高可靠性的蓝牙多播音频通信方法、系统及TWS耳机与流程

高可靠性的蓝牙多播音频通信方法、系统及tws耳机
技术领域
1.本技术涉及耳机无线通信技术领域，尤其涉及高可靠性的蓝牙多播音频通信方法、系统及tws耳机。


背景技术：

2.一对tws(真无线立体声)耳机包括主耳和副耳，主耳和副耳内分别设置有蓝牙芯片，在听音频的过程中，主耳通过蓝牙芯片与智能设备(智能手机、平板电脑等)进行蓝牙通信，从智能设备处获取音频，然后通过蓝牙将音频传输给副耳，对主耳和副耳进行蓝牙同步，实现主耳和副耳同时播放音频。随着需求进一步发展，人们需要tws耳机能够实现多人共享音频，即多个用户佩戴耳机能够收听同一个智能设备播放的音乐，这种需求场景可暂称为etws，现有技术通过新增多个副耳来实现etws。
3.由于蓝牙通信于公用免费的2.4g频段，干扰多，因此人们为提升tws可靠性开发了相关的音频传输方案，目前最先进的音频传输方案为监听方案，即智能设备与主耳连接，正常收发数据，副耳信号不需要由主耳转发，而是通过复制出一条主耳与智能设备之间的链路监听智能设备发出的信号。如果副耳没有收到智能设备的某个数据包，现有技术采用以下方式补包：
4.一种方式为主耳与副耳相互通信，由主耳通过主副链路给副耳补包。当面对etws时，由于副耳太多，对多个副耳逐一补包，需要转发的数量成数倍增长，不仅带宽可能跟不上，而且也降低了实时性，增加了主耳的耗电；
5.另一种方式为由副耳干扰主耳的正答，当主耳正常收到数据包并给出ack(肯定应答)响应时，副耳发射干扰信号，致使智能设备因无法正常收到主耳的ack而重传音频包，这时副耳就可能收到。其问题是需要很强的干扰信号，污染无线电环境，增大副耳功耗。面对etws时，数倍的副耳发射高功率的干扰信号，这显然是不可取的。
6.蓝牙官方推出的新的ble audio协议来试图满足etws需求，一是为每个耳机建立连接，二是由智能设备向所有耳机发射广播。然而，第一种思路会导致智能设备发射的数据成倍增长，由于带宽的限制，并不能满足较多个耳机的场景，而第二种思路无重传或固定重传次数，并不能按需重传，其实连tws场景都不合适。同时ble audio是新协议，需要数年的推广时间，并不与现有的大量蓝牙设备兼容。


技术实现要素：

7.本技术实施例的目的在于，提供一种高可靠性的蓝牙多播音频通信方法、系统及tws耳机，通过副耳在未接收到来自所述智能设备的音频数据包时向智能设备发送nak包，其略早于主耳的ack包，智能设备将优先收到nak包或无法解析应答，从而引起智能设备重发音频数据包，能够提高蓝牙多播音频的可靠性，一方面不需要通过主耳向副耳补包，从而能够节省代码与内存，主耳较为省电，且实时性较高，另一方面不需要发送高功率的干扰信号，不污染无线电环境且副耳功耗低。
8.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明第一方面提供了高可靠性的蓝牙多播音频通信方法，应用于tws耳机，所述tws耳机包括单个主耳和多个副耳，所述方法包括：
10.所述副耳监听并接收智能设备向主耳发送的音频数据包；
11.当所述副耳未接收到来自所述智能设备的音频数据包，则在设置的第一应答时隙向所述智能设备发送第一nak包，所述第一应答时隙早于所述主耳向所述智能设备回复ack包的第二应答时隙，使得所述智能设备能够优先收到所述第一nak包或无法解析应答，进而重新发送音频数据包。
12.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述第一nak包基于蓝牙标准协议。
13.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
14.所述第一应答时隙和第二应答时隙的设置符合所述蓝牙标准协议；
15.其中，所述主耳接收到所述智能设备发送的音频数据包时在所述第二应答时隙向所述智能设备回复ack包，所述智能设备仅在解析到所述ack包时继续发送新的音频数据包。
16.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
17.当所述主耳未接收到所述智能设备发送的音频数据包，则所述主耳在所述第一应答时隙向所述智能设备回复第二nak包或者不返回任何信息。
18.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
19.当所述主耳接收音频数据包的信号强度低于预置信号强度阈值时，比较各副耳接收音频数据包的信号强度，选取信号强度最大的副耳作为新的主耳。
20.本发明第二方面提供了一种tws耳机，所述tws耳机包括单个主耳和多个副耳，所述副耳用于监听并接收智能设备向主耳发送的音频数据包；所述副耳还用于在未接收到来自所述智能设备的音频数据包时，则在设置的第一应答时隙向所述智能设备发送第一nak包，所述第一应答时隙早于所述主耳向所述智能设备回复ack包的第二应答时隙，使得所述智能设备能够优先收到所述第一nak包或无法解析应答，进而重新发送音频数据包。
21.根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第一nak包基于蓝牙标准协议。
22.根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述第一应答时隙和第二应答时隙的设置符合所述蓝牙标准协议；
23.所述主耳用于接收到所述智能设备发送的音频数据包时在所述第二应答时隙向所述智能设备回复ack包，以使所述智能设备在解析到所述ack包时继续发送新的音频数据包。
24.根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述主耳还用于在未接收到所述智能设备发送的音频数据包时，在所述第一应答时隙向所述智能设备回复第二nak包或者不返回任何信息。
25.本发明第三方面提供了高可靠性的蓝牙多播音频通信系统，包括如上任一项所述的tws耳机和智能设备，所述智能设备用于发送音频数据包，并在解析到所述ack包时继续发送新的音频数据包，在接收到所述第一nak包、接收到所述第二nak包或者未解析到所述ack包时重新发送音频数据包。
26.本发明第四方面提供了一种高可靠性的蓝牙多播音频通信装置，该装置包括处理
器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项实施例所述的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法。
27.本发明第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项实施例所述的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法。
28.本发明使得副耳在未接收到来自所述智能设备的音频数据包时，向智能设备发送nak包，以明确表示没有收到该音频数据包，其略早于主耳的ack包，智能设备将优先收到nak包或无法解析应答，从而引起智能设备重发音频数据包。本发明实施例的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法能够提高蓝牙多播音频的可靠性，一方面不需要通过主耳向副耳补包，从而能够节省代码与内存，主耳较为省电，且实时性较高，另一方面不需要发送高功率的干扰信号，不污染无线电环境且副耳功耗低。
附图说明
29.图1是本发明提供的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法的一个优选实施例的流程示意图；
30.图2是本发明提供的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法中耳机的应答时隙设置的一个优选实施例的示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.图1所示为本发明提供的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法的一个优选实施例的流程示意图。
33.所述方法应用于tws耳机，所述tws耳机包括单个主耳和多个副耳。在多人欣赏同一智能设备播放的音乐时，多人可各戴一对耳机，其中单个主耳和一个副耳作为一对，其余副耳中任意两个副耳作为一对。该智能设备为可播放音频数据的设备，例如智能手机、平板电脑、音响等。
34.如图1所示，所述方法包括：
35.s1所述副耳监听并接收智能设备向主耳发送的音频数据包。可以理解的，主耳与智能设备建立蓝牙链接，智能设备向主耳发送音频数据包的过程中，从耳通过监听链路来监听音频数据包。
36.s2当所述副耳未接收到来自所述智能设备的音频数据包，则在设置的第一应答时隙向所述智能设备发送第一nak包，所述第一应答时隙早于所述主耳向所述智能设备回复ack包的第二应答时隙，使得所述智能设备能够优先收到所述第一nak包或无法解析应答，进而重新发送音频数据包。
37.现有技术中，仅主耳可与智能设备以蓝牙标准协议正常通信，而副耳监听智能设
备发送的音频数据包而不作任何应答。主耳与智能设备通信的过程中，主耳参与对智能设备的反馈，包括ack(acknowledge，应答)和nak(negative acknowledge，否定应答)。在现有技术中，通常反馈ack包，则表明接收到音频数据包，反馈nak包，则表示未接收到音频数据包，而智能设备仅在解释到ack包时继续发送新的音频数据包。
38.本发明实施例使得副耳在未接收到来自所述智能设备的音频数据包时，向智能设备发送nak包，以明确表示没有收到该音频数据包，其略早于主耳的ack包，智能设备将优先收到nak包或无法解析应答，从而引起智能设备重发音频数据包。本发明实施例的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法能够提高蓝牙多播音频的可靠性，一方面不需要通过主耳向副耳补包，从而能够节省代码与内存，主耳较为省电，且实时性较高，另一方面不需要发送高功率的干扰信号，不污染无线电环境且副耳功耗低。
39.作为优选，所述第一nak包基于蓝牙标准协议。由于遵守了蓝牙标准协议，故实现起来简单容易，可兼容现有大量的蓝牙设备。
40.进一步地，所述方法还包括：
41.所述第一应答时隙和第二应答时隙的设置符合所述蓝牙标准协议；
42.其中，所述主耳接收到所述智能设备发送的音频数据包时在所述第二应答时隙向所述智能设备回复ack包，所述智能设备仅在解析到所述ack包时继续发送新的音频数据包。
43.在原标准的蓝牙标准协议中，主耳和副耳都有相应规定的应答时隙。基于蓝牙标准协议进行通信时，智能设备的接收时隙允许耳机的应答包有左右共20us的抖动。
44.具体执行上述方法时，可以通过修改蓝牙标准协议中关于应答时隙的参数，从而使得第一应答时隙略早于第二应答时隙。具体实施时，可以略微提前原蓝牙标准协议中副耳发送nak包的时隙，也可以稍微延迟主耳发送ack包的时隙，其中的提前或者延迟发送应答包的时隙操作需要符合蓝牙标准协议，即修改前后的时延偏差不能够超过20us。
45.优选地，如图2所示，将原蓝牙标准协议中副耳发送nak包的时隙提前4us，对主耳发送ack包的时隙不做修改，这样副耳nak与主耳ack有一个preamble(前导码的时延)，实际硬件可有3～5us的时延。
46.本发明上述实施例能够进一步提高蓝牙多播音频的可靠性。
47.当一个或多个副耳发射nak包时，如果主耳收到了音频数据包，它必然回复ack包。通过上述的设置使得nak包优先于ack包发射，从而智能设备能够优先收到nak包，并对ack包时间上重叠的部分有较强的抗干扰力，因此能高概率解析出nak包。
48.较低概率地，nak包被ack包干扰无法解析，这时智能设备仍会重发音频数据包。
49.极低概率地，如ack信号较强而nak信号极弱，这时智能设备收不到nak包却收到的ack包，并取消重传，这时确实会引起副耳丢包，但这也是符合实际的正常现象，无法通讯的耳机可以暂时“剔除”，以便其它耳机正常接收。
50.进一步地，当所述主耳未接收到所述智能设备发送的音频数据包时，在一种实施方式中，所述主耳在所述第一应答时隙向所述智能设备回复第二nak包。
51.在另一种实施方式中，当所述主耳未接收到所述智能设备发送的音频数据包，则所述主耳不返回任何信息。
52.通过上述实施方式的设置，智能设备可能收到其中一个nak包，或者一个合成的
nak包(多个完全一样的nak包可以合成，类似多径反射)，或者无法解析(多个nak包相互干扰，如多径衰落)。这些情况都可被视作没有收到，从而引起智能设备重发音频数据包。
53.其中，上述“第一nak包”中的“第一”以及“第二nak包”中的“第二”仅用于区别主耳、副耳向智能设备发送的nak包，该第一nak包可以跟主耳向智能设备发送的第二nak包一致。
54.根据上述方法，用8个耳机进行测试，选取手机作为智能设备播放音频数据，发现：
55.当耳机在一起，矩离较近时(3米内)，移动手机(50米内)，耳机表现良好，且基本相同，与单个正常耳机基本一样；耳机正常接收时，保持手机和主耳不动，而移动其中一个副耳，该副耳机远离至卡顿甚至无声时，其它耳机基本无影响，播放仍然正常；耳机正常接收时，保持手机和所有副耳不动，当主耳远离至卡顿时，确实所有副耳都受影响。
56.为进一步避免主耳远离至卡顿给副耳带来的影响，本发明的方法进一步包括：
57.当所述主耳接收音频数据包的信号强度低于预置信号强度阈值时，比较各副耳接收音频数据包的信号强度，选取信号强度最大的副耳作为新的主耳。
58.本发明实施例通过增加主副耳切换功能解决了主耳远离至卡顿给副耳带来影响的问题，可进一步提升蓝牙多播音频的可靠性。
59.本发明第二方面实施例提供了一种tws耳机，所述tws耳机包括单个主耳和多个副耳，所述副耳用于监听并接收智能设备向主耳发送的音频数据包；所述副耳还用于在未接收到来自所述智能设备的音频数据包时，则在设置的第一应答时隙向所述智能设备发送第一nak包，所述第一应答时隙早于所述主耳向所述智能设备回复ack包的第二应答时隙，使得所述智能设备能够优先收到所述第一nak包或无法解析应答，进而重新发送音频数据包。
60.作为优选，所述第一nak包基于蓝牙标准协议。
61.进一步地，所述第一应答时隙和第二应答时隙的设置符合所述蓝牙标准协议；
62.所述主耳用于接收到所述智能设备发送的音频数据包时在所述第二应答时隙向所述智能设备回复ack包，以使所述智能设备在解析到所述ack包时继续发送新的音频数据包。
63.进一步地，所述主耳还用于在未接收到所述智能设备发送的音频数据包时，在所述第一应答时隙向所述智能设备回复第二nak包或者不返回任何信息。
64.本发明上述实施例主耳、副耳的功能及实现方式与上述高可靠性的蓝牙多播音频通信方法的实施例相同，具体解析可以参照上述高可靠性的蓝牙多播音频通信方法的实施例，为了避免重复，在此不再赘述。
65.本发明第三方面提供了高可靠性的蓝牙多播音频通信系统，包括如上任一项所述的tws耳机和智能设备，所述智能设备用于发送音频数据包，并在解析到所述ack包时继续发送新的音频数据包，在接收到所述第一nak包、接收到所述第二nak包或者未解析到所述ack包时重新发送音频数据包。
66.本发明第四方面提供了一种高可靠性的蓝牙多播音频通信装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项实施例所述的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法。
67.本发明第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存
储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项实施例所述的高可靠性的蓝牙多播音频通信方法。
68.所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field
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programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述高可靠性的蓝牙多播音频通信装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个高可靠性的蓝牙多播音频通信装置的各个部分。
69.所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述高可靠性的蓝牙多播音频通信装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
70.其中，所述高可靠性的蓝牙多播音频通信装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read
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only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
71.以上所述是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本技术的保护范围。