同步化向多個可移動音頻終端發送的數字信號的播放的制作方法

文檔序號：11959459閱讀：359來源：國知局

本發明涉及一種用于同步化由發送器向多個可移動音頻終端發送的數字信號的播放的方法，其中該可移動音頻終端分別具有信號接收單元、與信號接收單元連接的先入先出(FIFO)儲存器和與先入先出儲存器連接的音頻播放單元。

背景技術：

對于聽力設備至今數字無線連接首先用來可以由手持儀器調整聽力設備的運行參數，例如音量等。近來數字無線傳輸協議還用來使來自為此建立的源，例如，電視機或電話的音頻數據流向聽力設備。為此該源有基于導線的接到發送器的信號連接，發送器發出可以被配備相應的信號接收單元的聽力設備接收的數字無線電信號。

對于特殊的空間聲響這里有利的是，對于這兩個耳朵各使用自己的聽力設備，并對由發送器發送的信號相應地為了立體聲接收進行編碼。該聽力設備這里具有兩個工作模式：在正常模式下，聽力設備的各自麥克風或者麥克風系統接收來自環境的信號，在聽力設備中放大，并借助于揚聲器相應地向用戶的聽覺播放。在流模式下，接收其中編碼了音頻數據的數字無線電信號，并通過揚聲器重放該音頻數據。這里還可以任選地設置手持儀器，用以控制音量或在工作方式之間切換等。

所傳遞的音頻數據最好針對左和右聽覺同步進行播放。若該播放不完全同步，就是說，出現在對于左和右耳朵的信號之間輕微的時間推移，則用戶就會察覺為聲響到來方向偏移。在同步播放時察覺作為中心的聲響信號，對于聽力系統的用戶在同步有缺陷時，其原點向右或向左偏離中心。所描述的在空間上感官不對稱性在約10個音頻樣本量級的時間推遲時就已經會出現。

在一般的音頻播放單元中，通常不會出現這樣一種時間推遲，因為不是正如例如，在有效的立體聲頭戴式聽筒上由共同接收單元接收，并以共同時間同步分布到各個立體聲播放單元上，就是各立體聲播放單元為了同步化它們各自的時間標度而通過無線電彼此連接，例如在家用電影放映機系統上就是如此。然而在雙耳聽力設備中通常在兩個聽力設備之間并不存在有線連接，而且還主要由于電池容量不希望它們時間標度實現無線同步。因此，所接收的數字音頻數據播放的時間節拍只根據聽力設備內各自的內部時間發生器進行。

然而，在雙耳聽力系統中，各聽力設備的這兩個內部時間發生器可能具有最小的差異。例如，若使用石英晶體來給定時間，則這樣的差異可能由于樣品分散或制造允差造成的最小尺寸差異引起。時間給定上的差異這里通常在0.001％至0.01％的范圍內。因為音頻數據的傳遞通常不是實時地進行的，而是來自發送器的數據聚集為數據分組，其數據速率比起播放的數據速率高得多，所以在單個聽力設備中分別接收的數據被中間存儲在存儲器中，使得播放的同步只取決于各聽力設備的內部時間發生器。在0.001％不同的時間節拍和16kHz音頻信號采樣速率下，這樣在一分鐘的播放之后累積出9.6個樣本的偏移，這對應于在兩者之間0.6ms的時間推遲，并聽者已經可以察覺。

技術實現要素：

本發明的任務在于，給出一種同步化從發送器向多個可移動終端裝置發送的數字信號的播放的方法，其中該方法在各自的音頻終端裝置之間將不需要信號連接。

所述任務，按照本發明用一種同步化從發送器向多個可移動音頻終端發送的數字信號的播放的方法解決，其中可移動音頻終端分別具有信號接收單元、與該信號接收單元連接的先入先出儲存器和與先入先出儲存器連接的音頻播放單元，和其中該發送器將數字信號作為多個在數據分組以在時間平均值上恒定的數據速率發送。這里規定，對于每個移動式音頻終端，信號接收單元分別以相同方式接收多個數據分組的至少一個子集，信號接收單元根據所接收的數據分組生成時間基準信號，由先入先出儲存器生成先入先出(FIFO)信號，它包含在確定的時刻關于先入先出儲存器填充狀態的信息，根據該時間基準信號和先入先出信號，調節瞬時播放速度，該音頻播放單元以瞬時播放速度對與該數字信號相應的樣本進行播放，并以此使先入先出儲存器的填充狀態在時間平均值上保持恒定。本發明的有利的和部分地本身規定的配置是從屬權項的要點，并在下文中描述。

該數字信號在這里尤其通過帶有數字編碼的數據的無線電信號給出，例如，采取載波頻率的形式，在其上通過相位調制編碼數字數據。數據分組分別形成時間上閉合的單元。該發送器的數據速率在時間平均值上尤其是恒定的，該時間平均值是通過多個數據分組采集的。相應地先入先出儲存器的填充狀態在時間平均值上是恒定的，該時間平均值是通過多個數據分組或多個的時間基準信號脈沖而采集的。

這時，本發明首先利用這樣的知識，即，通過作為分別時間上閉合的單元的數據分組與發送者在發送時相應的編碼信息無關地預先給定其中發送或不發送信息的間隔的時間模式。該時間模式對于每個移動式音頻終端都是一樣的，使之可以用來使各音頻終端彼此同步。為此，在每個可移動音頻終端上，都以相同的方式，根據通過所接收的數據分組形成的時間模式，產生時間基準信號。尤其為此不需要改變該發送器為發送該數據分組而使用的發送協議。以此，該同步僅在可移動音頻終端的層面上進行。這時，為了形成時間基準信號，在某些情況下可以充分利用這樣的情況，即該發送器常常把各組數據分組匯總為時間塊，在塊內發送數據分組的間隔時間順序分別相同。以此通過塊之間的時間對稱性，由發送者預先給定可以被可移動音頻終端輕易地識別和使用的時間模式。

該數據速率，因而每單位時間的數據量，在發送各數據分組期間，通常高于由該播放速度給出的播放速度，因此高于在播放的信號中每單位時間的數據量。這意味著，分別在每個可移動音頻終端中臨時中間儲存各個接收的數據分組，各音頻播放單元從為中間儲存而設置的存儲器取出為播放而預設的音頻數據。這時，在每個可移動音頻終端上該播放速度取決于各自的內部時間發生器。因此現在根據所接收的數據分組產生時間基準信號，它使所有可移動音頻終端統一的同步成為可能，現在應該通過該時間基準信號這樣地進行播放的同步，使得可移動音頻終端各內部時間發生器不同的節拍不起作用。

為此本發明識別出，在每兩個內部時間發生器具有各自差異最小的節拍的可移動音頻終端上，根據由此得出的不同的、相對于實際參考時間給定而言的播放速度，在為播放而設置的、中間存儲的音頻數據的量對于這兩個可移動音頻終端同樣是不同的。在播放時設為固定的播放速度或者數據速率在可移動音頻終端中取決于內部時間環境。現在應用先入先出儲存器(先入先出存儲器)的情況下，可以評估為播放而設置的中間存儲的數據量的變化，作為對于如下的指示，即，在可移動音頻終端中內部的時間給定具有偏離發送器時間給定微小的偏差。因為所有可移動音頻終端都接收在數據分組中編碼的同一音頻數據，這就意味著在時間平均值上恒定的先入先出存儲器填充狀態，使得可移動音頻終端各自實際的播放速度與其內部時間發生器無關地與在時間平均值上恒定的發送器數據速率同步。

因此，相應地對于所有可移動音頻終端，各自先入先出存儲器的填充狀態在時間平均值上保持恒定，以便使它們彼此同步。為此現在對于每個移動式音頻終端，各自同樣地在由各自的時間基準信號預先給定的時刻，采集有關先入先出存儲器填充狀態的信息，使得以此可以確定在先入先出存儲器填充狀態在上述的時刻之間的改變。

若現在因為在先入先出信號中存在相應的信息而在可移動音頻終端上確定先入先出存儲器填充狀態這樣的改變，則可以對于該音頻播放單元相應地修改播放速度，使得先入先出存儲器再次取所希望的值。

例如，可移動音頻終端根據由發送器發送的數據分組產生該時間基準信號預先給定時刻，在該時刻求出先入先出存儲器的填充狀態，并作為先入先出信號給出。若這種填充狀態例如高于上額定值，這意味著，該信號接收單元接收的編碼在該數據分組中的音頻數據的數量大于該音頻播放單元轉換為樣本并播放的數量。相應地根據可移動音頻終端的內部時間發生器，短暫地提高音頻播放單元的瞬時播放速度，使得短暫地每時間單位播放更多樣本。作為替代方案，該提高還可以不必預先給定確定時間，而在這種情況下一直持續到重新低于上額定值，而且在先入先出信號中給出相應的信息為止。這時，瞬時播放速度提高的量值尤其可以使之取決于先入先出存儲器填充狀態具體的數值。

這時這里該瞬時播放速度一直保持提高，直至重新確定先入先出存儲器的填充狀態的另一時刻，再次達到該額定值為止。以此使先入先出存儲器的填充狀態在時間平均值上保持恒定。通過使所有可移動音頻終端都同樣做，就可以使各可移動音頻終端播放同步。這里瞬時播放速度出現的最小改變取決于時間基準信號兩個信號脈沖之間出現的最大偏移，并因而遠低于用戶感覺閾值。

該發送器最好把各組數據分組匯集為時間塊，其中每個塊都有帶有發送時間和靜止時間的時間模式，其中塊的所有數據分組在發送時間期間發送，和其中每個塊的靜止時間長于每兩個數據分組彼此的時間距離。這時，兩個相鄰的數據分組彼此的距離尤其是通過各自的開始和結束時刻定義的。由于傳遞空間距離比較小，這里可以把發送器的開始時刻設置為與各接收單元的開始時刻相同。這里數據分組之間的距離尤其可以取決于各自的傳輸協議。這里作為發送時間理解為塊中從第一數據分組的開始時刻直至最后數據分組的結束時刻的時間，因此發送時間還包括塊的各數據分組之間不進行傳遞的間隔。根據通過該塊和尤其通過該發送時間和靜止時間給出的時間模式，允許特別簡單地產生時間基準信號。

這時，每個信號接收單元優選從所接收的數據分組的塊的周期性中產生時間基準信號。這里時間基準信號的信號脈沖，可以在塊內的一個或多個確定的時刻產生，也即在相對于各塊的開始時刻而言的固定時間間隔處產生，其中該時刻通過可移動音頻終端的內部時間發生器確定。通過各時間發生器的差異，這里在可移動音頻終端之間出現輕微的時間偏移。但這可能受時間基準信號兩個信號脈沖之間出現的最大偏移限制，因為在每個信號脈沖的情況下都可以將內部時間發生器重新協調于時間基準信號。由此通過有利地選擇時間基準信號的產生時刻(這尤其可以根據由發送器確定的傳輸協議進行)可以使得該最小偏移可忽略。

進一步證明為有利的是，對于每個移動式音頻終端，分別在根據時間基準信號確定的時刻確定先入先出存儲器填充狀態。為了至少近似地求出在根據時間基準信號確定的時刻的先入先出存儲器填充狀態，可以作為準確的字節值求出貯存在先入先出存儲器中的數據量，并作為先入先出信號給出。視先入先出存儲器的體系結構而定，例如這樣，當要儲存的信息不絕對必要放置在物理上連續的區域時，需要麻煩地精確確定填充狀態。在這種情況下，在相關時刻分別求出當前與填充狀態對應的字節值間隔，和相應地是輸出求出的間隔的索引作為先入先出信號給出。若要儲存在先入先出存儲器中的信息例如分布在不同的物理存儲塊上，則可以通過信息存入其中的存儲塊數和存儲塊已知的大小估計相應的間隔。

這里對于每個移動式音頻終端，最好各自為先入先出儲存器填充狀態預先給定上限值和下限值，其中當超過上限值時，對于根據時間基準信號確定的持續時間提高瞬時播放速度，而其中當低于下限值時，對于根據時間基準信號確定的持續時間降低瞬時播放速度。這尤其還可以這樣進行，在該確定的時刻求出先入先出存儲器的填充狀態是否處于在極限由上限值或下限值給出的字節值間隔中。

瞬時播放速度的提高或降低，從由時間基準信號的信號脈沖固定地預先給定的第一時刻開始尤其可以一直持續到時間基準信號下個信號脈沖，或由這些信號脈沖固定地預先給定的第二時刻為止。這時，在下個信號脈沖或第二時刻，重新測試先入先出儲存器的填充狀態，并若該填充狀態再次處于上限值和下限值之間，則將瞬時播放速度根據各自的內部時間發生器調整為由該傳輸協議原來設置的數值上。

在本發明另一有利的設計方案中，對于每個移動式音頻終端，各自為先入先出儲存器的填充狀態預先給定上限值和下限值，其中當超過該上限值時，產生超過信號，其中當低于下限值時，產生低于信號，和其中從超過信號和低于信號產生先入先出信號。當可以準確確定先入先出存儲器的填充狀態時，這個方案是特別有利的。在這種情況下，只有當先入先出存儲器的填充狀態離開預先給定的數值范圍時，才產生先入先出信號，這指示通過內部時間發生器使播放相應的時間推遲(延遲或加速)，并且這樣做是資源有效的，因為可以根據要求進行修正。為此在產生低于信號或超過信號的時刻，同時確定時間基準信號。

有利的是，當先入先出信號包含超過信號時，對于每個移動式音頻終端各自對于根據時間基準信號確定的持續時間提高瞬時播放速度，而當先入先出信號包含低于信號時，對于根據時間基準信號確定的持續時間降低瞬時播放速度。在根據時間基準信號確定的持續時間之后，該瞬時播放速度再次根據各自的內部時間發生器調整為由流協議原來設置的數值。若在此時刻先入先出存儲器的填充狀態應該不處于預先給定的數值范圍，則重新產生超過信號或低于信號。

在本發明另有利的設計方案中，對于每個移動式音頻終端，各自根據先入先出信號將瞬時播放速度調節為根據時間基準信號和/或先入先出儲存器填充狀態確定的量值。這可以特別簡單地用調節技術實現，因為為此只要實現通過調整量根據先入先出存儲器與額定值或額定范圍的偏差調整瞬時播放速度的調節回路。為此該瞬時播放速度尤其可以從該由傳輸協議預先給定的播放速度出發，在出現偏差，例如，超過上限值時，對于先驗不確定的、“眼下”的時間段提高根據先入先出存儲器填充狀態確定的量值，直至先入先出存儲器的填充狀態再次處于預先給定的區域為止。

本發明還提出了帶有多個可移動音頻終端裝置的聽力系統，它們各自包括信號接收單元、先入先出存儲器和音頻播放單元，其中該可移動音頻終端裝置建立來執行按照本發明的方法。這時，針對使從發送器發送的數字信號播放同步用的方法，和針對該方法的擴展的上述優點，按意義可以轉移到聽力系統上。

這時，該聽力系統最好形成為帶有兩個助聽器的雙耳聽力設備。由于在功率消耗方面由電池組決定的限制，構建為在雙耳聽力設備兩個助聽器之間不必進行無線電連接的情況下建立相應的播放同步的雙耳聽力設備是特別有利的。

附圖說明

現將參照附圖對本發明的實施例作較詳細的說明。這里各自示意地表示：

圖1表示向帶有兩個聽力設備的雙耳聽力系統傳遞要播放的數字信號的發送器；

圖2就時間柱表示圖1的數字信號隨著時間變化；而

圖3是圖1聽力設備中播放的同步方法流程方框圖。

彼此相應的部件和參量在所有附圖中各自用相同的附圖標記標示。

具體實施方式

圖1中示意地顯示形成為雙耳聽力設備1的聽力系統2。該聽力系統有兩個移動式音頻終端4，在當前情況下它們各自通過聽力設備6給出。雙耳聽力設備這兩個聽力設備6中的每都建立來借助于沒有更詳細示出的麥克風記錄來自環境的聲波，將該聲波為了修正雙耳聽力設備1用戶受損的聽力而放大和通過包括揚聲器8的音頻播放單元10向用戶耳朵播放。

為了在使用例如通過電視機12可以給出的娛樂電子設備的應用中有可能向用戶提供比通過上述音響接收裝置和由電視機12揚聲器產生的聲波的播放能夠實現的更好的音響質量，每個聽力設備6都裝備了信號接收單元 14，它們建立來接收由與電視機12連接的發送器18所發送的數字信號16。這時，在數字信號16中各自對電視機12的當前音跡進行編碼。因此，聽力設備6可以通過其各自的信號接收單元14以數字方式接收該音跡，以便可以避免在從電視機12揚聲器音通過該環境到聽力設備6各自的麥克風的聲學傳遞路徑中的音響損失。

然而這里證實，通過聽力設備6的揚聲器8播放數字信號16可能是有問題的。比較理想地通過數字信號在傳輸協議中的采樣速率給出的播放速度是通過在各自的聽力設備6內的內部時間發生器確定。然而由于聽力設備6這兩個內部時間發生器制造決定的差異可能在較長播放編碼在數字信號16中的音跡之后，造成在兩個聽力設備6之間輕微的時間推遲，這在用戶的感官上導致播放的音響在空間上的偏移。為了防止這一點，這兩個聽力設備6在播放編碼在數字信號16中的音跡時要彼此同步。由于電池容量，這里同步是在沒有進行在聽力設備6之間其他通信的條件下進行的，作為時間上同步用的基準，只使用由發送器18發送的數字信號16，它對于這兩個聽力設備6是相同的。

在圖2中是由發送器18發送的按照圖1的數字信號16隨時間變化的過程。對于時間軸t這里畫出在所有傳輸通道中的瞬時數據量I。在數字信號16中，該信息在數據分組20中傳遞。單個數據分組20在這里乃是時間上封閉的單元。從各數據分組20的開始時刻22直至結束時刻24，為此在可以由載波頻率確定的特定的傳輸信道中根據要傳遞的位值連續調制該信號。在不同的數據分組20之間不發生信息傳遞，亦即，當完全由發送器發出發射功率時，它處于未調制的載波頻率。

數據分組20各自匯集為連續的塊26(“幀”)。這里在每個塊26中在發送時間28內發送各塊26的所有數據分組20。最后的數據分組20結束之后，開始靜止時間30，直至下塊26開始為止，其中不發送其他數據分組。這時，靜止時間30持續時間比兩個相繼的數據分組20的時間距離32長。這里塊26的數據分組20中編碼的信息是有部分冗余的，以便在數據分組20傳遞出錯時仍然有可能播放。例如，這可以通過各自為此設置的冗余分組33進行。這時，單個塊26代表在該傳輸協議中設置的最小單元，它可以在解碼之后播放。發送器的平均數據速率34涉及在多個塊26上實際上發送數據的平均數量。平均數據量36作為在多個塊26上平均傳遞的信息數量由于冗余而小于平均數據速率34。扣除涉及指示協議的信息，和通常在每個數據分組20的前言中存儲的，在理想的情況下對應于在播放時采樣速率的平均數據量36。

在數字信號16中給出的由該塊26、該塊26中的發送時間28和靜止時間30，以及由各數據分組20形成的時間模式，可以在每個單個聽力設備6中作為共同同步用的外部時間基準使用。

圖3中顯示根據按照圖1的雙耳聽力設備1在聽力設備6中的過程將數字信號16播放同步用的方法40。沒有更詳細表示的第二聽力設備中的過程類似地進行，兩個聽力設備播放的同步通過與數字信號16的同步來進行，并以此暗含地通過與發送器18內部時間發生器共同的同步來進行。

聽力設備的信號接收單元14包括接收數字信號16的天線42，和對所接收的各數據分組20進行解碼，并提取包含于其中的信息的譯碼器44。從為自動播放而設定的數據分組提取的信息，即所接收的數據分組的清除了數據分組20的冗余和報頭信息后的信息，由譯碼器44寫入先入先出存儲器45。譯碼器44進一步與聽力設備6的內部時間發生器46連接，以便可以識別出所接收的數據分組20時間上的次序，和由此可以識別出每塊26的開始。在根據上列靜止時間30識別的每塊26的開始時，信號接收單元14中的譯碼器44產生時間基準信號48的信號脈沖。

為了確定由時間基準信號48預先給定的時刻，其中時間測量通過內部時間發生器46進行，至少近似地求出先入先出存儲器45的填充狀態。例如，這可以通過估計在測量的時刻至少部分跌被信息占據的在先入先出儲存器45物理存儲塊進行。該關于填充狀態的信息作為先入先出信號50給出。對于先入先出存儲器45的填充狀態，這里預先給定上限值52和下限值54。若超過該上限值52，則對于該上限值的預先給定還可以考慮填充狀態的估計準確度，這樣產生超過信號56，它出現在先入先出信號50輸入端。若相應地低于下限值54，則產生低于信號58，它同樣進入先入先出信號50。

現在先入先出信號50用以下方法考慮播放：向音頻播放單元10給出存儲器45的音頻數據，其中它們由編解碼器60轉換為各樣本62，它們通過揚聲器8播放。這時，借助于內部時間發生器46調節的樣本62的播放速度，首先取決于按照通過該傳輸協議由該發送器18預先給定的采樣速率。通過樣本62的播放從先入先出存儲器45取得連續的信息。因為在理想的情況下，來自所接收的數據分組20的新的音頻數據寫入先入先出存儲器的速率對應于采樣速率，存儲器45的填充狀態在塊26的時間平均值上保持恒定。

然而，由于所描述的內部時間發生器46的偏差，由發送器18通過數字信號16預先給定的音頻數據的速率會偏離播放樣本62的真實播放速度。若例如，播放過于緩慢，則先入先出存儲器45填充至超過上限值52，并在先入先出信號50中設置超過信號56。該超過信號56進一步傳遞給音頻播放單元10作為觸發信息，用于暫時略微提高瞬時播放速度64。這個提高，例如，可以一直持續至時間基準信號48的下個信號脈沖，或一直持續至通過內部時間發生器46預定的、相對于時間基準信號48固定地預先給定的時刻66。在低于下限值54時，相應地降低瞬時播放速度64。

提高瞬時播放速度66的持續時間和量值最好這樣選擇，使得在重建與傳輸協議預先給定的采樣速率一致的播放速度時，鑒于通常可預期的內部時間發生器46播放速度偏離理想時間給定的偏差，在重建對應于以通過傳遞協議預先給定的采樣率進行的播放的播放速度時，使先入先出存儲器45的填充狀態再次處于上限值52和下限值54之間。在通過多個塊26采集的時間平均值中，可以以此使先入先出存儲器45的填充狀態在這兩個極限值52，54之間，并以此基本上保持恒定，以此以由發送器18預先給定的、相對于發送器18內部時間發生器而言的數據速率34的播放被同步。因為用于雙耳聽力設備1的這兩個聽力設備6所描述的過程同樣地進行，以此聽力設備6各自的播放也彼此同步。

在替代的配置中，先入先出信號50還可以只通過超過信號56和低于信號58形成，它們各自準確地在超過上限值52或低于下限值54時被產生。亦即，不在關于時間基準信號48固定地預先給定的時刻求出填充狀態，而是瞬時給出超過信號56，其中借助于內部時間發生器46針對接下來的進程采集相對于時間基準信號48而言的超過時刻，。

盡管本發明更詳細地通過該推薦的實施例更詳細地舉例說明和描述，但本發明不限于這個實施例。在不脫離本發明的保護范圍的情況下，專業人員可以由此推導出其他改變。

附圖說明

1 雙耳聽力設備

2 聽力系統

4 可移動音頻終端

6 助聽器

8 揚聲器

10 音頻播放單元

12 電視機

14 信號接收單元

16 數字信號

18 發送器