Método y sistema de transferencia de datos para altavoces en un sistema de reproducción de sonido digital.

Un método de transferencia de datos en un sistema digital de reproducción de sonido,

comprendiendo elmétodo pasos para

- generar un flujo de audio digital para canales múltiples en una fuente de datos de ordenador principal, porejemplo un ordenador (1), estando el flujo de audio formado por múltiples muestras consecutivas,

- recibir el flujo de audio digital enviado por la fuente (1) de datos de ordenador principal a través de una red detransmisión de datos digital por medio de varios receptores digitales (2), cada uno de los cuales incluye unmicrocontrolador con un reloj, incluyendo además los receptores (2) medios para generar una señal de audiofuera del flujo de audio digital,

caracterizado porque

- la fuente (1) de datos de ordenador principal inicia la sincronización de los receptores (2) enviandorepetidamente una muestra de sincronización (60) a cada uno de los receptores (2),

- cada receptor (2) contesta a la muestra de sincronización (60) mediante una muestra de retorno (61),

- la fuente (1) de datos de ordenador principal calcula la latencia (T) para cada receptor (2) basándose en eltiempo de envío (Th1) de la muestra de sincronización (60) y el tiempo de recepción (Th2) de la muestra deretorno (61) y un tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) del receptor (2), cuyo tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) es eltiempo que consume el receptor (2) entre la recepción de la muestra de sincronización (60) y el envío de lamuestra de retorno (61),

- la fuente (1) de datos de ordenador principal envía a cada receptor (2) información sobre una estimación delreloj de la fuente (1) de datos de ordenador principal en el tiempo en que el receptor (2) recibió la muestra desincronización (60),

- basándose en esta información, cada receptor (2) ajusta la función de su reloj, y

- se repiten continuamente los anteriores pasos de sincronización.

Método y sistema de transferencia de datos para altavoces en un sistema de reproducción de sonido digital

La presente invención se refiere a un método de transferencia de datos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La invención se refiere también a un sistema de transferencia de datos.

De acuerdo con la técnica anterior, existen varios sistemas comerciales para la reproducción de audio digital en redes digitales. Por ejemplo, están disponibles actualmente los siguientes productos. La red Cobra Net™ de Gibson MaGIC™, EtherSound™, Livewire™, MADI™ y otros describen sistemas mediante los cuales se pueden dirigir flujos o corrientes de datos de audio a altavoces digitales o sistemas de reproducción de sonido. Básicamente, la calidad de la reproducción en estos sistemas es bastante buena para uso doméstico, pero la tecnología de transferencia digital causa algunos problemas en uso profesional.

De acuerdo con la técnica anterior, los anteriores problemas han sido resueltos almacenando temporalmente la información en receptores y controlando la descarga de información desde los receptores.

Con más detalle, para sincronizar relojes sobre conexiones de Ethernet se debe medir el tiempo exacto de recorrido de paquetes de red. Esto es difícil por dos razones. En primer lugar, el conector de red estándar APT introducirá latencia aleatoria entre llamar la función-enviar de modo-usuario y la salida real del paquete con dependencia del estado del sistema operativo. Lo mismo se aplica también a la recepción de paquetes, no pudiendo ser exactamente determinado el tiempo entre la recepción del paquete desde la red y su indicación al proceso de modo-usuario que escucha al conector de UDP.

En segundo lugar, cuando un paquete se desplaza a través de la red pasará por uno o más concentradores, conmutadores y encaminadotes (routers) . Cada dispositivo puede retrasar aleatoriamente los paquetes, dependiendo de la carga de la red y del estado del dispositivo. Esto introduce latencia de aleatoriedad en el tiempo de recorrido que no puede ser predicha. Cuando se mide, se encuentra que la latencia es casi constante para la mayoría de los paquetes, pero algunos paquetes pueden ser retrasados en varias centenas de microsegundos o incluso más.

Algunas soluciones para la sincronización de redes se presentan en los siguientes documentos:

BLUM P ET AL: “Evaluación basada en trazas de algoritmos de sincronización de reloj para altavoces inalámbricos”, EMBEDDED SYSTEMS FOR REAL-TIME MULTIMEDIA, 2004. ESTIMEDIA 2004. 2ND W ORKSHOP ON STOCKHOLM, SWEDEN SEPT. 6-7, 2004, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, 6 de septiembre de 2004, páginas 7-12, XP010742643, ISBN: 978-0-7803-8631-0.

MILLS D L: “INTERNET TIME SYNCHRONIZATION: THE NETWORK TIME PROTOCOL”, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, VOI. 39, no. 10, 1 de octubre de 1991, páginas 1482-1493, XP000275311, ISSN: 0090-6778.

US 200410005902 (BELCEA) publicado el 8 de enero de 2004.

US 200810031 283 (CURRAN-GRAY ET AL) : 7 de febrero de 2008.

La invención está destinada a eliminar algunos defectos del estado de la técnica descrito anteriormente y, para esta finalidad, crear un tipo totalmente nuevo de método y aparato para la transferencia de datos en un sistema de reproducción de sonido.

La invención está basada en ejecutar marcación de tiempo en paquetes de red en pila de protocolo de red de manera que se determine el tiempo exacto para enviar y recibir paquetes. En una realización preferida, el software del receptor ejecuta la marcación de tiempo directamente en el activador de Ethernet (para el cual se dispone de código de fuente) para la operación más exacta posible.

El segundo problema es resuelto de preferencia simplemente ejecutando la sincronización de reloj, que incluye la determinación de tiempo de ida y vuelta entre el ordenador principal y el receptor, y realizar la sincronización sólo si la latencia está dentro de un intervalo aceptable a partir de la latencia mínima medida.

Más concretamente, el método de acuerdo con la invención está caracterizado por lo que se ha indicado en la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

El sistema de la invención está, a su vez, caracterizado por lo que se ha expuesto en la parte caracterizadora de la reivindicación 6.

Se obtienen considerables ventajas con la ayuda de la invención.

La presente invención es especialmente apropiada para sistemas de reproducción de sonido de canales múltiples, en los que a lo largo de la misma trayectoria de transferencia se envía un flujo de datos que incluye información de audio de múltiples canales de audio que se ha de reproducir simultáneamente en varios altavoces.

Con la ayuda del método de acuerdo con la invención, se puede definir un tiempo de latencia estadístico en un procedimiento de arranque y utilizar este valor como un tiempo de latencia de referencia para medición adicional, continua, de latencia.

Mediante estos dos métodos, el sistema de reproducción de audio puede adaptarse a la carga de la red y efectuar ajustes adecuados con el fin de mantener elevada calidad y reproducción sincronizada de audio en canales múltiples en la mayoría de los casos de variación de carga.

En lo que sigue se examina la invención con ayuda de ejemplos y con referencia a los dibujos que se acompañan.

La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un sistema de audio digital, que puede ser utilizado en relación con la presente invención. La figura 2 muestra, como un diagrama de bloques, un sistema de ordenador principal de gestión de red de acuerdo con la invención.

La figura 3 muestra, como un diagrama de bloques, un sistema de gestión de receptor de acuerdo con la invención.

La figura 4 muestra, como un diagrama de temporización, un método de acuerdo con la invención.

La figura 6 muestra, como un diagrama de flujo, un protocolo de sincronización en el receptor de acuerdo con la

invención.

La figura 7 muestra, como un diagrama de flujo, un protocolo de sincronización en el ordenador principal de acuerdo con la invención. En la invención, la terminología que sigue se utiliza en relación con los números de referencia. Sin embargo, la lista no es exhaustiva, especialmente en relación con los diagramas de bloques y de flujo de la figura 7: 1 ordenador principal o fuente de datos del ordenador principal 2 receptor, altavoz digital, 2ª receptor inalámbrico 3 conmutador, red 4 grupo de receptores disco duro 12 adaptador de audio de software virtual (activador)

13 gestor de datos de audio

14 gestor de sincronización

15 interfaz de red

16 marcación de tiempos de red

17 reloj del sistema

20 interfaz de red

22 hardware de temporizador

23 oscilador ajustable

24 comunicaciones de redes de altavoces

25 controlador de sincronización

26 conversión de digital en analógico

27 controlador de flujo de audio

3

controlador de salida de datos 29 convertidor de régimen o tasa de muestreo 60 señal de sincronización/REQ ECO

Mensaje de retorno/RESP ECO

Mando de control/FIJAR RELOJ

150 Punto de acceso a Red de Area Local Inalámbrica (WLAN)

En el siguiente texto se usan también los siguientes acrónimos y abreviaturas:

DHCP Protocolo Dinámico de Configuración de Ordenador principal

FEC Corrección de Error de Avance GLM Gestor de Altavoz Genelec

Dirección LSNW Global:Dirección multi-lanzamiento: puerto al que se envía todo el tráfico de LSNW global. Todos los receptores que atienden a esta dirección para recibir mensajes DISCOVERY, ANOUNCE, GROUP y otros mensajes globales.

Dirección LSNW de grupo: Dirección multi-lanzamiento: puerto al que son enviados todos los datos dirigidos al conjunto de receptores LSNW agrupados. Todos los receptores que están asignados al mismo grupo atienden a la misma dirección. Dirección de grupo recibirá mensajes de sincronización de reloj, mensajes de audio en flujo y control de glm.

Ordenador principal Aplicación que gestiona la red de altavoces, permite flujos de audio y envía mensajes de control de glm.

IP Protocolo de Internet

LSNW Red de altavoces Dirección multi-lanzamiento: Una dirección especial de IP que será encaminada a miembros de un grupo multilanzamiento.

Receptor Procesador, interfaz de red y software que conecta un altavoz a una red IP.

UDP Protocolo de unidad básica de información o paquete de usuario Además, en esta aplicación latencia significa el retraso de red entre dos... [Seguir leyendo]

1. Un método de transferencia de datos en un sistema digital de reproducción de sonido, comprendiendo el método pasos para

-generar un flujo de audio digital para canales múltiples en una fuente de datos de ordenador principal, por ejemplo un ordenador (1) , estando el flujo de audio formado por múltiples muestras consecutivas,

-recibir el flujo de audio digital enviado por la fuente (1) de datos de ordenador principal a través de una red de transmisión de datos digital por medio de varios receptores digitales (2) , cada uno de los cuales incluye un microcontrolador con un reloj, incluyendo además los receptores (2) medios para generar una señal de audio fuera del flujo de audio digital,

caracterizado porque

-la fuente (1) de datos de ordenador principal inicia la sincronización de los receptores (2) enviando repetidamente una muestra de sincronización (60) a cada uno de los receptores (2) ,

-cada receptor (2) contesta a la muestra de sincronización (60) mediante una muestra de retorno (61) ,

-la fuente (1) de datos de ordenador principal calcula la latencia (T) para cada receptor (2) basándose en el tiempo de envío (Th1) de la muestra de sincronización (60) y el tiempo de recepción (Th2) de la muestra de retorno (61) y un tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) del receptor (2) , cuyo tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) es el tiempo que consume el receptor (2) entre la recepción de la muestra de sincronización (60) y el envío de la muestra de retorno (61) ,

-la fuente (1) de datos de ordenador principal envía a cada receptor (2) información sobre una estimación del reloj de la fuente (1) de datos de ordenador principal en el tiempo en que el receptor (2) recibió la muestra de sincronización (60) ,

-basándose en esta información, cada receptor (2) ajusta la función de su reloj, y

-se repiten continuamente los anteriores pasos de sincronización.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el flujo de audio digital es transmitido de manera inalámbrica al receptor (2) .

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o la 2, caracterizado porque el receptor (2) compensa la diferencia de relojes estableciendo el régimen de reloj local con el fin de obtener la sincronización del microcontrolador del receptor (2) .

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque la fuente (1) de datos de ordenador principal compara la latencia calculada (T) con una latencia de referencia y si la latencia calculada (T) es mayor que la latencia de referencia, no es enviada información de ajuste al receptor (2) y la fuente de datos de ordenador principal comienza una rutina para redefinir la latencia de referencia.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la diferencia de relojes es compensada añadiendo o suprimiendo muestras al/del flujo de datos de audio y ajustando el valor de reloj correspondientemente.

6. Un sistema de transferencia de datos para un sistema digital de reproducción de sonido, que comprende

-una fuente de datos de ordenador principal, por ejemplo un ordenador (1) para generar un flujo de audio digital para múltiples canales, estando el flujo de audio formado por múltiples muestras consecutivas,

-una trayectoria de transmisión (3) para la fuente (1) de datos de ordenador principal,

-múltiples receptores digitales (2) capaces de comunicar por la trayectoria de transmisión (3) con la fuente (1) de datos de ordenador principal, incluyendo los receptores (2)

-medios para recibir el flujo de audio digital enviado por la fuente (1) de datos de ordenador principal

-un microcontrolador con un reloj, y

-medios para generar una señal de audio fuera del flujo de audio digital, caracterizado porque

-la fuente (1) de datos de ordenador principal tiene medios para iniciar la sincronización de los receptores (2) enviando repetidamente una muestra de sincronización (60) a cada uno de los receptores (2) ,

5

-cada receptor (2) tiene medios para contestar a la muestra de sincronización (60) mediante una muestra de retorno (61) ,

-la fuente (1) de datos de ordenador principal incluye además medios para

-calcular una latencia (T) para cada receptor (2) basándose en el tiempo de envío (Th1) de la muestra de sincronización (60) y en el tiempo de recepción (Th2) de la muestra de retorno (61) y en un tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) del receptor (2) , cuyo tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) es el tiempo que consume el receptor

(2) entre la recepción de la muestra de sincronización (60) y el envío de la muestra de retorno (61) ,

-enviar a cada receptor (2) información sobre una estimación del reloj de la fuente (1) de datos ordenador principal en el tiempo en que el receptor (2) recibió la muestra de sincronización (60) ,

-por lo que, basándose en esta información, cada receptor (2) incluye medios para ajustar la función de su reloj, y

-el sistema incluye medios para repetir continuamente los anteriores pasos de sincronización.

7. Sistema de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque incluye medios para transmitir de manera inalámbrica el flujo de audio digital al receptor (2) .

8. Sistema de acuerdo con la reivindicación 6 o la 7, caracterizado porque el receptor (2) incluye medios para compensar la diferencia de los relojes fijando la frecuencia de relojes del microcontrolador del receptor (2) .

9. Sistema de acuerdo con la reivindicación 6, 7 u 8, caracterizado porque la fuente (1) de datos de ordenador principal incluye medios para comparar la latencia calculada (T) con una latencia de referencia y si la latencia calculada (T) es mayor que la latencia de referencia, no es enviada información de ajuste al receptor (2) y la fuente de datos de ordenador principal inicia una rutina para redefinir la latencia de referencia.

10. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas del sistema, caracterizado porque el sistema incluye medios para compensar la diferencia de relojes añadiendo o retirando muestras al/del flujo de datos de audio.

11. Un método de sincronización en un sistema de reproducción de sonido digital, que comprende los paso de método para

-generar un flujo de audio digital en una fuente de datos de ordenador principal, por ejemplo un ordenador (1) , estando el flujo de audio formado por múltiples muestras consecutivas,

- recibir el flujo de audio digital enviado por la fuente (1) de datos de ordenador principal a través de una red de transmisión de datos digital por varios receptores digitales (2) , cada uno de los cuales incluye un microcontrolador con un reloj, incluyendo además los receptores (2) medios para generar una señal de audio fuera del flujo de audio digital, por lo que los receptores (2) están agrupados (4) de una manera predeterminada,

caracterizado porque

-la fuente (1) de datos de ordenador principal inicia la sincronización de los receptores (2) enviando repetidamente una muestra de sincronización (60) a todos los receptores (2) de un grupo (4) ,

-los receptores (2) contestan a las muestras de sincronización (60) mediante muestras de retorno (61) ,

-la fuente (1) de datos de ordenador principal calcula un tiempo de latencia (T) para cada muestra y cada receptor (2) sobre la base del tiempo de envío (Th1) de la muestra de sincronización (60) y del tiempo de recepción (Th2) de la muestra de retorno (61) y un tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) del receptor (2) , cuyo tiempo de tratamiento (Tt2-Tt1) es el tiempo consumido por el receptor (2) entre la recepción de la muestra de sincronización (60) y el envío de la muestra de retorno (61) , y

-basándose en los tiempos de latencia calculados (T) , la fuente (1) de datos de ordenador principal forma estadísticamente un valor de latencia de referencia.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque el flujo de audio digital es transmitido de manera inalámbrica al receptor (2) .

13. Método de acuerdo con la reivindicación 11 o la 12, caracterizado porque la latencia de referencia es fijada de tal manera que al menos 80% de los valores de latencia medida y calculada están por debajo de la latencia de referencia.

14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-13, caracterizado porque la latencia de referencia se fija de tal manera que al menos 50% de los valores de latencia medida y calculada están por

debajo de la latencia de referencia.

15. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-14, caracterizado porque incluye los siguientes pasos:

1. Enviar REQ ECO (60) al receptor (2) ,

2. Obtener marca de tiempo TSenvío para el paquete que contiene REQ ECO (60) desde el activador de marcación de tiempo,

3. Recibir RESP ECO (61) , en el que se contiene la Latencia de Tratamiento del receptor, que es superior a la cantidad de microsegundos consumidos por el receptor entre la recepción del REQ ECO (60) y el envío de RESP ECO (61) ,

4. Obtener marca de tiempo TSrecib para el paquete RESP ECO (61) ,

5. Calcular la latencia de Ida y Vuelta, que es TSrecib – TSenv – Latencia de Tratamiento.