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时钟偏移补偿方法及相关系统

阅读：718发布：2021-02-23

IPRDB可以提供时钟偏移补偿方法及相关系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及时钟偏移补偿方法及相关系统。一种设备包括收发器，在操作中，收发器在由确定的连接间隔分开的连接事件期间通过无线通信链路与远程设备交换数据分组。该设备包括数据处理电路，在操作中数据处理电路测量与远程设备相关联的至少两个连续连接事件之间的持续时间的指示，并且基于所测量的持续时间的指示和确定的连接间隔来调整比特速率。，下面是时钟偏移补偿方法及相关系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种方法，包括：

由发射设备，以采集频率从音频数据源采集音频数据；

由所述发射设备并且以第一比特速率，从所采集的音频数据生成音频数据信号；

在由确定的连接间隔分开的连接事件期间，通过无线通信链路并且由所述发射设备，以分组群组发射包括所述音频数据信号的数据分组；

经由所述无线通信链路并且由接收设备，接收所发射的分组群组；

由所述接收设备并且以第二比特速率，基于所接收的分组群组生成音频回放信号；

由所述发射设备和所述接收设备中的至少一个，测量至少两个连续的连接事件之间的持续时间的指示；以及基于所测量的所述持续时间的指示，调整发射比特速率和所述第二比特速率中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射包括：根据低功耗蓝牙(BLE)通信协议来进行音频数据流式传输。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射设备由第一时钟进行钟控，并且所述接收设备由第二时钟进行钟控。

4.根据权利要求3所述的方法，其中调整所述发射比特速率和所述第二比特速率中的至少一个包括：调整所述第一时钟和所述第二时钟中的至少一个的时钟速率。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述发射设备包括采集时钟，并且调整所述发射比特速率和所述第二比特速率中的至少一个包括调整所述采集时钟的时钟速率。

6.根据权利要求5所述的方法，其中测量所述持续时间的指示是由所述发射设备使用所述采集时钟来执行的。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述接收设备包括回放时钟，并且调整所述发射比特速率和所述第二比特速率中的至少一个包括：调整所述回放时钟的时钟速率。

8.根据权利要求7所述的方法，其中测量所述持续时间的指示是由所述接收设备使用所述回放时钟来执行的。

9.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述发射比特速率和所述第二比特速率中的至少一个包括：重新采样或丢弃数据分组。

10.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述发射比特速率和所述第二比特速率中的至少一个包括：确定所测量的所述持续时间的指示与阈值持续时间之间的差，并且基于所确定的差生成补偿信号。

11.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述音频数据信号包括将所采集的音频数据编码成所述数据分组，并且生成所述音频回放信号包括对所接收的数据分组进行解码。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收设备是多个接收设备中的一个接收设备，并且所述方法包括：由所述发射设备，在相应的连接事件期间，向所述多个接收设备发射数据分组，与所述多个接收设备中的接收设备相关联的所述连接事件由所述确定的连接间隔分开；

由所述发射设备，测量与所述多个接收设备相关联的相应相位延迟；

由所述发射设备并且通过专用信道，向所述多个接收设备发射所述相应相位延迟的指示；以及由所述多个接收设备中的每个接收设备，基于所述相应相位延迟的指示，对齐相应接收设备的所述音频回放信号的相位。

13.一种设备，包括：

收发器，在操作中，所述收发器在由确定的连接间隔分开的连接事件期间，通过无线通信链路与远程设备交换数据分组；以及数据处理电路，在操作中，所述数据处理电路

测量与所述远程设备相关联的至少两个连续的连接事件之间的持续时间的指示；以及基于所测量的所述持续时间的指示和所述确定的连接间隔来调整比特速率。

14.根据权利要求13所述的设备，其中交换数据分组包括：根据低功耗蓝牙(BLE)通信协议来进行音频数据流式传输。

15.根据权利要求13所述的设备，包括：

系统时钟，其中调整所述比特速率包括调整所述系统时钟的时钟速率。

16.根据权利要求13所述的设备，包括：

系统时钟；以及

数据采集时钟，其中调整比特速率包括调整所述数据采集时钟的时钟速率。

17.根据权利要求16所述的设备，其中测量所述持续时间的指示是使用所述数据采集时钟来执行的。

18.根据权利要求13所述的设备，包括：

系统时钟；以及

解码器时钟，其中调整所述比特速率包括调整所述解码器时钟的时钟速率。

19.根据权利要求18所述的设备，其中测量所述持续时间的指示是使用所述解码器时钟来执行的。

20.根据权利要求13所述的设备，其中调整所述比特速率包括：重新采样或丢弃数据分组。

21.根据权利要求13所述的设备，其中调整所述比特速率包括：确定所测量的所述持续时间的指示与阈值持续时间之间的差，并且基于所确定的差生成补偿信号。

22.根据权利要求13所述的设备，包括以下中的至少一个：编码器，在操作中，所述编码器将音频数据编码成数据分组；以及解码器，在操作中，所述解码器将数据分组解码成音频数据。

23.根据权利要求13所述的设备，其中，

在操作中，所述收发器在相应的连接事件期间，向多个远程设备发射数据分组，与所述多个远程设备中的远程设备相关联的所述连接事件由所述确定的连接间隔分开；

在操作中，所述数据处理电路测量与多个接收设备的所述连接事件相关联的相应相位延迟；并且在操作中，所述收发器向所述多个远程设备中的每个远程设备发射所述相应相位延迟的指示。

24.根据权利要求13所述的设备，其中

在操作中，所述收发器接收与连接事件相关联的相位延迟的指示；并且在操作中，所述数据处理电路基于所接收的与所述连接事件相关联的所述相位延迟的指示，来调整与在所述连接事件期间接收的数据分组相关联的回放相位。

25.一种系统，包括：

收发器，在操作中，所述收发器在由确定的连接间隔分开的连接事件期间，通过无线通信链路与远程设备交换数据分组；

测量电路，在操作中，所述测量电路测量与所述远程设备相关联的至少两个连续的连接事件之间的持续时间的指示；

音频信号处理电路；以及

控制电路，在操作中，所述控制电路基于所测量的所述持续时间的指示和所述确定的连接间隔来调整所述音频信号处理电路的比特速率。

26.根据权利要求25所述的系统，包括：

集成电路，所述集成电路包括所述测量电路、所述音频信号处理电路和所述控制电路中的至少一个以及所述收发器。

27.根据权利要求25所述的系统，包括：

系统时钟；以及

音频信号处理时钟，其中在操作中，控制电路通过调整所述音频信号处理时钟的时钟速率来调整所述音频信号处理电路的所述比特速率，并且在操作中，所述测量电路基于所述音频信号处理时钟的时钟信号来测量所述持续时间的指示。

说明书全文

时钟偏移补偿方法及相关系统

技术领域

[0001] 本公开涉及音频数据流式传输期间的时钟偏移补偿。

背景技术

[0002] 在分布式音频应用中，发送器和接收器硬件可能不同步，并且因此可能具有不同的时钟：因为时钟以稍微不同的速率计数，所以不同步的时钟在一些时间之后将有所不同。两个自由运行时钟的频率差通常被称为时钟偏移。这种频率差会随时间累积并引起不一致：考虑仅由两个节点(发送器节点和接收器节点)构成的系统，取决于两个时钟中的哪一个更快，发送器节点将产生比接收器所预期消耗的更多或更少的数据。在所考虑的场景中，数据由发送器节点以写频率fwrite发送、被存储在接收器节点中的临时缓冲区中、然后以读频率fread被消耗。

[0003] 可能出现两种不同的情况：

[0004] -如果读频率fread小于写频率fwrite，则接收器节点的缓冲区达到其上限，导致缓冲区溢出；

[0005] -如果读频率fread大于写频率fwrite，则接收器节点的缓冲区达到其下限，导致缓冲区欠载。

[0006] 在这两种情况下，音频信号可能没有被正确再现，并且可能在音频流中引入可听的伪像。

[0007] 补偿这种效应的基本方法是接收器插入或移除帧，以避免缓冲区欠载或溢出状况：单个帧被简单地丢弃或重复，以便将缓冲区保持在期望值处。

[0008] 其他解决方案基于更复杂的方法，在不引起强烈的不连续的情况下，试图复制或丢弃数据分组。类似的方法是简单地监测缓冲区队列长度并改变回放速度，以便保持队列接近于限定的值。如果队列太短，则回放速度会变慢，以从接收器缓冲区中去除更少的样本。如果队列太长，则回放必须加速，以从缓冲区中获得更多的样本。

[0009] 在文献中还存在更复杂的解决方案来解决时钟偏移：一个想法是尝试估计发送器与接收器时钟之间的时钟差，并且因此校正流式传输以补偿时钟差。为了估计时钟偏差，一些解决方案依赖于加时间戳的网络分组：每个音频分组被标记有包含发送器本地时间的发送器时间戳，而接收器在每个分组到达时获得其时间戳。这两个测量之间的差别用于计算时钟偏移，因此计算发送器与接收器之间的采样率之差。然后将所估计的时钟偏移用作针对采样率转换器的转换速率，采样率转换器从流缓冲区获取其输入并向音频硬件发送其输出。采样率转换器将防止缓冲区上溢和下溢，并且采样率转换器从缓冲区中读取的帧数将等于通过网络接收的帧数。只要采样率变化足够低，由采样率转换产生的音高(pitch)变化就将不是可听的，并且利用使用了足够好的算法的采样率转换器，将不会存在可听的混叠。

发明内容

[0010] 在一个实施例中，在发送器设备与至少一个远程接收器设备之间的音频数据流式传输期间执行时钟偏移补偿的方法，根据低功耗蓝牙(BLE)通信协议来执行上述音频数据流式传输，上述音频数据流式传输包括：在发送器设备与以远程时钟操作的至少一个远程接收器设备之间交换上述数据分组，上述数据分组在由确定的连接间隔分开的连接事件期间以分组群组通过上述无线链路而被交换，上述发送器设备和至少一个远程接收器设备由相应的系统时钟进行钟控，上述方法包括：在上述发送器设备处以采集频率从音频数据源采集音频数据；以第一供应频率或比特速率向上述发送器设备中的收发器模块供应上述所采集的数据；以及通过无线链路以数据分组发射上述采集的数据，方法包括：在上述一个远程接收器设备处，以数据分组接收上述采集的数据；以第二供应频率向回放设备供应上述接收的音频数据。

[0011] 在一个实施例中，方法包括：在发送器设备和/或接收器设备处获得相应的时钟校正；利用相应系统时钟来测量作为至少在两个连续的连接事件之间的时间差的上述连接间隔；基于上述相应的时钟校正，校正上述第一供应频率和/或上述第二供应频率或比特速率。

[0012] 在一个实施例中，方法包括：以第一供应频率或比特速率向上述发送器设备中的收发器模块供应上述采集的数据；并且通过无线链路以数据分组发射上述采集的数据包括：对上述音频数据进行编码、将所获得的经编码的数据传递给上述发送器设备中的收发器模块；并且在上述一个远程接收器设备处以数据分组接收上述经编码的数据包括：将如此接收的经编码的数据解码成所接收的音频数据、以第二供应频率向回放设备供应上述所接收的音频数据。

[0013] 在一个实施例中，方法包括：基于上述相应的校正时钟信号来校正上述第一供应频率和/或第二供应频率包括分别设置上述采集频率和等于上述校正时钟信号的上述回放频率，其中相应的系统频率独立于供应频率。

[0014] 在一个实施例中，方法包括：基于上述相应的校正时钟信号来校正上述第一供应频率和/或第二供应频率包括分别将上述采集频率和上述回放频率设置为等于上述校正时钟信号的频率。

[0015] 在一个实施例中，方法包括：基于上述相应的校正时钟信号来校正上述第一供应频率和/或第二供应频率或比特速率包括分别将上述采集频率和上述回放频率设置为等于上述校正时钟信号的频率。

[0016] 在一个实施例中，方法包括：利用相应系统时钟来测量作为至少两个连续的连接事件之间的时间差的上述连接间隔包括利用采集频率进行测量。

[0017] 在一个实施例中，方法包括：利用相应系统时钟来测量作为至少两个连续的连接事件之间的时间差的上述连接间隔包括测量经重新采样的供应频率。

[0018] 在一个实施例中，方法包括存在多个远程设备。

[0019] 在一个实施例中，方法包括：给出在相同的连接间隔内从不同的远程设备在本地设备处接收的音频分组，测量每个远程设备的分组相对于另一远程设备的分组的相位延迟，从本地设备在专用信道上向所有远程设备传达其相应的相位延迟，在每个远程节点处基于所传达的相应的相位延迟来执行相位的对齐。

[0020] 在一个实施例中，方法包括：将通过利用相应系统时钟测量上述连接间隔而获得的上述相应的时钟校正作为控制回路中的反馈信号供应，以与连接间隔的参考值进行比较来获得待由控制回路校正的连接间隔误差。

[0021] 在一个实施例中，上述音频数据流式传输是根据低功耗蓝牙通信协议来执行的。

[0022] 本公开还涉及用于在本地发送器设备与至少一个远程接收器设备之间执行音频数据流式传输、用于根据本文所公开的一个或多个方法执行时钟偏移补偿方法的系统，上述发送器设备连接到音频数据源，并且上述接收器设备连接到回放设备。

[0023] 在一个实施例中，系统包括：包括控制模块的上述发送器和/或接收器，控制模块被配置为通过利用相应的系统时钟进行测量来获得上述相应的时钟校正并使用上述连接间隔作为控制回路中的反馈信号，并且将上述时钟校正与连接间隔的参考值进行比较来获得待由控制回路校正的连接间隔误差。

[0024] 在一个实施例中，方法包括：由发射设备，以采集频率从音频数据源采集音频数据；由发射设备并且以第一比特速率，从所采集的音频数据生成音频数据信号；在由确定的连接间隔分开的连接事件期间，通过无线通信链路并且由发射设备，以分组群组发射包括音频数据信号的数据分组；经由无线通信链路并且由接收设备，接收所发射的分组群组；由接收设备并且以第二比特速率，基于所接收的分组群组生成音频回放信号；由发射设备和接收设备中的至少一个测量至少两个连续的连接事件之间的持续时间的指示；以及基于所测量的持续时间指示来调整发射比特速率和第二比特速率中的至少一个。在一个实施例中，发射包括根据低功耗蓝牙(BLE)通信协议进行音频数据流式传输。在一个实施例中，发射设备由第一时钟进行钟控并且接收设备由第二时钟进行钟控。在一个实施例中，调整发射比特速率和第二比特速率中的至少一个包括：调整第一时钟和第二时钟中的至少一个的时钟速率。在一个实施例中，发射设备包括采集时钟，并且调整发射比特速率和第二比特速率中的至少一个包括调整采集时钟的时钟速率。在一个实施例中，测量持续时间的指示时由发射设备使用采集时钟来执行的。在一个实施例中，接收设备包括回放时钟，并且调整发射比特速率和第二比特速率中的至少一个包括调整回放时钟的时钟速率。在一个实施例中，测量持续时间的指示是由接收设备使用回放时钟来执行的。在一个实施例中，调整发射比特速率和第二比特速率中的至少一个包括重新采样或丢弃数据分组。在一个实施例中，调整发射比特速率和第二比特速率中的至少一个包括：确定所测量的持续时间指示与阈值持续时间之间的差，并且基于所确定的差生成补偿信号。在一个实施例中，生成音频数据信号包括将所采集的音频数据编码成数据分组，并且生成音频回放信号包括对所接收的数据分组进行解码。在一个实施例中，接收设备是多个接收设备中的一个，并且方法包括：由发射设备，在相应的连接事件期间向多个接收设备发射数据分组，与多个接收设备中的接收设备相关联的连接事件由确定的连接间隔分开；由发射设备测量与多个接收设备相关联的相应相位延迟；由发射设备并且通过专用信道，向多个接收设备发射相应相位延迟的指示；以及由多个接收设备中的每一个基于相应相位延迟的指示，来对齐相应接收设备的音频回放信号的相位。

[0025] 在一个实施例中，设备包括：收发器，在操作中，收发器在由确定的连接间隔分开的连接事件期间，通过无线通信链路与远程设备交换数据分组；以及数据处理电路，在操作中，数据处理电路测量与远程设备相关联的至少两个连续的连接事件之间的持续时间的指示，并且基于所测量的持续时间指示和确定的连接间隔来调整比特速率。在一个实施例中，交换数据分组包括根据低功耗蓝牙(BLE)通信协议进行音频数据流式传输。在一个实施例中，设备包括：系统时钟，其中调整比特速率包括调整系统时钟的时钟速率。在一个实施例中，设备包括：系统时钟以及数据采集时钟，其中调整比特速率包括调整数据采集时钟的时钟速率。在一个实施例中，其中测量持续时间的指示是使用数据采集时钟来执行的。在一个实施例中，设备包括：系统时钟以及解码器时钟，其中调整比特速率包括调整解码器时钟的时钟速率。在一个实施例中，测量持续时间的指示是使用解码器时钟来执行的。在一个实施例中，调整比特速率包括重新采样或丢弃数据分组。在一个实施例中，调整比特速率包括：确定所测量的持续时间指示与阈值持续时间之间的差，并且基于所确定的差生成补偿信号。在一个实施例中，设备包括以下中的至少一个：编码器，在操作中编码器将音频数据编码成数据分组；以及解码器，在操作中解码器将数据分组解码成音频数据。在一个实施例中，在操作中，收发器在相应的连接事件期间，向多个远程设备发射数据分组，与多个远程设备中的远程设备相关联的连接事件由确定的连接间隔分开；在操作中，数据处理电路测量与多个接收设备的连接事件相关联的相应相位延迟；并且在操作中，收发器向多个远程设备中的每一个发射相应相位延迟的指示。在一个实施例中，在操作中，收发器接收与连接事件相关联的相位延迟的指示；并且在操作中，数据处理电路基于与连接事件相关联的相位延迟的所接收的指示，来调整与在连接事件期间接收的数据分组相关联的回放相位。

[0026] 在一个实施例中，系统包括：收发器，在操作中，收发器在由确定的连接间隔分开的连接事件期间，通过无线通信链路与远程设备交换数据分组；测量电路，在操作中，测量电路测量与远程设备相关联的至少两个连续的连接事件之间的持续时间的指示；音频信号处理电路；以及控制电路，在操作中，控制电路基于所测量的持续时间指示和确定的连接间隔来调整音频信号处理电路的比特速率。在一个实施例中，系统包括：集成电路，集成电路包括测量电路、音频信号处理电路和控制电路中的至少一个以及收发器。在一个实施例中，系统包括：系统时钟；以及音频信号处理时钟，其中在操作中控制电路通过调整音频信号处理时钟的时钟速率来调整音频信号处理电路的比特速率；并且在操作中测量电路基于音频信号处理时钟的时钟信号来测量持续时间的指示。

附图说明

[0027] 现在将参考附图来描述本公开的实施例，附图纯粹作为非限制性示例而提供，并且在附图中：

[0028] 图1示出了低功耗蓝牙(BLE)系统架构的一个实施例；

[0029] 图2示出了一个实施例的示例分组交换的时序图；

[0030] 图3示出时钟偏移补偿方法的第一实施例；

[0031] 图4示出时钟偏移补偿方法的第二实施例；

[0032] 图5示出时钟偏移补偿方法的第三实施例；

[0033] 图6示出了用于实现时钟偏移补偿方法的电路的一个实施例；以及

[0034] 图7示出了时钟偏移补偿方法的一个实施例的多节点实现方式的一个实施例。

具体实施方式

[0035] 在以下描述中，给出了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、部件、材料等来实践实施例。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊实施例的方面。

[0036] 贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。

[0037] 本文所提供的标题仅是为了便利性，并不说明实施例的范围或含义。

[0038] 低功耗蓝牙(BLE)是一种旨在使低数据率无线通信中的功耗最小化的新兴技术。

[0039] 在图1中示出了BLE架构的框图，其中可以例如由麦克风或由多个麦克风来实施的、或者也可以是在发送器侧一些类型的存储器设备(闪存、USB存储棒等)上存储的音频信号的音频源20向作为主设备或服务器设备操作的发送器设备11发送音频输入信号AI(例如，以1MHz的1比特脉冲密度调制信号)，发送器设备11包括音频处理模块或电路11a，音频处理模块或电路11a以例如16KHz的采集频率CKA采集音频输入信号AI并对其进行处理以例如执行音频增强操作或波束形成操作，并且产生经预处理的音频信号APP。

[0040] 音频处理模块11a可以是将音频信号AI转换到表示经预处理的音频信号APP的以16kHz的16比特脉冲编码调制(PCM)采样中的脉冲密度调制(PDM)滤波器。当然，PCM音频可以是8比特或24比特采样，同时采样可以使用不同的频率。

[0041] 这样的经预处理的音频信号APP被馈送到音频编码器模块或电路11b，音频编码器模块或电路11b输出经编码的音频信号AE，经编码的音频信号AE例如是根据ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)、SBC(低复杂度子带编码)、Opus或其他合适的音频编码协议而编码的。使用编码和压缩来获得经编码的音频信号AE，以便遵守BLE链路的可用带宽限制。当然，在一些情况下，可能不一定要执行音频编码步骤。在所图示的示例中，经预处理的音频信号APP被压缩在以16千采样/秒的频率的4比特ADPCM采样中，这对应于发送器供应比特速率CKW。模块11a、11b实质上一起表示发送器系统11d，其也可以被认为是主机设备。经编码的音频信号AE然后作为音频数据分组DP由BLE网络模块或电路11c通过BLE无线链路13被发送给接收器设备12，BLE网络模块或电路11c实质上是根据BLE协议操作的收发器，实质上对应于无线主机控制器，接收器设备12充当从设备或客户端。当然，在从接收器到发送器的另一方向上也可以应用同样的方法。BLE网络模块11c以64kbps的供应比特速率CKW接收信号APP中的采样，并且以64.3Kbps的比特速率发射数据分组DP，因为其包括另外的300bps的同步信息。因此，BLE网络模块11c被供应有以第一供应比特速率CKW的经编码的音频信号，并且音频信号通过链路13以这样的比特速率CKW被发送，第一供应比特速率CKW是如下的频率，由在信号链中处于BLE网络模块11c上游的发送器系统11d中的发射缓冲区优选地以该频率获取采样。

[0042] 这样的接收器12利用相应的接收器系统时钟CKR操作，并且包括BLE接收器电路12a来接收数据分组DP，并向音频解码器电路12b输出经压缩的音频信号AC，音频解码器电路12b根据需要执行经压缩的音频信号AC的解码，并且以第二供应频率CKP将经重建的音频信号AR(例如，经解码的数据)提供给诸如扬声器电路30的回放设备。

[0043] 参考图2，在BLE标准中使用了连接事件CE和连接间隔CI的概念。一旦在BLE模块之间建立了连接，这就应用在连接模式中。

[0044] 连接事件CE是在返回到无线电空闲状态RI以节省功率之前，在限定的时间在从设备12与主设备11之间以特定的数据分组进行的数据交换序列。

[0045] 如图2所示，在图2中在作为时间t的函数的时间图上，示出了在表示本地节点或主节点的发送器设备11与表示远程节点或从节点的接收器12上交换的分组，在每个节点处以黑色示出所发射的数据分组DP并且以白色示出所接收的数据分组DP。数据分组DP可以包含音频数据。当然，BLE标准也可以发送与音频数据分组不同的其他类型的数据分组。其中EX指示如下的交换：数据分组DP从主节点11发射并在从节点12处接收或者自从节点12发射并在主节点11处接收。如所提到的连续数据交换EX的每个集合被称为具有给定时间长度的连接事件CE。

[0046] 当处于活跃连接时，BLE标准的规范定义了两个连续的连接事件CE之间的连接间隔CI，连接事件CE包括连续数据交换EX的集合，随后是用于节省功率的无线电空闲状态RI。例如，这样的连接间隔CI可以被设置为7.5ms与4s之间的值。因此，BLE链路中的数据仅在对应于连接事件CE时在两个节点之间交换。连接事件CE的长度取决于必须发送的数据量。然而，即使没有待发送的用户数据，也会确保空分组的交换。因此，无论连接事件CE中是否存在用户数据，连接间隔CI都是在连接事件CE之间出现的时间间隔。

[0047] 因此，数据分组DP以与由所确定的连接间隔CI分开的连接事件CE相对应的分组群组通过无线链路13进行交换。

[0048] 当主节点11连接到从节点12时，连接事件CE在每个连接间隔CI处在BLE链路层上进行连续交换。

[0049] 考虑通过10ms的连接间隔CI连接的两个节点，即使由于某种原因没有音频数据通过BLE链路13被发送，例如音频记录还未被启动，连接事件CE分组也由BLE链路层每10ms发送一次。

[0050] 作为无线通信应用，在根据BLE标准的发射之上的音频流式传输也受到时钟偏移现象的影响。如所提到的，按照蓝牙规范，BLE通信基于连接间隔CI，连接间隔CI是两个连续连接事件之间的差。数据仅在连接事件CE处被交换。考虑图1的情况，其中主节点11通过BLE链路向从节点12发送经压缩的音频数据，取决于音频采样频率和压缩算法，已知数目的经压缩的音频帧理论上可以在连接间隔CI中从主节点被发送。

[0051] 刚刚描述的架构总体上与具有发送器设备11和至少一个远程接收器设备12相对应，因为发送器设备可以是麦克风、或智能手机、或其他终端，而接收器设备可以是多个设备(例如，可以具有左和右扬声器30)，其中音频数据流式传输，特别是根据BLE协议的音频数据流式传输包括：在发送设备11和远程接收设备12之间交换数据分组DP；数据分组DP以分组群组通过无线链路13进行交换；连接事件CE由所确定的连接间隔CI分开，发送器设备11和远程接收器设备12由相应的系统时钟CKS、CKR进行钟控。然后提供了，例如在模块11a处、在发送器设备12处以采集频率CKA从麦克风20采集音频数据AI；例如在模块11b中，对音频数据AI进行编码；以第一供应频率CKW向由发送器设备11中的BLE网络模块11c表示的收发器模块传递所获得的经编码的数据AE；以及通过无线链路13以数据分组DP发射经编码的数据AE，并且还提供了：在远程接收器设备12处，在由BLE网络模块12a表示的收发器模块中接收数据分组DP中的经编码的数据AE；尤其是在模块12b中，将如此接收的经编码的数据AC解码成所接收的音频数据AR；以第二供应频率CKP向回放设备30供应所接收的音频数据AR。

[0052] 在其中发送器(主节点)的时钟CKS以及接收器(从节点)的时钟CKR同步的理想条件下，时钟偏移为零；在任何连接事件CE处，给定数目的分组被编码，并以供应频率CKW被传递、由主节点11发射、并在从节点12处被解码和消耗。在实际情况中，如上所述，时钟偏移影响数据的流式传输，使得接收器从节点12处理缓冲区溢出或欠载情况。这可能导致所重现音频中的伪像。

[0053] 为了处理这种情况，较简单的方法是增加接收器节点中接收音频缓冲区的尺寸，更大的缓冲区意味着不太频繁的溢出或欠载情况，但也意味着增加了整体音频延时，这在诸如全双工语音通信之类的特定使用情况下是不好容忍的。

[0054] 在以下的图3至图7中，除非上下文另有指示，否则已参照图1和图2描述的部分、元件或部件由先前在这些图中使用的相同参考标记来表示。为了不使本详细描述过多，以下将不再重复对这种先前描述的元件的描述。

[0055] 如前所述，本公开涉及时钟偏移补偿方法。一个实施例利用如下的知识，即连接间隔表示在本地发送器节点或设备与远程接收器节点之间的共同的共享时钟，并因此利用由例如在BLE连接中涉及的两个节点定期交换的连接事件分组，以提取共同的频率信号并使用它来调谐两个节点的时钟，以便减少时钟偏移，并因此有助于减少特别是根据BLE协议的音频流式传输中音频发射的延时。

[0056] 在一个实施例中，两个无线设备共享虚拟时钟信号并且支持以具有减少的时钟偏移(例如，等于零)的同步频率运行，两个无线设备中，一个表示本地节点，例如主设备或服务器或发送器节点，并且一个表示远程节点，例如从设备或客户端或接收器节点。

[0057] 参考图3，考虑如下的一般性BLE节点设备或电路11，下面提出了三种不同的方法，该一般BLE节点设备或电路11由可以包括图1的模块或电路11a-11b的音频采集模块或电路11d、以及作为主机控制器执行的BLE发射模块或电路11c组成。对于所有这三种方法，如所图示的：

[0058] –用CKS指示发送器系统11d的系统时钟频率，例如系统的频率；

[0059] –用CKA指示由对应的音频采集子系统进行的音频采集的时钟频率，音频采集子系统例如由图1的模块11a实施；

[0060] –用CKE指示从连接事件CE分组中提取、具体地从连接间隔CI中提取的时钟频率。这是由BLE连接中涉及的两个设备共享的共同时钟。

[0061] 在图3中示出了实现本文所描述的时钟偏移补偿方法的第一实施例的发送器节点11，其中连接间隔CI用于修剪音频采集频率CKA。

[0062] 如图3所示，从BLE网络模块或电路11c供应所提取的时钟频率CKE，时钟频率CKE由在BLE网络模块11c处接收的数据分组DP的连接间隔CI提取，连接间隔CI例如两个连续连接事件CE分组之间的时间差。这样的经提取的时钟频率被馈送到控制模块或电路50，控制模块或电路50输出与所提取的时钟频率CKE同步的音频采集频率CKA。该音频采集频率CKA对采集过程的操作进行钟控，以便生成等于接收器节点12在给定时间帧中将预期的数目的经采集的帧。然后，尽管模块或电路11b在图3中未示出，但是如参考图1所描述的，本地主机11d输出经编码的音频信号AE，其频率或更恰当的比特速率对应于供应频率CKW。在这种情况下，作为整个本地主机11d的时钟的主机时钟CKS不被调谐。在一个实施例中，系统频率CKS独立于上述校正时钟信号，例如所提取的时钟CKE。当音频子系统11a可以容易地被调谐成与指定的时钟(例如，所提取的时钟CKE)一起工作时，该方法适用。

[0063] 在图4中，示出了不同的实施例，其中连接间隔CI用于修剪系统(例如，本地主机11d)的频率CKS，并且因此修剪音频采集频率CKA，其由系统时钟CKS导出。

[0064] 在该方法中，如图所示，由通过BLE模块11c接收的连接间隔CI信号提取的所提取的时钟频率CKE用于馈送控制模块50，控制模块50输出与所提取的时钟频率CKE同步的系统时钟CKS。因此，作为本地主机11d的时钟频率的系统时钟频率CKS用于调谐音频采集子系统11a。然后，虽然没有示出模块11b，但是如参考图1所描述的，本地主机11d以与供应频率CKW相对应的频率输出经编码的音频信号AE。当音频子系统11a从系统时钟CKS导出其音频采集频率CKA时，可以有利地使用这种方法。

[0065] 在图5中示出了第三实施例，其中使用连接间隔CI来触发音频的重新采样和压缩。

[0066] 在该方法中，如图所示，由连接间隔信号CI提取的所提取的时钟频率CKE用于触发模块或电路来执行音频重新采样。虽然没有示出模块11b，但是如参考图1所述的，本地主机11d以供应频率CKW输出经编码的音频信号AE。

[0067] 提供重新采样模块或电路11e，以采样频率CKW'接收经编码的数据AE。替代对音频采集进行调谐，通过控制模块50，所提取的时钟频率CKE与在重新采样模块或电路11e中所执行的重新采样步骤的重新采样频率同步，重新采样频率对应于第一供应频率CKW，例如经编码的音频信号AE数据分组被供应给BLE的频率，结果是具有准备好以供应频率CKW通过BLE链路13发射的固定量的数据。在这种情况下，音频采集时钟CKA和系统时钟CKS不被所提取的时钟CKE调谐，并且因此可能在时间帧内产生比预期少或多的数据。该效应由模块11e处的重新采样操作来补偿。当不可能或不期望调谐音频子系统或系统时钟来控制音频数据生成时，可以使用这种方法。独立于上述校正时钟信号(例如，所提取的时钟CKE)来设置系统频率CKS可以在这种情况下作为补充措施被实现。

[0068] 参考图5的实施例，如前所述，通过采集生成的分组被存储在缓冲区中以准备被发射。考虑到在与标称参考连接间隔tCIref相对应的任意周期内，应当在链路上发送数目为N的分组以具有恒定的带宽，在与连接间隔CI的开始相对应的每个时刻，重新采样块11e从这样的缓存区读取数目为M的可用样本并应用数字处理算法，以便将数目为M的可用样本调整为等于应在链路13上发送的数目为N的数据分组。在所描述的示例中，这被实现为：当MN时删除样本。为了在音频质量方面实现更好的结果，可以将其他算法(例如，内插)应用于重新采样，关键点在于，用于转换的触发信号是与连接间隔CI的开始相对应的每个时刻，这导致由连接间隔CI信号进行钟控的发射。应当注意，可以在具有音频回放的接收器12侧采用相同的方法，将重新采样模块或电路例如放置在回放模块或扬声器30的下游之前：在每个连接间隔CI的开始处，重新采样算法调整用于再现的样本的数目。

[0069] 在图6中，示意性地示出了控制模块或电路50(特别是参考图4的情况)，其中系统时钟频率CKS由所提取的时钟频率CKE控制。这样的控制模块50以包括比较节点51(例如，求和块)的闭环控制的形式实现，比较节点51在其输入处接收连接间隔参考值tCIref(例如，阈值持续时间值，其在此处所描述的示例中可以是具有10ms的值的常数)和连接间隔测量值tCIm(t)(例如，随时间变化的持续时间值)，并且确定这两个量之间的差，从而输出也随时间变化的连接间隔误差e(t)＝tCIref-tCIm(t)。块或电路52实现例如PID(比例积分微分)控制算法之类的控制算法，从而输出施加到可微调或可调节时钟53的对应控制动作u(t)。可微调(例如，具有可控频率)时钟53发出用作用于系统的参考的时钟信号，在该示例中，系统时钟信号具有频率CKS。这样的系统时钟信号也可以是由系统的一部分使用的信号，诸如音频子时钟，例如音频采集的时钟频率CKA或者馈送到重新采样块11e的第一供应时钟CKW。以相同的方式，在接收器12处，系统时钟信号可以是第二供应信号CKP或接收器系统时钟CKR。时钟信号频率CKS可以在运行时被修剪来调整其频率。这样的可微调时钟53可以被实现为外部可微调的石英、或可微调的内部振荡器、或可微调的PLL等。

[0070] 经同步的系统时钟信号频率CKS被供应给待同步的系统，在本示例中，被供应给本地主机11d。如所提到的，在图3的实施例中，经同步的信号是音频采集信号CKA，而在图5的实施例中，经同步的信号是与到BLE模块11c的经编码的信号AE的供应频率相对应的重新采样频率CKW。

[0071] 在图6中，示出了系统时钟信号频率CKS还在闭环的反馈分支上被供应给测量模块或电路54。

[0072] 这适用于图4的情况，而对于图3或图5的情况，采集频率CKA或供应比特速率CKW分别作为系统时钟被供应给测量模块或电路54。这是因为测量模块54获得来自受控系统的时钟信号(在图3和图5的实施例的情况下，分别控制采集频率CKA和供应比特速率CKW)，使得所测量的值受到调谐的影响并能够收敛到标称值。

[0073] 测量模块54还从BLE模块11c接收所提取的时钟频率CKE，时钟频率CKE由与连接间隔CI相对应的时钟转变表示。测量模块54使用系统时钟频率CKS来测量所提取的时钟频率CKE中的连接间隔CI，其是通过BLE链路13而接收的信号中的连接间隔CI。测量模块或电路54可以由硬件定时器来实施。测量模块54输出连接间隔测量值tCIm，其然后被供应给比较节点51，以计算连接间隔误差e(t)。这对应于在本地主机侧测量的连接间隔。连接间隔测量值tCIm可以是在链路13上所接收的单个连接间隔CI上测量的，或者可以在链路13上所接收的连接间隔CI的多个连续测量上进行平均。

[0074] 在一个实施例中，控制模块或电路50支持最小化参考时钟值与测量值之间的差，即：min(e(t))＝min(tCIref(t)-tCIm(t))。

[0075] 因此，一般而言，鉴于到目前为止已经描述的内容，可以如下地限定一个实施例的控制模块的操作。

[0076] BLE协议限定了例如节点11的主节点(称为中心)以及一个或多个从节点(称为外围)12。在用于设置主节点11与从节点12之间的通信的握手阶段期间，主节点11决定参考连接间隔tCIref的值并将其传达给从节点12。从节点12将参考连接间隔tCIref存储在例如相应的寄存器中，当主节点11与从节点12之间的连接建立时，参考连接间隔tCIref作为设定点被供应给控制模块50。

[0077] 在图7中，示出了具有主发送器节点11和多个从接收器节点121、121...12N的多从(multi-slave)网络，其中N是接收器节点的数目。多从网络受到对于所有的点对点链路而言的时钟偏移现象的影响，所有的点对点链路即：组成该网络的本地节点11与每个从节点121、121...12N之间的所有链路131、131...13N。

[0078] 此处所描述的使用连接间隔CI的时钟偏移补偿方法可以应用于被视为单独的点对点链路的每个链路131、131...13N。

[0079] 此外，在多从网络中，每个主设备或从设备还具有时钟相位。

[0080] 实施例的方法对网络的所有从节点的时钟的相位进行补偿。

[0081] 图7中在相关节点附近示出了每个节点处交换的分组的时间图，如图7所描述的，本地发送器设备11在连接间隔CI内与第一远程设备121交换分组DP1，并且在所有从节点12i(i是从1到N的从节点下标)具有不同相位的情况下，本地发送器设备11在延迟了时间延迟tD2的时间处在相同的连接间隔CI内与第二远程设备122交换第二分组DP2，并且以此类推，本地发送器设备11在时间延迟tDN处与第N个远程设备12N交换第N个分组DPN。注意，在一个实施例中，由于与作为主节点操作的本地发送器设备11的多个连接以不同的时隙被执行，从节点12i因此以不同的相位发射。

[0082] 如在与每个远程设备邻近的示图中所示的，每个远程接收器设备12i以相应的延迟tD2...tDN分别依次与本地发送器设备11交换数据分组121、122、12N。

[0083] 因此，此处描述的方法还提供了：给出在相同的连接间隔CI内在本地设备处从不同远程设备接收的分组DP1...DPN，测量每个远程设备相对于另一远程设备的分组的相位延迟tDi；从本地设备11在专用信道上向所有远程设备121...12K传达相应的相位延迟tD2...tDN；基于所传达的相位延迟，在每个远程节点12i处执行相位的对齐。

[0084] 本文所公开的实施例相对于已知的解决方案可以具有显著的优点。

[0085] 在一个实施例中，如上所述，通过使用由BLE模块共享的时钟，避免了影响数据的流式传输的时钟偏移，使得接收器从节点处理缓冲区溢出或欠载的情况。这样的时钟偏移可能导致所再现的音频中的伪像，并导致需要补偿的更大延时。

[0086] 当然，在不损害本公开的原理的情况下，构造和实施例的细节可以相对于本文纯粹作为示例而描述和图示的内容广泛地变化，而不因此偏离由所附权利要求限定的本公开的范围。

[0087] 如所提到的，所描述的实施例可以应用在通过BLE进行的音频通信中，但是应用可以扩展到以下项中的音频数据流式传输：可穿戴设备、物联网和其他远程控制器，以及音频娱乐和游戏、可穿戴设备、智能家居、语音控制电视遥控的领域中的其他应用。

[0088] 必须强调，虽然主要参考作为主设备操作并向作为从设备操作的一个或多个接收器设备或节点发射的发送器设备或节点来描述这些实施例，但是当然本文所描述的方法也适用于在BLE链路上由远程接收器(特别是从节点)在另一方向上发射的数据(其可以是音频或其他数据)，即，本文所描述的方法可以双向应用。

[0089] 一些实施例可以采取计算机程序产品的形式或包括计算机程序产品。例如，根据一个实施例，提供了包括适于执行上述方法或功能中的一个或多个的计算机程序的计算机可读介质。介质可以是物理存储介质，诸如例如：只读存储器(ROM)芯片，或者诸如数字通用盘(DVD-ROM)、压缩盘(CD-ROM)、硬盘之类的盘，存储器，网络，或通过适当的驱动器或经由适当的连接读取的便携式介质制品，包括在一个或多个这样的计算机可读介质上存储的一个或多个条形码或其他相关代码中进行编码并可由适当的读取器设备读取的介质制品。

[0090] 此外，在一些实施例中，方法和/或功能中的一些或全部可以以其他方式来实现或提供，诸如至少部分地以固件和/或硬件来实现或提供，固件和/或硬件包括但不限于一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器、分立电路、逻辑门、标准集成电路、控制器(例如，通过执行适当的指令，并且包括微控制器和/或嵌入式控制器)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等、以及采用RFID技术的设备及其各种组合。

[0091] 上述各种实施例可以被组合来提供另外的实施例。可以根据需要来修改实施例的各个方面，以采用各种专利、申请和出版物的概念来提供另外的实施例。

[0092] 鉴于以上详细描述，可以对这些实施例做出这些改变和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制在说明书和权利要求中所公开的具体实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求所享有的等价物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

标题	发布/更新时间	阅读量
转移的定时-专利编号CN1335036A	2020-05-11	182
时移视频通信-专利编号CN102577367A	2020-05-12	221
一种时间相移器-专利编号CN108871220A	2020-05-13	325
时间偏移估计-专利编号CN108369809A	2020-05-11	784
时间偏移估计-专利编号CN111095404A	2020-05-11	285
实时协议流迁移-专利编号CN101690136A	2020-05-12	183
转移的定时-专利编号CN1212041C	2020-05-11	1074
管理时移数据-专利编号CN104041013A	2020-05-13	322
实时移动跨屏-专利编号CN107464129A	2020-05-13	442
时钟相移电路-专利编号CN106330142A	2020-05-12	699

时钟偏移补偿方法及相关系统

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