使用發(fā)送控制單元(205)來接收幀同步字(TreTx)的起始、發(fā)送采樣計數(shù)器(225)的 快照(TxScnt)，并用于接收要發(fā)送的第一字節(jié)的采樣索引(Asidx)和要發(fā)送的字節(jié)數(shù)目 (Nab)；針對數(shù)據(jù)流的預(yù)定幀經(jīng)過的特定路徑，使用發(fā)射機時間戳單元(210)來提供對數(shù)據(jù)流 的幀的發(fā)射機時間戳偏移(TimeOffset)；其中，Asidx, Nab和TimeOffset的值作為時間戳信息控制參數(shù)與編碼的數(shù)據(jù)一起發(fā)送。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)采樣包括音頻數(shù)據(jù)采樣，當(dāng)凈荷編碼 器(220)將兩個音頻采樣布置在一個字節(jié)中時，Asidx以采樣率的一半速率增大，時間戳 TxScnt根據(jù)以下等式分為不同部分TxScnt = 2*(Asidx+Nab)+Time0ffset+Nenc (等式 4. 1)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，時間戳信息包括整數(shù)部分，表示目前接收的 音頻采樣的數(shù)目；以及分?jǐn)?shù)部分，表示音頻采樣中在取得時間戳?xí)r已經(jīng)進(jìn)入發(fā)射機或離開 接收機的部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)幀包括超幀，所述超幀的起始由信標(biāo)幀指示，第一信道是信標(biāo)信道，第一音頻信道al被分配給第二信道，音頻信道a2被分配給 第三信道。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括使用接收(RX)緩沖器(305)來存儲與控制參數(shù)信息一起接收的數(shù)據(jù)采樣；使用延遲控制和接收數(shù)字鎖相環(huán)RX DPLL (315)來估計在發(fā)射機輸入處看到的音頻數(shù) 據(jù)采樣率(FsTxe)Jy^iRX DPLL (315)產(chǎn)生對源側(cè)的音頻采樣率FsTx的估計值FsTxe ；使用凈荷解碼器(320)，從RX緩沖器(305)讀取壓縮數(shù)據(jù)，并以估計的源采樣率FsTxe 來提供解碼的音頻采樣；使用分?jǐn)?shù)采樣計數(shù)器(325)，在時刻TrefRx對凈荷解碼器(320)的輸出進(jìn)行采樣， TrefRx相對于TreTx具有固定且已知的時間關(guān)系；以及使用RX DPLL和延遲控制模塊(315)來調(diào)整從RX緩沖器(305)的讀取，使得發(fā)射機時 間戳單元(210)在源側(cè)(200)取得的時間戳與接收機時間戳單元(310)在接收機側(cè)(300) 取得的時間戳之間的延遲恒定并等于給定值。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，RXDPLL(315)根據(jù)其本地參考時鐘來產(chǎn)生對 發(fā)射機側(cè)的音頻采樣率的估計源采樣率FsTxe，以驅(qū)動RX采樣計數(shù)器(325)對從凈荷解碼 器(320)輸出的采樣的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的接收機，其中，在由幀同步字的相關(guān)峰值確定的時刻 TrefRx，取得采樣計數(shù)器的快照RxScnt，其中，TrefRx與TreTx之間的時間差假定為恒定。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的接收機，其中，所述時間差或者通過設(shè)計得知，或者在創(chuàng)建 音頻流的信道時通過測量路徑延遲來確定，所述時間差表示為分?jǐn)?shù)音頻采樣計數(shù)，由以下 等式給出DeltaTref = FsTx氺(TrefRx-Trx)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的接收機，其中，音頻延遲表示為音頻采樣的(分?jǐn)?shù))數(shù)目， 由以下等式給出Latency = TxScnt+Delta Tref-RxScnt其中，估計音頻采樣率FsTxe被調(diào)整為使得根據(jù)該音頻延遲等式計算的延遲變?yōu)榈扔?該特定信道的目標(biāo)延遲TargetLatency。
全文摘要
一種通信系統(tǒng)的延遲控制機制，提供了音頻源與一個或多個終端節(jié)點目的地之間已知恒定的端到端延遲，即使使用不同路徑到達(dá)終端節(jié)點。獲得端到端延遲的非常低的抖動時間，并且根據(jù)實現(xiàn)所施加的約束，使延遲在給定范圍內(nèi)可控。模塊RX DPLL和延遲控制單元(315)調(diào)整從RX緩沖器(305)的讀取時刻和位置，使得發(fā)射機時間戳單元(210)在源側(cè)(200)取得的時間戳與接收機時間戳單元(310)在接收機側(cè)(300)取得的時間戳之間的延遲恒定并等于給定值。
文檔編號H04L7/00GK102118243SQ20101062168
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者斯蒂芬·馬克·特內(nèi), 諾伯特·菲利普, 馬克·簡森斯 申請人:Nxp股份有限公司