-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen elektronische Systeme, und sie
betrifft insbesondere verteilte Audiosysteme.
-
BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
-
Das
moderne Leben hängt
immer mehr von elektronischen Systemen ab. Elektronische Geräte entwickelten
sich zu äußerst raffinierten
Geräten
und sind in vielen verschiedenen Anwendungen zu finden. Mit zunehmender
Einbindung der Elektronik in das tägliche Leben wird ihre Fähigkeit,
miteinander zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten, eine immer
größere Notwendigkeit.
-
Die
Fähigkeit
zur Zusammenarbeit für
elektronische Geräte
ist besonders problematisch, wenn die Geräte voneinander entfernt sind.
In vielen Anwendungen müssen
ferngesteuerte Geräte
gut miteinander integriert sein, um richtig zu funktionieren. Zum
Beispiel müssen
in einigen Audiosystemen ferngesteuerte Geräte synchronisiert werden, um
richtig miteinander zu funktionieren. Ohne ein wirksames Mittel
zur Synchronisation dieser Audiogeräte können die getrennten Audiogeräte nicht
wirksam miteinander funktionieren.
-
Genauer
gesagt, ist es oft wünschenswert, dass
ferngesteuerte Audiogeräte
synchronisiert sind, derart dass Ausgaben und Eingaben an den ferngesteuerten
Audiogeräten
zusammen erfolgen. Dies verbessert die Tonqualität durch Begrenzen von Störung zwischen
Tönen,
die durch ferngesteuerte Geräte
erzeugt werden.
-
Unglücklicherweise
war es in der Vergangenheit schwierig, die benötigte Synchronisation zwischen
ferngesteuerten Audiogeräten
bereitzustellen. Zum Beispiel sind die Geräte in einigen Fällen weit genug
entfernt, dass die gemeinsame Benutzung eines Hochgeschwindigkeitstaktsignals
zwischen Geräte
unpraktisch oder andernfalls unerwünscht ist.
-
Demnach
besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Synchronisieren
von ferngesteuerten Audiogeräten.
-
US-A-5923902 offenbart
ein Gerät
mit mehreren ferngesteuerten Audiogeräten, die jeweils an einen Bus
mit damit verbundener Synchronisation gekoppelt sind.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein Vorrichtung und ein entsprechendes
Verfahren bereit, wobei die Vorrichtung aufweist:
mehrere ferngesteuerte
Audiogeräte,
wobei jedes der mehreren Audiogeräte an einen Bus gekoppelt ist und
ein Bussignal empfängt,
und jedes der mehreren Audiogeräte
aufweist:
einen Mikrofoneingang, wobei der Mikrofoneingang so
ausgelegt ist, dass er Ton zur Verteilung auf dem Bus abtastet;
einen
Lautsprecher, der so ausgelegt ist, dass er Ton ausgibt, der auf
dem Bus verteilt wird;
einen Takt, wobei der Takt eine Taktfrequenz
aufweist; und
ein Synchronisationsmittel, wobei das Synchronisationsmittel
so ausgelegt ist, dass es das Bussignal empfängt und das Bussignal mit dem
Takt vergleicht, und das Synchronisationsmittel ferner so ausgelegt ist,
dass es die Taktfrequenz des Takts einstellt, um die Abtastung von
Ton mit der Abtastung von Ton an einem anderen der mehreren Audiogeräte zu synchronisieren.
-
Die
bevorzugte beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den
angehängten
Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente
bezeichnen und:
-
1 eine
schematische Ansicht eines verteilten Audiosystems ist;
-
2 eine
schematische Ansicht eines Audiogeräts mit einem Synchronisationsmechanismus ist;
-
3 ein
Flussdiagramm eines Synchronisationsverfahrens ist;
-
4 eine
Tabelle ist, welche eine Takteinstellungsschema veranschaulicht;
und
-
5 eine
Tabelle ist, welche ein Schema veranschaulicht, um zu bestimmen,
wann Takteinstellungen durchzuführen
sind.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung stellt einen Synchronisationsmechanismus und
ein Synchronisationsverfahren zum Synchronisieren von ferngesteuerten
Audiogeräten,
die mit einem Bus verkoppelt sind, bereit. Der Synchronisationsmechanismus
vergleicht ein Signal auf dem Bus mit einem Taktsignal am Audiogerät und stellt
den Takt als Reaktion auf den Vergleich ein. Dies ermöglicht es
dem Synchronisationsmechanismus, ferngesteuerte Audiogeräte ohne
die Notwendigkeit hochgenauer Taktgeber oder anderer komplizierter
Lösungen
genau zu synchronisieren.
-
Der
Synchronisationsmechanismus und das Synchronisationsverfahren sind
insbesondere auf das Synchronisieren von ferngesteuerten Audiogeräten in einem
verteilten Audiosystem anwendbar, die zu Kommunikationszwecken digital
abtasten und rundsenden. In dieser Anwendung verbessert der Synchronisationsmechanismus
die Audioqualität durch
Synchronisieren der Abtastung und der Ausgabe jedes Audiogeräts auf dem
Bus. Dies verbessert die Audioqualität durch Verringern der Verzerrung, die
infolge eines Variierens von Abtastzeiten auftritt.
-
Zum
Beispiel kann der Synchronisationsmechanismus in einem verteilten
Audiosystem für
Luftfahrzeuge verwendet werden. In Audiosystemen von Luftfahrzeugen
sind mehrere Audiobedientafeln überall
im Luftfahrzeug angeordnet, um die Kommunikation zwischen Mannschaftsmitgliedern
und/oder Bodenstationen zu ermöglichen.
In diesen Anwendungen weist jede Audiobedientafel normalerweise einen
Mikrofoneingang und einen Lautsprecherausgang auf. Jede Audiobedientafel
ist an einen Bus angeschlossen. Demnach können Audioinformationen an
jeder Mikrofoneinheit empfangen und zur Verteilung an andere Audiobedientafeln,
wo sie durch Lautsprecher auf den Audiobedientafeln ausgegeben werden,
auf den Bus gesetzt werden. Dieses verteilte Audiosystem ermöglicht es
demnach den Mannschaftsmitgliedern an verschiedenen Aufenthaltsorten überall im
Flugzeug, auf wirksame Weise mit einander zu kommunizieren.
-
In
Luftfahrzeugen ist die Audioqualität, welche durch das verteilte
Audiosystem bereitgestellt wird, von größter Bedeutung. Ohne eine Synchronisation
der Abtastungs- und Ausgabezeiten kann die Audioqualität des verteilten
Audiosystems stark eingeschränkt
werden. Die vorliegende Erfindung stellt einen Synchronisationsmechanismus
und ein Synchronisationsverfahren bereit, welche die Operationen
von ferngesteuerten Audiobedientafeln in einem verteilten Audio system
von Luftfahrzeugen synchronisieren können. Der Synchronisationsmechanismus wird
verwendet, um die Abtastung und die Ausgabe, die an jeder Audiobedientafel
stattfinden, zu synchronisieren. Außerdem kann der Synchronisationsmechanismus
verwendet werden, um eine richtige Zeitteilung von Datenübertragung
auf dem Bus zu erreichen. Die Synchronisation von Abtastung und
Datenübertragung
führt zu
einer verbesserten Audioqualität
im System und ermöglicht
es der Mannschaft des Busses, auf einfache und wirksame Weise zu
kommunizieren.
-
Nunmehr
unter Zuwendung zu 1 ist ein beispielhaftes verteiltes
Audiosystem 100 schematisch dargestellt. Das vereilte Audiosystem 100 weist Audiogeräte 1 bis
6 auf, die mit einem Bus 104 miteinander gekoppelt sind.
Das verteilte Audiosystem 100 ermöglicht die Kommunikation zwischen
Personen an entfernten Aufenthaltsorten, wie beispielsweise zwischen
verschiedenen Mannschaftsmitgliedern eines Luftfahrzeugs. Die Audiokommunikation
wird an jedem Audiogerät
empfangen und über
den Bus 104 an die anderen Audiogeräte gesendet, wo sie ausgegeben
wird. Wie ausführlicher
erläutert
wird, ist der Bus 104 vorzugsweise ein digitaler Bus, der
Multiplexen verwendet, um eine Kommunikation von jedem Audiogerät zu jedem
anderen Audiogerät
im System 100 auf einem einzigen Bus zu ermöglichen.
-
Nunmehr
unter Zuwendung zu 2 ist eine ausführlichere
schematische Ansicht eines beispielhaften Audiogeräts 200 veranschaulicht.
Das Audiogerät 200 weist
einen Bus-I/O, einen Mikrofoneingang, einen Lautsprecherausgang,
einen Analog-Digital-Wandler (ADC), einen Digital-Analog-Wandler (DAC)
und einen Synchronisationsmechanismus auf. Der Mikrofoneingang empfängt Audiokommunikation von
einem Benutzer und sendet sie an den ADC, wo sie auf digital umgewandelt
wird und auf den Bus-I/O gesetzt wird. Der DAC empfängt Audiosignale
vom Bus-I/O und gibt die umgewandelten Signale an den Lautsprecher
weiter, wo sie an den Benutzer zurück ausgegeben werden. Der Mikrofoneingang
kann jede geeignete Art von Audioeingang sein, der Schallwellen
in geeignete elektrische Signale umwandelt, einschließlich Headset-Mikrofone,
die in Luftfahrzeugen allgemein verwendet werden, Telefonapparate
und anderer Audioeingänge.
Der Lautsprecherausgang kann jeder geeignete Audioausgang sein,
der elektrische Signale in Hörschall
umwandelt, einschließlich Lautsprecher,
Kopfhörer,
Intercom-Systeme, Telefonapparate und anderer solcher Geräte.
-
Der
ADC und der DAC können
jede geeignete Art von Wandler sein. Zum Beispiel können sie
lineare Wandler aufweisen, welche 16-Bit-Audio in ein Signal von
16 Bits je Signalprobe umwandelt. Diese Signalproben können dann
in 8 Bits je Signalprobe umgewandelt werden, so dass jeweils zwei
Signalproben bei einer niedrigeren Rate gesendet werden können.
-
Gleichermaßen kann
der Bus-I/O jede geeignete Art von Busschnittstelle sein. In einem
Beispiel ist der Bus ein digitaler zeitlich gemultiplexter Bus.
In dieser Art von Bus überträgt jedes
Audiogerät
in seinem eigenen spezifizierten Zeitschlitz. Entsprechend könnte der
Bus-I/O einen CODEC aufweisen, der auf den Bus zu setzende Daten
codiert und Daten vom Bus decodiert, wobei er irgendein geeignetes
Codierungsschema verwendet. Der Bus-I/O empfängt demnach Audiosignalproben,
die vom Mikrofoneingang aufgenommen und durch den ADC umgewandelt
werden, und codiert diese Signalproben in ein Format, das für eine digitale
Busübertragung
geeignet ist. Der Bus-I/O setzt dann diese Signalproben in einem
Zeitschlitz, der für
das Audiogerät
spezifiziert wurde, auf den Bus. Gleichermaßen empfängt der Bus-I/O Signale von
den Zeitschlitzen, die anderen Audiogeräten zugeordnet sind. Diese
Signale können
decodiert, gefiltert und summiert werden, und die resultierende Ausgabe
wird an den DAC weitergegeben. Der DAC wandelt die resultierende
Ausgabe um und sendet sie an den Lautsprecher zur Ausgabe an den
Benutzer.
-
Der
Synchronisationsmechanismus synchronisiert die Abtastzeit des Mikrofoneingangs
mit der Abtastung von Mikrofonen bei anderen Audiogeräten. Außerdem kann
der Synchronisationsmechanismus die Ausgabe des Lautsprechers mit
den Ausgaben von anderen Audiogeräten synchronisieren. Schließlich kann
der Synchronisationsmechanismus verwendet werden, um die Anordnung
von Daten auf dem Bus-I/O durch jedes Audiogerät zeitlich abzustimmen, um
eine geeignete Zeitteilung von Datenübertragung auf dem Bus zu erreichen.
-
Der
Synchronisationsmechanismus synchronisiert die Audiogeräte durch
Vergleichen der Ankunftszeit irgendeines spezifizierten Abschnitts
des Bussignals mit einem Takt im Audiogerät. Wenn die Beziehung zwischen
der Ankunftszeit und dem Takt verschoben ist, stellt der Synchronisationsmechanismus
die Taktfrequenz ein, um die Zeitgabe zu korrigieren. Feine Einstellungen
in der Taktfrequenz werden verwendet, um den Takt in der richtigen
Phasenbeziehung mit dem Bussignal zu bewegen. Diese Vergleiche erfolgen
vorzugsweise in regelmäßigen Abständen, wie
beispielsweise bei jeder Ankunft eines Pakets auf dem Bus. Durch
kontinuierliches Vergleichen des Takts mit der Ankunftszeit des
spezifizierten Abschnitts des Bussignals und anschließendes Einstellen
des Takts als Reaktion auf den Vergleich kann der Takt in die richtige
Phasenbeziehung mit dem Bussignal gesetzt und darin gehalten werden.
Wenn solch ein Synchronisationsmechanismus sich in jedem Audiogerät befindet
und in Betrieb ist, können
die Takte in jedem Audiogerät
mit dem Bus und demnach miteinander synchronisiert werden. Dies
ermöglicht
es, alle Audiogeräte
in dem verteilten Audiosystem zu synchronisieren, derart dass jedes Audiogerät gleich zeitig
vom Mikrofoneingang abtastet und zum Lautsprecherausgang ausgibt.
-
Der
Synchronisationsmechanismus kann die Taktfrequenz auf jede geeignete
Art und Weise und mit jeder geeigneten Verfahrensweise selektiv
einstellen. Ein Verfahren zum selektiven Einstellen der Taktfrequenz
ist, Taktzyklen selektiv zum Quelltakt, der zur Erzeugung des Zeittakts
verwendet wird, zu addieren oder davon zu subtrahieren. In dieser
Erörterung
wird der Begriff „Zeittakt" verwendet, um den Takt
zu unterscheiden, der zur Synchronisation einzustellen ist. Der
Zeittakt ist im Allgemeinen ein Takt, der die Zeitgabe der Abtastung
von Audiosignalen vom Mikrofoneingang und der Ausgabe von Audiosignalen
am Lautsprecherausgang direkt oder indirekt steuert.
-
In
Systemen, die eine Vielfalt von Takten verwenden, ist es üblich, dass
ein Hochgeschwindigkeitstakt als die Basis für andere Takte in dem System
dient. Zum Beispiel kann das interne Audiogerät einen 80-MHz-Quelltakt aufweisen,
der als der Quelltakt für
andere Takte im System dient. Diese anderen Takte würden durch
Herunterteilen des 80-MHz-Takts auf eine niedrigere Taktgeschwindigkeit
erzeugt werden. Zum Beispiel kann der 80-MHz-Takt durch zehn heruntergeteilt
werden, um einen 8-MHz-Zeittakt zu erzeugen. Der 8-MHz-Zeittakt
kann weiter heruntergeteilt werden, um andere Takte bereitzustellen,
wie beispielsweise Teilen durch zwei, um einen 4-MHz-Bittakt bereitzustellen,
der die Abtastung direkt steuert. Natürlich ist dies nur ein Beispiel
für die
Art von Taktanordnung, die der Synchronisationsmechanismus darauf
anwendet.
-
In
solch einem System ist eine Möglichkeit, die
Taktfrequenz des Zeittakts einzustellen, Taktzyklen selektiv zum
Quelltakt, der zum Erzeugen des Takts verwendet wird, zu addieren
oder davon zu subtrahieren.
-
Zum
Beispiel kann in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen dem Zeittakt und der Ankunft des Bussignals
der Zeittakt durch Addieren (oder Subtrahieren) von 0, 1, 2, 3 oder
4 Quelltaktsignalen zum/vom Haupttakt eingestellt werden. In dem
Beispiel, das einen 80-MHz-Quelltakt
und einen 8-MHz-Zeittakt verwendet, kann der Zeittakt durch Addieren
von ± 1, ± 2, ± 3 oder ± 4 Quelltaktsignalen zwischen
Zeittaktzyklen eingestellt werden. Dies erzeugt eine Feineinstellung
in der Frequenz des 8-MHz-Zeittakts, welcher wiederum den 4-MHz-Bittakt einstellt.
Demnach können
durch selektives Wählen
des Betrags an Einstellung, die am Zeittakt vorgenommen wird, der
Zeittakt und der Bittakt in eine richtige Phasenbeziehung mit dem
Bussignal bewegt werden. Als ein Beispiel zählt der 80-MHz-in-8-MHz-Teiler normalerweise
10 Übergänge zwischen
Schaltern des Ausgabezustandes. Dies bewirkt, dass der 80-MHz-Eingangstakt zu einer 8-MHz-Ausgabe
führt.
Die Frequenz der Ausgabe kann statt durch Zählen von 9 oder 11 Übergängen zwischen
Schaltern zwischen 1- und 4-mal während jedes 128-Mikrosekunden-Buszyklus
eingestellt werden.
-
Nunmehr
unter Zuwendung auf 3 ist ein Verfahren 300 zum
Synchronisieren von Audiogeräten
veranschaulicht. Der erste Schritt 302 ist, die Bussignalankunft
mit dem Taktsignal zu vergleichen. Normalerweise kann dies durch
Vergleichen eines bekannten Punkts auf dem Bussignal, wie beispielsweise
eines ausgewählten
Zeitschlitzes, mit einer ausgewählten
Taktflanke erfolgen. Der Differenzbetrag von einer gewünschten
Taktphase und der aktuellen Taktphase kann durch Messen, wann ein
ausgewählter
Punkt auf dem Bussignal ankommt, und Vergleichen desselben mit der
Phase des Taktes und Vergleichen der Differenz mit der gewünschten
Zeitdifferenz bestimmt werden. Demnach kann bestimmt werden, wann
das Taktsignal die richtige Phasenbeziehung mit dem Bussignal hat,
und um welchen Betrag es verschoben ist, wenn überhaupt. Es ist zu erwähnen, dass
der Zeittakt nicht direkt verglichen zu werden braucht, sondern
dass stattdessen ein abgeleiteter Takt, wie etwa der beispielhafte
4-MHz-Bittakt verglichen werden kann, um indirekt Informationen über die
Zeitgabe des Zeittakts zu geben.
-
Der
nächste
Schritt 304 ist, die Anzahl von Quelltaktzyklen zu bestimmen,
die benötigt
werden, um die Einstellung vorzunehmen. Im Allgemeinen ist die benötigte Takteinstellung
umso größer, je
größer der
Phasenfehler ist. Nunmehr unter Zuwendung auf 4 veranschaulicht
eine Tabelle 400 ein Einstellungsschema, wobei der Quelltakt
ein 80-MHz-Takt ist und der Zeittakt ein 8-MHz-Takt ist. Tabelle 400 veranschaulicht
einen Satz von Takteinstellungen, der im Synchronisationsverfahren
verwendet werden kann. Wenn zum Beispiel die absolute Zeitdifferenz zwischen
einem Taktereignis und einem ausgewählten Abschnitt des Bussignals
0,0 bis 1,6 Mikrosekunden beträgt,
wird der Takt nicht verstellt. Wenn die Differenz zwischen 1,6 und
4,8 Mikrosekunden liegt, wird der 8-MHz-Zeittakt um einen 80-MHz-Taktzyklus verstellt.
Demnach wird ein zusätzlicher 80-MHz-Taktzyklus
zum 8-MHz-Zeitgabezyklus addiert oder davon subtrahiert, wodurch
die Rate des 8-MHz-Taktsignals
etwas verstellt wird. Wenn das Audiogerät früh mit dem Bussignal verglichen
wird, werden Taktzyklen addiert, um es das nächste Mal später zu machen.
Wenn das Audiogerät
verspätet ist,
werden Taktzyklen subtrahiert, um es das nächste Mal früher zu machen. 4 zeigt
demnach ein Beispiel dafür,
wie der Betrag der benötigten
Takteinstellung basierend auf der festgestellten absoluten Zeitdifferenz
bestimmt werden kann.
-
Um
wieder auf das Verfahren 300 zurückzukommen, ist der nächste Schritt 306,
Quelltaktzyklen zum Zeittakt zu addieren oder davon zu subtrahieren. Die
Anzahl von addierten oder subtrahierten Zyklen würde dann bei Schritt 304 bestimmt
werden. Diese Zyklen werden durch den Taktteiler addiert oder subtrahiert.
-
Vorzugsweise
werden bei Durchführung
vielfacher Taktzykluseinstellungen diese über den gesamten Taktzyklus
verteilt. Dies ermöglicht
es, dass das System nur geringe Änderungen,
die verhältnismäßig oft
durchgeführt
werden, statt große Änderungen,
die systemstörender
sein könnten,
vornehmen muss. Nunmehr unter Zuwendung zu 5 veranschaulicht
Tabelle 500 ein Beispiel dafür, wie vielfache Taktzykluseinstellungen über den
Taktzyklus verteilt werden können.
Wenn nur ein 80-MHz-Taktzyklus zum 8-MHz-Takt zu addieren oder davon
zu subtrahieren ist, erfolgt die Änderung am spezifizierten Bussignalzeitschlitz.
Wenn zwei 80-MHz-Taktzyklen addiert
oder subtrahiert werden, dann erfolgt einer am Schlitz und der andere
64 Mikrosekunden vom Schlitz. Dies verteilt die resultierende Änderung über den
ganzen 8-MHz-Zeittaktzyklus.
-
Es
ist wieder zu erwähnen,
dass die in 4 und 5 angegeben
Werte nur ein Beispiel für
die Art von Bestimmungen sind, die beim Einstellen des Zyklus des
Takts vorgenommen werden können.
Für Systeme
mit verschiedenen Taktgeschwindigkeiten würden sich die Zeitdifferenz
und die Menge von Zyklen, die verwendet werden, im Allgemeinen ändern.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt demnach einen Synchronisationsmechanismus
und ein Synchronisationsverfahren zum Synchronisieren von ferngesteuerten
Audiogeräten
bereit, die mit einem Bus miteinander gekoppelt sind. Der Synchronisationsmechanismus
vergleicht ein Signal auf dem Bus mit einem Taktsignal am Audiogerät und stellt
den Takt als Reaktion auf den Vergleich ein. Dies ermöglicht es
dem Synchronisationsmechanismus, ferngesteuerte Audiogeräte ohne
die Notwendigkeit hochgenauer Taktgeber oder anderer komplizierter
Lösungen
zu synchronisieren.
-
Der
Synchronisationsmechanismus und das Synchronisationsverfahren sind
insbesondere auf das Synchronisieren von ferngesteuerten Audiogeräten in einem
verteilten Audiosystem anwendbar, die zu Kommunikationszwecken digital
abtasten und rundsenden. In dieser Anwendung verbessert der Synchronisationsmechanismus
die Audioqualität durch
Synchronisieren der Abtastung und der Ausgabe jedes Audiogeräts auf dem
Bus. Dies verbessert die Audioqualität durch Verringern der Verzerrung, die
infolge des Variierens von Abtastzeiten auftritt.