TWS耳机音频同步播放方法及系统、TWS耳机与流程

本发明涉及无线耳机的技术领域，特别是涉及一种真无线立体声耳机(truewirelessstereo，tws)音频同步播放方法及系统、tws耳机。

背景技术：

随着蓝牙无线通信技术的发展以及相关蓝牙产品的广泛使用，蓝牙无线耳机已经成为随身携带的必备品。tws耳机不仅摆脱了传统耳机和音频源设备之间的物理电线，而且也摆脱了传统蓝牙耳机双耳之间的物理相连，故深受用户喜爱，市场发展迅猛。

与传统蓝牙耳机一样，tws耳机采用无线蓝牙通信技术将音频数据从音频源设备发送到tws耳机的两个耳机。不同的是，两个耳机分别接收音频数据。由于音频数据无线传输到左右耳机的延时的不稳定性，导致tws耳机的左右耳机之间存在音频播放不同步的问题。因此，如何实现音乐播放时左右耳机的精准同步成为当前亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种tws耳机音频同步播放方法及系统、tws耳机，通过对主从耳机的定时器和锁相环进行调整，实现tws耳机的音频精准同步播放，极大地提升了用户体验。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种tws耳机音频同步播放方法，所述tws耳机包括主耳机和从耳机；所述主耳机和所述从耳机均包含有第一定时器、第二定时器、音频dac和音频播放锁相环；所述主耳机的第一定时器和音频dac均由主耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述主耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集主耳机音频实时播放位置和公共蓝牙时钟；所述从耳机的第一定时器和音频dac均由从耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述从耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集从耳机音频实时播放位置和本地蓝牙时钟；所述tws耳机音频同步播放方法应用于所述从耳机，包括以下步骤：与所述主耳机建立蓝牙连接，并计算所述本地蓝牙时钟相较于所述公共蓝牙时钟的频率偏差系数；当所述主耳机和所述从耳机接收到音频源设备发送的音频数据时，基于预设时间间隔接收所述主耳机实时发送来的主耳机第一定时器值和主耳机第二定时器值；根据所述频率偏差系数、所述主耳机第一定时器值、所述主耳机第二定时器值以及对应时刻的从耳机第一定时器值和从耳机第二定时器值计算从耳机第二定时器修正值和所述从耳机相较于所述主耳机的播放校正值，并基于所述播放校正值对所述从耳机的音频dac中的音频数据和所述从耳机的第一定时器进行校正；基于连续两次获取的主耳机第一定时器值、主耳机第二定时器值及对应的从耳机第一定时器值和从耳机第二定时器修正值，计算从耳机音频播放锁相环相较于主耳机音频播放锁相环的频率偏差，并基于所述频率偏差调整所述从耳机音频播放锁相环，直至所述主耳机和所述从耳机实现同步。

于本发明一实施例中，根据delta_f_bt＝(rt1_recv-rt1_initial)/(lt1_send-lt1_initial)计算所述本地蓝牙时钟相较于所述公共蓝牙时钟的频率偏差系数，其中rt1_initial和lt1_initial分别为所述主耳机和所述从耳机建立蓝牙连接后的初始从耳机第二定时器值和初始主耳机第二定时器值；rt1_recv和lt1_send分别为所述主耳机和所述从耳机进行数据交互时所述从耳机在数据起始接收时刻的从耳机第二定时器值，所述主耳机在数据起始发送时刻的主耳机第二定时器值。

于本发明一实施例中，根据rt1_cur_m＝lt1_initial+(rt1_cur-rt1_initial)*delta_f_bt计算从耳机第二定时器修正值；其中delta_f_bt为所述频率偏差系数，rt1_initial和lt1_initial分别为所述主耳机和所述从耳机建立蓝牙连接后的初始从耳机第二定时器值和初始主耳机第二定时器值，rt1_cur表示实时从耳机第二定时器值。

于本发明一实施例中，根据delta_t＝rt0_cur–lt0_cur–(rt1_cur_m–lt1_cur)计算所述从耳机相较于所述主耳机的播放校正值，其中rt0_cur和rt1_cur_m分别为实时从耳机第一定时器值和实时从耳机第二定时器修正值；lt0_cur和lt1_cur分别为实时主耳机第一定时器值和实时主耳机第二定时器值。

于本发明一实施例中，基于所述播放校正值对所述从耳机的音频dac中的音频数据和所述从耳机的第一定时器进行校正包括以下步骤：

当所述播放校正值大于零时，将即将送往从耳机音频dac的音频采样数据复制预设个数；其中根据delta_s＝floor(delta_t*samplerate)确定所述预设个数，delta_t为所述播放校正值，samplerate为音频数据的采样率，floor为向下取整运算；

当所述播放校正值小于零时，将即将送往从耳机音频dac的音频采样数据删除预设个数；

根据real_delta_t＝delta_s/samplerate计算从耳机修正值，根据所述从耳机修正值对所述从耳机的第一定时器进行修改。

于本发明一实施例中，根据delta_f_aud＝delta_f_aud_l/delta_f_aud_r计算从耳机音频播放锁相环相较于主耳机音频播放锁相环的频率偏差；其中，delta_f_aud_l＝(lt0_cur-lt0_old)/(lt1_cur–lt1_old)，delta_f_aud_r＝(rt0_cur-rt0_old)/(rt1_cur_m–rt1_old_m)，lt0_old、lt1_old、lt0_cur、lt1_cur分别为连续两次获取的主耳机第一定时器值、主耳机第二定时器值；rt0_old、rt1_old_m、rt0_cur、rt1_cur_m分别为连续两次获取的从耳机第一定时器值、从耳机第二定时器修正值。

于本发明一实施例中，基于所述频率偏差调整所述从耳机音频播放锁相环时，当所述频率偏差大于预设阈值时，所述从耳机调快从耳机音频播放锁相环；当所述频率偏差小于所述预设阈值时，所述从耳机调慢从耳机音频播放锁相环。

本发明提供一种tws耳机，包括主耳机和从耳机；

所述主耳机包含有第一定时器、第二定时器、音频dac和音频播放锁相环；所述主耳机的第一定时器和音频dac均由主耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述主耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集主耳机音频实时播放位置和公共蓝牙时钟；所述主耳机用于与所述从耳机建立蓝牙连接，并基于预设时间间隔接收所述主耳机实时发送来的主耳机第一定时器值和主耳机第二定时器值；

所述从耳机包含有第一定时器、第二定时器、音频dac和音频播放锁相环；所述从耳机的第一定时器和音频dac均由从耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述从耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集从耳机音频实时播放位置和本地蓝牙时钟；

所述从耳机还包括处理器和存储器：所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述从耳机执行上述的tws耳机音频同步播放方法。

最后，本发明提供一种tws耳机音频同步播放系统，包括上述的tws耳机和音频源设备；

所述音频源设备与所述tws耳机蓝牙连接，用于发送音频数据至所述tws耳机。

于本发明一实施例中，所述音频源设备将所述音频数据同时发送至所述主耳机和所述从耳机；或所述音频源设备将所述音频数据发送至所述主耳机，所述主耳机再将所述音频数据转发至所述从耳机。

如上所述，本发明的tws耳机音频同步播放方法及系统、tws耳机，具有以下有益效果：

(1)通过对从耳机送往音频dac的音频数据缓冲区中的音频数据和第一定时器的调整，实现tws耳机的音频基础同步；

(2)通过对主从耳机的音频播放锁相环的调整，实现tws耳机的音频精准同步；

(3)既可以摆脱有线耳机电线连接带来的束缚，又不会损伤用户的听觉体验，极大地提升了用户体验。

附图说明

图1显示为本发明的主耳机和从耳机之间于一实施例中的数据发送示意图；

图2显示为本发明的主耳机和从耳机于一实施例中的音频播放示意图；

图3显示为本发明的tws耳机音频同步播放方法于一实施例中的流程图；

图4显示为本发明的tws耳机音频同步播放方法于一实施例中的架构示意图；

图5显示为本发明的tws耳机于一实施例中的结构示意图；

图6显示为本发明的tws耳机音频同步播放系统于一实施例中的结构示意图。

元件标号说明

51主耳机

52从耳机

61tws耳机

62音频源设备

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的tws耳机音频同步播放方法及系统、tws耳机通过对主从耳机的定时器和锁相环进行调整实现tws耳机的音频播放的粗同步和精同步，充分保证了用户的听觉体验，极具实用性。

所述tws耳机包括主耳机和从耳机，其中所述主耳机能够与音频源设备进行通信，所述从耳机能够与所述主耳机进行通信，最终能够通过所述主耳机和所述从耳机完成所述音频源设备提供的音频数据的播放。具体地，所述主耳机和所述从耳机需要彼此配对，所述主耳机和所述从耳机之间的通信协议可以是标准的蓝牙协议，也可以是非蓝牙协议，同时所述主耳机和音频源设备建立了标准的蓝牙连接。当所述音频源设备播放音频时，所述主耳机获取与所述音频源设备建立蓝牙连接的蓝牙参数，后续基于所述蓝牙参数接收所述音频源设备发送的数据包。所述从耳机从所述主耳机获取所述蓝牙参数，并与所述音频源设备建立蓝牙连接，在后续基于所述蓝牙参数接收所述音频源设备发送的数据包，无需由所述主耳机转发所述数据包。如果从耳机没有从所述主耳机获取所述蓝牙参数，则所述主耳机可以将从所述音频源设备获取的数据包转发至所述从耳机。所述音频源设备用于提供音频数据。于本发明一实施例中，所述音频源设备包括智能手机、智能音响、ipad、pc机中的一种或多种组合。

slot表示蓝牙技术中主从设备间最小收发切换间隔，为625us。当主从蓝牙设备建立连接时，主设备会发送自己的slot序号到从设备，从设备会记录该序号并和主设备一起按照每隔625us进行加1累加。slot序号也是用于控制主从蓝牙设备按照约定的跳频序列进行跳频的索引值。在本发明中，所述tws耳机包括主耳机和从耳机。所述主耳机和所述从耳机进行蓝牙连接，构成piconet网络。如图1所示，在piconet网络中，所述主耳机在蓝牙时钟的625us*(2n)的时刻向所述从耳机发送数据，所述从耳机则应在蓝牙时钟625us*(2n+1)的时刻发送数据，其中n为某个正整数。需要说明的是，所述主耳机通常为左耳机，所述从耳机通常为右耳机。对于本领域技术人员而言，上述主耳机和从耳机的分配方式并不固定，可以根据实际情况由左耳机和右耳机相互替换。

如图2所示，对于所述音频源设备发送来的音频数据，所述主耳机(l)和所述从耳机(r)对接收到的音频数据依次进行经过高级音频分发模型(advancedaudiodistributionprofile，a2dp)分发、音频解码器(audiodecoder，adec)解码、音频后处理器(audiopostprocessing，app)处理、数字模拟信号转换器(digitalanalogconvertor，dac)转换后输出。所述主耳机和所述从耳机均包含有第一定时器(timer0)、第二定时器(timer1)、音频dac和音频播放锁相环(pll)。所述主耳机的第一定时器和音频dac均由主耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述主耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集主耳机音频实时播放位置和公共蓝牙时钟。即所述主耳机第一定时器值和第二定时器值分别表示主耳机音频实时播放位置和公共蓝牙时钟。所述从耳机的第一定时器和音频dac均由从耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述从耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集从耳机音频实时播放位置和本地蓝牙时钟。即所述从耳机第一定时器值和第二定时器值分别表示从耳机音频实时播放位置和本地蓝牙时钟。需要说明的是，第一定时器和音频dac公用同一音频播放锁相环。

如图3和图4所示，于一实施例中，本发明的tws耳机音频同步播放方法应用于所述从耳机，包括以下步骤：

步骤s1、与所述主耳机建立蓝牙连接，并计算所述本地蓝牙时钟相较于所述公共蓝牙时钟的频率偏差系数。

具体地，所述主耳机和所述从耳机进行蓝牙连接，构成piconet网络。所述主耳机和所述从耳机的slot序号同步过后，所述从耳机记录此时的第二定时器值为rt1_initial，并通过初始slot序号计算rt1_initial对应的所述主耳机对应时刻的第二定时器值lt1_initial。

所述主耳机和所述从耳机需要进行信息传输时产生数据交互，所述从耳机每收到所述主耳机的一个数据包后计算该数据包起始接收时刻对应的第二定时器值rt1_recv，并通过该数据包始发时刻对应的slot序号获取对应的所述主耳机的第二定时器值lt1_send。

于本发明一实施例中，根据delta_f_bt＝(rt1_recv-rt1_initial)/(lt1_send-lt1_initial)计算所述本地蓝牙时钟相较于所述公共蓝牙时钟的频率偏差系数，其中rt1_initial和lt1_initial分别为所述主耳机和所述从耳机建立蓝牙连接后的初始从耳机第二定时器值和初始主耳机第二定时器值；rt1_recv和lt1_send分别为所述主耳机和所述从耳机进行数据交互时所述从耳机在数据起始接收时刻的从耳机第二定时器值，所述主耳机在数据起始发送时刻的主耳机第二定时器值。

步骤s2、当所述主耳机和所述从耳机接收到音频源设备发送的音频数据时，基于预设时间间隔接收所述主耳机实时发送来的主耳机第一定时器值和主耳机第二定时器值。

具体地，所述主耳机和所述从耳机接收到音频数据后各自启动音频播放。在所述主耳机和所述从耳机各自启动音频播放的同时，启动各自的第一定时器。所述第一定时器负责记录当前音频播放位置，精度为1个定时单位。启动播放后所述主耳机和所述从耳机尚未进行音频同步播放。所述主耳机按预设时间间隔，如200ms，在同一时刻实时读取自己的第一定时器值lt0_cur和第二定时器值lt1_cur，并将其发送到所述从耳机。

步骤s3、根据所述频率偏差系数、所述主耳机第一定时器值、所述主耳机第二定时器值以及对应时刻的从耳机第一定时器值和从耳机第二定时器值计算从耳机第二定时器修正值和所述从耳机相较于所述主耳机的播放校正值，并基于所述播放校正值对所述从耳机的音频dac中的音频数据和所述从耳机的第一定时器进行校正。

于本发明一实施例中，根据rt1_cur_m＝lt1_initial+(rt1_cur-rt1_initial)*delta_f_bt计算从耳机第二定时器修正值；其中delta_f_bt为所述频率偏差系数，rt1_initial和lt1_initial分别为所述主耳机和所述从耳机建立蓝牙连接后的初始从耳机第二定时器值和初始主耳机第二定时器值，rt1_cur表示实时从耳机第二定时器值。

具体地，所述从耳机收到所述主耳机发送来的第一定时器值lt0_cur和第二定时器值lt1_cur后，读取从耳机第一定时器值rt0_cur和从耳机第二定时器修正值rt1_cur_m，并根据delta_t＝rt0_cur–lt0_cur–(rt1_cur_m–lt1_cur)计算所述从耳机相较于所述主耳机的播放校正值。

于本发明一实施例中，基于所述播放校正值对所述从耳机的音频dac中的音频数据和所述从耳机的第一定时器进行校正包括以下步骤：

31)当所述播放校正值大于零时，将即将送往从耳机音频dac的音频采样数据复制预设个数；其中根据delta_s＝floor(delta_t*samplerate)确定所述预设个数，delta_t为所述播放校正值，samplerate为音频数据的采样率，表示每秒钟数字音频数据的采样点个数；floor为向下取整运算。

具体地，当所述播放校正值大于零时，表明所述从耳机音频播放位置领先于所述主耳机，此时可以通过将即将送往音频dac的音频缓冲区里的缓冲好的音频采样数据进行预设个数delta_s的复制。

32)当所述播放校正值小于零时，将即将送往从耳机音频dac的音频采样数据删除预设个数。

当所述播放校正值小于0时，表明所述从耳机音频播放位置落后于所述主耳机，此时可以通过将即将送往dac的音频缓冲区里的缓冲好的音频采样数据进行预设个数delta_s的删除。

33)根据real_delta_t＝delta_s/samplerate计算从耳机修正值，根据所述从耳机修正值对所述从耳机的第一定时器进行修改。

其中，修改后，所述主耳机和所述从耳机完成了基础音频同步。

步骤s4、基于连续两次获取的主耳机第一定时器值、主耳机第二定时器值及对应的从耳机第一定时器值和从耳机第二定时器修正值，计算从耳机音频播放锁相环相较于主耳机音频播放锁相环的频率偏差，并基于所述频率偏差调整所述从耳机音频播放锁相环，直至所述主耳机和所述从耳机实现同步。

具体地，所述右耳机存储前述处理中所获取的lt0_cur、lt1_cur、rt0_cur、rt1_cur_m，将其对应存储为lt0_old、lt1_old、rt0_old、rt1_old_m，再重新获取新的lt0_cur、lt1_cur、rt0_cur、rt1_cur_m。

于本发明一实施例中，根据delta_f_aud＝delta_f_aud_l/delta_f_aud_r计算从耳机音频播放锁相环相较于主耳机音频播放锁相环的频率偏差；其中，delta_f_aud_l＝(lt0_cur-lt0_old)/(lt1_cur–lt1_old)表示所述主耳机音频播放相对于蓝牙时钟的频偏，delta_f_aud_r＝(rt0_cur-rt0_old)/(rt1_cur_m–rt1_old_m)表示所述从耳机音频播放相对于蓝牙时钟的频偏。

基于所述频率偏差调整所述从耳机音频播放锁相环时，当所述频率偏差大于预设阈值时，所述从耳机调快从耳机音频播放锁相环；当所述频率偏差小于所述预设阈值时，所述从耳机调慢从耳机音频播放锁相环。多次重复上述调整从耳机音频播放锁相环的步骤，直至所述主耳机和所述从耳机实现同步，即实现所述主耳机和所述从耳机的精准同步。

如图4所示，于一实施例中，本发明的tws耳机，包括主耳机51和从耳机52。

所述主耳机51包含有第一定时器、第二定时器、音频dac和音频播放锁相环；所述主耳机的第一定时器和音频dac均由主耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述主耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集主耳机音频实时播放位置和公共蓝牙时钟；所述主耳机用于与所述从耳机建立蓝牙连接，并基于预设时间间隔接收所述主耳机实时发送来的主耳机第一定时器值和主耳机第二定时器值。

所述从耳机52包含有第一定时器、第二定时器、音频dac和音频播放锁相环；所述从耳机的第一定时器和音频dac均由从耳机的音频播放锁相环提供的时钟源驱动；所述从耳机的第一定时器和所述第二定时器分别用于采集从耳机音频实时播放位置和本地蓝牙时钟。

所述从耳机还包括处理器和存储器：所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述从耳机执行上述的tws耳机音频同步播放方法。其中，所述存储器包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

如图6所示，于一实施例中，本发明的tws耳机音频同步播放系统包括上述的tws耳机61和音频源设备62。

所述音频源设备62与所述tws耳机61蓝牙连接，用于发送音频数据至所述tws耳机61。

于本发明一实施例中，所述音频源设备62将所述音频数据同时发送至所述主耳机和所述从耳机；或所述音频源设备62将所述音频数据发送至所述主耳机，所述主耳机再将所述音频数据转发至所述从耳机。

综上所述，本发明的tws耳机音频同步播放方法及系统、tws耳机通过对从耳机送往音频dac的音频数据缓冲区中的音频数据和第一定时器的调整，实现tws耳机的音频基础同步通过对主从耳机的音频播放锁相环的调整，实现tws耳机的音频精准同步；既可以摆脱有线耳机电线连接带来的束缚，又不会损伤用户的听觉体验，极大地提升了用户体验。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。