基于发射机时间戳信息的用于同步通信的低抖动端到端延迟控制方案制造技术

一种通信系统的延迟控制机制，提供了音频源与一个或多个终端节点目的地之间已知恒定的端到端延迟，即使使用不同路径到达终端节点。获得端到端延迟的非常低的抖动时间，并且根据实现所施加的约束，使延迟在给定范围内可控。模块RX?DPLL和延迟控制单元(315)调整从RX缓冲器(305)的读取时刻和位置，使得发射机时间戳单元(210)在源侧(200)取得的时间戳与接收机时间戳单元(310)在接收机侧(300)取得的时间戳之间的延迟恒定并等于给定值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对部分由于可能引入延迟的不同路径或不同组件，由数据的不同到达 时间导致的抖动进行控制的方式。更具体的，本专利技术涉及针对同步数据流的延迟控制，以减 小在到达最终目的地之前需要通过多个中间节点的路径的应用中的抖动。
技术介绍
在无线应用中，尤其在无线音频应用中，对发射机输入处的音频信号与接收机输 出处的音频信号之间的延迟的管理对于避免声音失真而言十分重要。对于每个接收节点，输入处的音频信号与输出处的音频信号之间的延迟应当相 同。例如，在向两个独立接收机发送立体声信号时，其中一个接收机接收左侧音频，另一个 接收机接收右侧音频，当两个信号路径的延迟不同时，声音方向信息将明显失真。在例如无 线助听器应用中，对声源位置的精确指示是要考虑的重要参数。在上述示例中，左右音频信 号之间的时间延迟差典型地应当小于5至10us。传统上，延迟控制机制通常包括一系列缓冲器，用于根据典型网络延迟来存储特 定预定量的数据，使得在接收数据中存在延迟的情况下，提供给接收机的数据可以来自缓 冲器。如在Philips等人的WO 2005/013639中所公开的，利用恒定的端到端延迟，在扬声器的情况下，每个扬声器输出大致相同的采样。在两个扬声器之一输出具有可变延迟的 采样的情况下，虚拟声源位置或立体声图像不再稳定，因为对于每个扬声器产生的声音，声 音到达人耳的延迟造成了虚拟声源幻觉。上述WO公开提出，通过测量如输入时间测量之类 的项目，缓冲器填充量可以补偿端到端延迟。输入时间测量单元产生测量，延迟控制单元 通过基于缓冲器的填充管理和输入时间管理来控制数据速率转换，从而控制延迟。此外，读 取时刻测量组件被配置为测量读取时刻，并产生第一数据单元的读取时刻测量，在所述第 一数据单元中，延迟控制单元被配置为基于读取时刻测量来控制数据速率转换。此外，在医学植入的情况下，包括但不限于植入音频刺激设备，许多这种设备是通 过靠近头部安装的外部处理单元来驱动的，植入设备与外部设备之间的数据和音频通信是 通过无线链路，例如基于磁感应来建立的。电池容量和功率消耗都是重要的考虑因素，为了 保证充分长的电池寿命，这种设备的功耗需要非常低。其结果是有较低的传输范围，可能需 要多跳来到达给定设备。对于左侧设备和右侧设备，跳数可能不同，可能存在不同的延迟 值。图1示出了助听器应用的示例，其中植入设备IMl被配置在左耳，植入设备IM2被 配置在右耳。在标准使用情况下，左耳和右耳的助听器互相独立地工作。对于左耳，处理器PRl 从麦克风MICl捕捉声音，并将该音频流经由流al发送至植入设备IM1。类似地，右耳处理 器PR2从麦克风MIC2捕捉声音，并将该特定音频流经由流a2发送至植入设备IM2。在该独立模式下，音频流al应当具有与音频流a2相同的延迟。在增强使用模式中，将麦克风MICl和MIC2的信号组合以进行音频波束成形，以得 到更好的收听体验。在该模式下，需要附加流a3和a4，使得每个处理器可以组合两个麦克 风信号并将处理后的信号al和a2发送至相应植入设备。这些流潜在地经由不同物理层来 传输，例如针对al和a2使用磁感应，针对a3和a4使用RF。此外，对于该使用情况，处理后 的MICl和MIC2的信号以相同的延迟到达植入设备IMl和IM2。处理器PRl将以与MICl的信号相比特定的延迟来接收MIC2的信号，因为MIC2的 信号必须经由信道a4由PR2发送。因此，MICl的信号也必须被延迟，以与MIC2的信号对 齐。处理后的信号将经由al发送至IM1，这将引入附加延迟。类似地，处理器PR2以特定 延迟经由a3接收MICl的信号，PR2必须在将MIC2的信号与MICl的信号进行组合并经由 a2将处理后的信号发送至设备IM2之前延迟MIC2的信号。为了避免波束模式的失真，所有源和目的地设备之间的端到端延迟应当相同delay (IMLMIC1) = delay (IM1, MIC2) = delay (IM2, MIC1) = delay (IM2, MIC2)优选地，该端到端延迟是恒定而且可控的。此外还应当具有较低的时间抖动，否则 目的地侧的音频信号将明显失真。相应地，本领域需要一种延迟控制系统，可以用于获得音频源与一个或多个目的 地之间已知恒定的端到端延迟，即使使用不同路径到达终端节点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种延迟控制机制和方法，提供了端到端延迟的非常低的抖动时 间，并且根据实现所施加的约束，使延迟在给定范围内可控。除了无线应用之外，本专利技术还 适用于许多其他应用，并且可以用于必须以受控的端到端延迟来传输同步数据流的所有参与者。根据本专利技术的示例方面，利用良好定义的时间参考，将同步数据流组织为帧和/ 或超帧，所述时间参考是数据流所经过的路径上的所有设备都知道的。这些时间参考可以 例如由帧中的固定数据模式(如帧同步字)来定义。根据本专利技术的另一示例方面，如果经由不同无线或有线集群来传输数据流，则接 收机应当知道发射机/源侧的时间参考与接收机目的地侧的时间参考之间的时间关系(时 间偏移)。此外，根据本专利技术，当数据流进入源侧的发射机时，在本地发射机时间参考处取得 时间戳，该时间戳信息与同步数据流一起发送。根据本专利技术的另一示例方面，当数据离开目的地侧的接收机时，在本地接收机时 间参考处取得时间戳。与数据流一起接收的该时间戳信息与发射机时间戳相结合，以及接 收机与发射机时间参考之间的已知时间偏移，允许实现恒定端到端延迟控制机制。根据本专利技术，时间戳信息被表示为多个音频采样。时间戳信息包括整数部分，表 示目前接收的音频采样的数目；以及分数部分，表示音频采样中在取得时间戳时已经进入 发射机或离开接收机的部分。附图说明结合附图，通过以下详细描述，本专利技术的上述和其他方面、特征和优点将更加显而 易见，其中图1示意了包括两个音频刺激植入设备和两个外部耳后设备的无线助听器系统；图2是根据本专利技术示例实施例的具有延迟控制的无线音频系统的示意图；图3是根据本专利技术的超帧结构的示例；图4是根据本专利技术的两个64kbps音频信道的帧分配方案；以及图5A和5B示出了根据本专利技术的延迟控制机制产生的示例瞬时响应。具体实施例方式图2示意了根据本专利技术用于利用延迟控制机制的助听器系统的示例无线音频系 统。本领域技术人员应当理解并认识到，尽管在助听器系统的上下文中对本专利技术进行解释， 但是要求保护的专利技术不限于此，并且可以应用于音频以外的任何类型的数据。现在参照图2，假定该特定无线链路具有298kbps的信道比特率。但是该速率仅提 供用于示意目的。在本示例中，音频采样根据时分多址(TDMA)机制通过数据帧来发送。这 些数据帧具有一个或多个时隙的长度，并被组织为例如图3所示的超帧结构。对于图2所示的示例，假定应用于发射机的数字音频输入具有FsTx = 16kHz的采 样率和16比特的字长。为了实现频谱的高效使用，对数字音频流进行编码以获得4 1比 特率缩减。应当注意，这种编码是可选的。本专利技术的概念不依赖于用于对数据流进行编码 的方法。得到的数据流(速率=每音频信道64kbps)必须通过无线信道来发送。图4中示 出了针对图2的示例的典型帧和时隙分配方案。仍参照图2，在发射机侧200，使用高分辨率分数采样计数器来对本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有延迟控制的通信系统，所述延迟控制用于实现可控的端到端延迟并减小端到端延迟的时间抖动，所述系统包括：发射机（２００），包括：发送控制单元（２０５），用于产生时间参考ＴｒｅｆＴｘ和相关的时间同步符号，所述发送控制单元在所述时间参考处取得发送采样计数器的快照ＴｘＳｃｎｔ；发送时间戳单元（２１０），基于值ＴｘＳｃｎｔ来产生发送时间戳信息；发送单元（２０１），用于发送时间参考符号、表示输入数据采样的净荷数据以及相关时间戳信息；以及接收机（３００）包括：时间同步单元（３０３），用于检测所发送的时间参考符号，产生时间参考ＴｒｅｆＲｘ，并向时间戳单元提供时间参考ＴｒｅｆＲｘ，其中ＴｒｅｆＲｘ相对于ＴｒｅｆＴｘ具有固定且已知的时间关系；延迟控制模块（３１５），基于所接收的发射机时间戳、时间戳单元产生的接收机时间戳以及发射机时间戳与接收机时间戳之间的目标延迟，来产生对发射机输入处的数据采样率ＦｓＴｘ的估计ＦｓＴｘｅ。

【技术特征摘要】
2009.12.30 US 12/649,4931.一种具有延迟控制的通信系统，所述延迟控制用于实现可控的端到端延迟并减小端 到端延迟的时间抖动，所述系统包括发射机000)，包括发送控制单元O05)，用于产生时间参考TrefTx和相关的时间同步符号，所述发送控 制单元在所述时间参考处取得发送采样计数器的快照T^cnt ；发送时间戳单元O10)，基于值Tdcnt来产生发送时间戳信息； 发送单元O01)，用于发送时间参考符号、表示输入数据采样的净荷数据以及相关时间 戳信息；以及接收机(300)包括时间同步单元(303)，用于检测所发送的时间参考符号，产生时间参考TrefRx，并向时 间戳单元提供时间参考TrefRx，其中TrefRx相对于TrefTx具有固定且已知的时间关系； 延迟控制模块(315)，基于所接收的发射机时间戳、时间戳单元产生的接收机时间戳 以及发射机时间戳与接收机时间戳之间的目标延迟，来产生对发射机输入处的数据采样率 FsTx 的估计 FsTxe。2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述发射机还包括 数据采样计数器025)，用于对输入数据采样进行计数；净荷编码器020)，用于将输入数据采样编码为净荷数据； 写入控制单元0 )，用于控制净荷数据的存储； 发送缓冲器022)，用于存储要发送的净荷数据；以及 其中，所述接收机还包括接收单元(301)，用于从发送单元接收时间参考符号、净荷数据和相关的时间戳信息； 时间同步单元(303)，用于检测所发送的时间参考符号，产生时间参考TrefRx，并向时 间戳单元提供时间参考TrefRx，其中TrefRx相对于TrefTx具有固定且已知的时间关系； 接收缓冲器(305)，用于存储接收的净荷数据；分数采样计数器(32 ，基于输入数据速率FsTx的估计采样率FsTxe来对提供给接收 机输出的数据采样的数目进行计数；时间戳单元(310)，通过取得采样计数器在时刻TrefRx的快照Rdcnt并将该时间戳信 息提供给延迟控制模块，来产生接收机时间戳；读取控制单元(3M)，用于控制净荷数据从接收缓冲器至净荷解码器的传送，并以采样 计数器所确定的速率将净荷解码器的输出传送至接收机输出；以及净荷解码器(320)，用于将来自接收缓冲器的净荷数据转换至在发射机的输入处提供 的数据采样的表示；其中，模块RX DPLL和延迟控制单元(31 调整从RX缓冲器的读取时刻和位置，使得 发射机时间戳单元在源侧取得的时间戳与接收机时间戳单元在接收机侧取得的时间戳之 间的延迟恒定并等于给定值。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述数据采样包括音频数据采样，当净荷编码 器(220)将两个音频采样布置在一个字节中时，Asidx以采样率的一半速率增大，时间戳 Tdcnt根据以下等式分为不同部分TxScnt = 2*(Asidx+Nab)+Time0fTset+Nenc。4.根据权利要求3所述的系统，其中，时间戳信息包括整数部分，表示目前接收的音 频采样的数目；以及分数部分，表示音频采样中在取得时间戳时已经进入发射机或离开接 收机的部分。5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述数据帧包括超帧，所述超帧的起始由信标帧指示，第一信道是信标信道，第一音频信道al被分配给第二信道，音频信道a2被分配给第6.根据权利要求5所述的系统，其中，超帧是经由时分多址TDMA来传输的，要在所分配 的时隙中传输的音频采样的数目可选地是可变的。7.根据权利要求3所述的系统，其中，采样计数器(22 对串行音频接口的比特时钟进 行计数。8.一种用于延迟控制系统的接收机(300)，包括接收单元(301)，用于从发送单元接收时间参考符号、净荷数据和相关的时间戳信息； 时间同步单元(303)，用于检测所发送的时间参考符号，产生时间参考TrefRx，并向时 间戳单元(310)提供时间参考TrefRx，其中TrefRx相对于TrefTx具有固定且已知的时间 关系；接收缓冲器(305)，用于存储接收的净荷数据；延迟控制模块(315)，基于所接收的发射机时间戳、时间戳单元(310)产生的接收机时 间戳以及发射机时间戳与接收机时间戳之间的目标延迟，来产生对发射机输入处的数据采 样率FsTx的估计FsTxe ；分数采样计数器(32 ，基于输入数据速率FsTx的估计采样率FsTxe来对提供给接收 机输出的数据采样的数目进行计数；时间戳单元(310)，通过取得采样计数器(32 在时刻TrefRx的快照Rxknt并将该时 间戳信息提供给延迟控制模块(315)，来产生接收机时间戳；读取控制单元(3M)，用于控制净荷数据从接收缓冲器(30 至净荷解码器(320)的 传送，并以采样计数器(32 所确定的速率将净荷解码器(320)的输出传送至接收机输出； 以及净荷解码器(320)，用于将来自接收缓冲器(305)的净荷数据转换至在发射机的输入 处提供的数据采样的表示；其中，模块RX DPLL和延迟控制(31 调整从RX缓冲器(305)的读取时刻和位置，使 得发射机时间戳单元在源侧(200)取得的时间戳与接收机时间戳单元(310)在接收机侧 (300)取得的时间戳之间的延迟恒定并等于给定值。9.根据权利要求8所述的接收机，还包括在由应用施加在接收机侧(300)的音频输 出采样率的情况下，布置在净荷解码器(320)与数字音频输出之间的采样率转换器(330)。10.根据权利要求8所述的接收机，其中，要发送的第一字节的采样索引Asidx和要 发送的字节数目(Nab)的发送(TX)控制参数用于将接收的音频数据字节写入RX缓冲器 (305)中与其在发送TX缓冲器022)中的位置同步的位置处。11.根据权利要求10所述的接收机，其中，Asidx、Nab、TimeOffset和N已编码的延迟 Nenc用于通过以下等式来计算在发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：诺伯特·菲利普，马克·简森斯，斯蒂芬·马克·特内，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL