CN114124631B - 适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法，包括步骤：根据音频数据的接收处理过程和音频数据的发送处理过程中设定的比较值，在音频数据的发送处理过程中增加由于收发频率不一致导致的音频数据堵塞的处理过程。本发明解决了频率偏移引起的音频不同步问题，能够达到音频数据最大程度的保真。

Description

适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法

技术领域

本发明涉及机载客舱音频控制技术领域，更为具体的，涉及一种适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法。

背景技术

飞机的客舱广播和内话***一般由音频采集设备、音频传输中转设备、音频控制播放设备、话筒和扬声器等部件组成，为驾驶员和乘务员提供语音的输入输出接口，实现驾驶员与机组乘务员的旅客广播服务，驾驶员和乘务员之间、多个乘务员之间的客舱点对点和群组内话服务。音频采集设备用于语音数据的采样和组包，音频传输中转设备用于将音频数据按照广播和内话功能的通讯需求分发给音频控制播放设备进行语音的播放。音频数据在整个***中通过网络进行传输，为了减少缓冲延迟，采用4ms的间隔周期传输384字节的音频采样数据作为一个音频包，传输频率和接口协议符合机载音频传输通讯标准ARINC628P3协议。

客舱广播和内话***中的音频采集设备、音频传输中转设备、音频控制播放设备等为了满足实时性、同步性和高稳定性的要求，一般采用嵌入式操作***来进行开发。多设备间由于硬件电路、信号处理软件等功能的差异，造成即使采用同样型号的晶振作为频率源，仍然存在设备间的时钟频率偏移导致音频数据传输过程中的累计误差增大，出现声音滞后，影响整体广播和内话服务的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法，解决了频率偏移引起的音频不同步问题，能够达到音频数据最大程度的保真等。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法，包括步骤：根据音频数据的接收处理过程和音频数据的发送处理过程中设定的比较值，在音频数据的发送处理过程中增加由于收发频率不一致导致的音频数据堵塞的处理过程。

进一步地，所述设定的比较值包括音频接收数据统计值和音频数据发送统计值的差值。

进一步地，所述音频数据堵塞的处理过程包括子步骤：以设定时间为周期计算音频接收数据统计值RevAudio和音频数据发送统计值SendAudio的差值diffAudo，如果当前设定时间的diffAudo与前一设定时间的diffAudo值相同，则音频传输中转设备与音频采集设备不存在频率偏移，如果不同，则存在频率偏移，消除频率偏移引起的音频传输不同步。

进一步地，包括音频控制数据的接收处理过程；所述音频控制数据的接收处理过程，包括如下子步骤：S11，通过预先定义网络端口接收网络音频控制报文；S12，根据接收端口和发送来源IP地址识别音频控制报文的来源，来源包括驾驶舱话筒、客舱话筒和娱乐***预先存储的背景音乐、预录音频和视频；S13，对接收到的音频控制报文进行数据解析；S14，识别音频控制信息，判断控制信息为启动音频播放还是停止音频播放，如果是启动音频播放，进行步骤S15；如果是停止音频播放，进行步骤S16；S15，根据客舱广播、内话***的广播和内话优先级判断启动音频播放来源设备的优先级是否高于当前播放音频来源的优先级，如果高于当前播放音频来源的优先级，则置音频播放状态为播放，否则置为停止播放；S16，结束数据处理，继续等待下一帧网络音频控制报文。

进一步地，所述音频数据的接收处理过程，包括如下子步骤：S21，通过预先定义网络端口接收网络音频数据报文；S22，根据接收端口和发送来源IP地址识别音频数据报文的来源；S23，如果数据报文的接收来源与步骤S15中处于播放状态的来源设备一致，则进行步骤S24，否则进行步骤S26；S24，将音频数据存储到接收缓冲区；S25，音频数据接收统计值RevAudio累加1；S26，结束数据处理，继续等待下一帧网络音频数据报文。

进一步地，所述音频数据的发送处理过程，包括如下子步骤：S31，接收到4ms的时钟中断则进行步骤S32，否则继续等待；S32，接收缓冲区中的音频数据是否大于等于1，是则进行步骤S33，否则进行步骤S31；S33，将接收缓冲区中的音频数据和步骤S13识别到目的设备标识号组装成音频数据包通过网络发送；S34，音频数据发送统计值SendAudio累加1，节拍统计值period累加1；S35，结束数据发送，继续进行步骤S31。

进一步地，所述音频数据堵塞的处理过程，包括如下子步骤：S41，计算当前1s的diffAudo与前1s的diffAudo差值offsetValue；S42，如果offsetValue>0，进行步骤S43；如果offsetValue<0，进行步骤S49；S43，正常情况下音频数据包按4ms周期进行发送，1s内传输的音频数据包为1000/4＝250个；当前offsetValue>0，后1s内需要传输的音频数据包为250+offsetValue个，才能保证音频数据包不会在接收缓冲区堵塞；根据公式mixValue＝250/offsetValue，计算mixValue值；S44，根据如下处理过程计算需要混音处理的发送时刻mixPeriod[i]，

For(i＝1；i<＝offsetValue；i++)

{

mixPeriod[i]＝i*mixValue；

}；

S45，当步骤S33中节拍值period值等于mixPeriod[i]时，采用平均调整权重法对当前相邻两包的音频数据进行混音处理，平均调整权重法的具体公式为mixAudio[offset]＝(Audio1[offset]+Audio2[offset])/2；S46，将mixAudio作为新的音频数据通过步骤S33进行组装发送；S47，步骤S34中的音频数据发送统计值SendAudio累加2；S48，继续进行步骤S45的处理，直到所有的mixPeriod[i]值都遍历完；S49，结束处理，当1s时钟周期到时，继续进行步骤S41。

进一步地，在步骤S44中，当offsetValue为3时，需要混音处理的发送时刻有3个，分别为mixPeriod[0]＝83,mixPeriod[1]＝166,mixPeriod[2]＝249。

本发明的有益效果包括：

通过本发明实现的音频控制同步方法，可以在不动原有音频数据处理框架的基础上，用最精简有效的算法和处理逻辑解决了频率偏移引起的音频不同步问题，将频率偏移的影响控制在当前设备，不会在后端设备造成频偏叠加的影响。同时音频的混音算法采用了2通道的平均调整权重法，也使得音频数据再不引入新的噪声的情况下，达到了音频数据最大程度的保真。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为客舱广播和内话***的结构框图；

图2为本发明实施例中音频控制文接收流程图；

图3为本发明实施例中音频数据接收流程图；

图4为本发明实施例中音频数据发送流程图。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

实施例1：本实施例针对背景技术中提出的问题，在现有音频通讯接口满足ARINC628P3协议的基础上，提出了一种适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法，用以解决客舱广播和内话***中的多个设备由于频率偏移导致音频不同步的问题，具体包括步骤：根据音频数据的接收处理过程和音频数据的发送处理过程中设定的比较值，在音频数据的发送处理过程中增加由于收发频率不一致导致的音频数据堵塞的处理过程。

如图1所示，客舱广播和内话***用于为驾驶员和客舱乘务员提供旅客广播、群组会议、紧急/正常呼叫、音视频播放等业务，通常由音频采集设备、音频传输中转设备、音频控制播放设备、话筒、听筒和扬声器等部件组成，***的结构框图如图1所示。音频采集设备完成驾驶员话筒、客舱乘务员话筒、背景音乐、预录音频、视频等声音的采集，音频数据按16位进行采样，采样率为48KHZ。音频传输中转设备完成客舱广播和内话***音频的传输控制功能，为整个***的核心控制枢纽，实现的功能包括广播/内话优先级控制、音频数据分发中转控制、音量和指示灯控制、***维护等逻辑处理。音频控制播放设备完成音频数据的驱动播放，为整个***的末端控制单元，用以直接驱动扬声器、听筒的声音播放。

实施例2：在实施例1的基础上，在本实施例中，以最复杂、最核心的音频传输中转设备来阐述本发明的方法，即包括如何实现音频同步的自适应控制实现机制，音频控制播放设备可以直接借鉴。音频传输中转设备通常包括音频控制数据的接收处理、音频数据的接收处理、音频数据的发送处理等过程。音频控制数据的接收处理步骤如图2所示，具体实现步骤为：

步骤11，通过预先定义网络端口接收网络音频控制报文；

步骤12，根据接收端口和发送来源IP地址识别音频控制报文的来源，来源包括驾驶舱话筒、客舱话筒和娱乐***预先存储的背景音乐、预录音频和视频等；

步骤13，对接收到的音频控制报文进行数据解析；

步骤14，识别音频控制信息，判断控制信息为启动音频播放还是停止音频播放，如果是启动音频播放，进行步骤15；如果是停止音频播放，进行步骤16；

步骤15，根据客舱广播和内话***的广播和内话优先级判断启动音频播放来源设备的优先级是否高于当前播放音频来源的优先级，如果高于当前播放音频来源的优先级，则置音频播放状态为播放，否则置为停止播放；

步骤16，结束数据处理，继续等待下一帧网络音频控制报文。

音频数据的接收处理步骤如图3所示，具体实现步骤为：

步骤21，通过预先定义网络端口接收网络音频数据报文；

步骤22，根据接收端口和发送来源IP地址识别音频数据报文的来源；

步骤23，如果数据报文的接收来源与步骤15中处于播放状态的来源设备一致，则进行步骤24，否则进行步骤26；

步骤24，将音频数据存储到接收缓冲区；

步骤25，音频数据接收统计值RevAudio累加1；

步骤26，结束数据处理，继续等待下一帧网络音频数据报文。

音频数据的发送处理步骤如图4所示，具体实现步骤为：

步骤31，接收到4ms的时钟中断则进行步骤32，否则继续等待；

步骤32，接收缓冲区中的音频数据是否大于等于1，是则进行步骤33，否则进行步骤31；

步骤33，将接收缓冲区中的音频数据和步骤13识别到目的设备标识号组装成音频数据包通过网络发送；

步骤34，音频数据发送统计值SendAudio累加1，节拍统计值period累加1；

步骤35，结束数据发送，继续进行步骤31。

音频同步控制过程需要在音频数据的发送处理过程中增加由于收发频率不一致导致的音频数据堵塞的处理过程，具体实现方案为，以1s为周期计算步骤25中音频接收数据统计值RevAudio和步骤34中音频数据发送统计值SendAudio差值diffAudo，如果当前1s的diffAudo与前1s的diffAudo值相同，则音频传输中转设备与音频采集设备不存在频率偏移，如果不同，则存在频率偏移，需要消除频率偏移引起的音频传输不同步，具体实现步骤如下：

步骤41，计算当前1s的diffAudo与前1s的diffAudo差值offsetValue；

步骤42，如果offsetValue>0，说明音频传输中转设备的时钟频率比音频采集设备小，进行步骤43；如果offsetValue<0,说明音频传输中转设备的运行时钟频率比音频采集设备大，理论上时钟频率大，数据接收缓冲区中的数据不会存在发送滞后，造成音频数据堵塞，所以直接进行步骤49；

步骤43，正常情况下音频数据包按4ms周期进行发送，1s内可传输的音频数据包为1000/4＝250个。当前offsetValue>0，后1s内需要传输的音频数据包为250+offsetValue个才能保证音频数据包不会在接收缓冲区堵塞。根据公式mixValue＝250/offsetValue计算mixValue值。

步骤44，根据如下处理过程计算需要混音处理的发送时刻mixPeriod[i],比如offsetValue为3时，需要混音处理的发送时刻有3个，分别为mixPeriod[0]＝83,mixPeriod[1]＝166,mixPeriod[2]＝249；

For(i＝1；i<＝offsetValue；i++)

{

mixPeriod[i]＝i*mixValue；

}

步骤45，当步骤33中节拍值period值等于mixPeriod[i]时，采用平均调整权重法对当前相邻两包的音频数据进行混音处理，平均调整权重法的具体公式为mixAudio[offset]＝(Audio1[offset]+Audio2[offset])/2；

步骤46，将mixAudio作为新的音频数据通过步骤33进行组装发送；

步骤47，步骤34中的音频数据发送统计值SendAudio累加2；

步骤48，继续进行步骤45的处理，直到所有的mixPeriod[i]值都遍历完。

步骤49，结束处理，当1s时钟周期到时，继续进行步骤41。

通过上述方案实现的音频控制同步方法，可以在不动原有音频数据处理框架的基础上，用最精简有效的方法和处理逻辑解决了频率偏移引起的音频不同步问题，将频率偏移的影响控制在当前设备，不会在后端设备造成频偏叠加的影响。同时音频的混音算法采用了2通道的平均调整权重法，也使得音频数据再不引入新的噪声的情况下，达到了音频数据最大程度的保真。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种适用于机载客舱嵌入式设备间音频同步控制的处理方法，其特征在于，包括步骤：根据音频数据的接收处理过程和音频数据的发送处理过程中设定的比较值，在音频数据的发送处理过程中增加由于收发频率不一致导致的音频数据堵塞的处理过程；所述音频数据堵塞的处理过程包括子步骤：以设定时间为周期计算音频接收数据统计值RevAudio和音频数据发送统计值SendAudio的差值diffAudo，如果当前设定时间的diffAudo与前一设定时间的diffAudo值相同，则音频传输中转设备与音频采集设备不存在频率偏移，如果不同，则存在频率偏移，消除频率偏移引起的音频传输不同步；还包括音频控制数据的接收处理过程；

音频控制数据的接收处理过程，包括如下子步骤：

S11，通过预先定义网络端口接收网络音频控制报文；

S12，根据接收端口和发送来源IP地址识别音频控制报文的来源，来源包括驾驶舱话筒、客舱话筒和娱乐***预先存储的背景音乐、预录音频和视频；

S13，对接收到的音频控制报文进行数据解析；

S14，识别音频控制信息，判断控制信息为启动音频播放还是停止音频播放，如果是启动音频播放，进行步骤S15；如果是停止音频播放，进行步骤S16；

S15，根据客舱广播、内话***的广播和内话优先级判断启动音频播放来源设备的优先级是否高于当前播放音频来源的优先级，如果高于当前播放音频来源的优先级，则置音频播放状态为播放，否则置为停止播放；

S16，结束数据处理，继续等待下一帧网络音频控制报文；

音频数据的接收处理过程，包括如下子步骤：

S21，通过预先定义网络端口接收网络音频数据报文；

S22，根据接收端口和发送来源IP地址识别音频数据报文的来源；

S23，如果数据报文的接收来源与步骤S15中处于播放状态的来源设备一致，则进行步骤S24，否则进行步骤S26；

S24，将音频数据存储到接收缓冲区；

S25，音频数据接收统计值RevAudio累加1；

S26，结束数据处理，继续等待下一帧网络音频数据报文；

音频数据的发送处理过程，包括如下子步骤：

S31，接收到4ms的时钟中断则进行步骤S32，否则继续等待；

S32，接收缓冲区中的音频数据是否大于等于1，是则进行步骤S33，否则进行步骤S31；

S33，将接收缓冲区中的音频数据和步骤S13识别到目的设备标识号组装成音频数据包通过网络发送；

S34，音频数据发送统计值SendAudio累加1，节拍统计值period累加1；

S35，结束数据发送，继续进行步骤S31；

音频数据堵塞的处理过程，包括如下子步骤：

S41，计算当前1s的diffAudo与前1s的diffAudo差值offsetValue；

S42，如果offsetValue>0，进行步骤S43；如果offsetValue<0，进行步骤S49；

S43，正常情况下音频数据包按4ms周期进行发送，1s内传输的音频数据包为1000/4=250个；当前offsetValue>0，后1s内需要传输的音频数据包为250+offsetValue个，才能保证音频数据包不会在接收缓冲区堵塞；根据公式mixValue=250/offsetValue，计算mixValue值；

S44，根据如下处理过程计算需要混音处理的发送时刻mixPeriod[i]，

For（i=1;i<=offsetValue; i++）

{

mixPeriod[i] = i*mixValue;

}；

S45，当步骤S33中节拍值period值等于mixPeriod[i]时，采用平均调整权重法对当前相邻两包的音频数据进行混音处理，平均调整权重法的具体公式为mixAudio[offset] =(Audio1[offset]+ Audio2[offset])/2；

S46，将mixAudio作为新的音频数据通过步骤S33进行组装发送；

S47，步骤S34中的音频数据发送统计值SendAudio累加2；

S48，继续进行步骤S45的处理，直到所有的mixPeriod[i]值都遍历完；

S49，结束处理，当1s时钟周期到时，继续进行步骤S41。