用于TWS蓝牙耳机双耳录音精确同步的方法与流程

用于tws蓝牙耳机双耳录音精确同步的方法
技术领域
1.本发明涉及蓝牙耳机技术领域，特别是一种用于tws蓝牙耳机双耳录音精确同步的方法。


背景技术：

2.目前tws（tws:true wireless stereo的缩写，意为真正的无线立体）耳机市场带录音功能的耳机越来越多，以前tws耳机的麦克风主要用来打电话，微信语音等。一般在这种情况下耳机mic收到的语音信号都是通过蓝牙的sco/esco（sco/esco:蓝牙的一种传输协议，属于逻辑链路层，通常用于有时间限制的数据传输，在蓝牙中主要用来传输语音信号）链路传输到手机，如图1所示。
3.从图1可以看出，在这种链路上要么是左耳和手机建立sco/esco链接，要么是右耳和手机建立sco/esco链接，所以在这种链接上语音传输都是单声道的，就是说链路上传输到手机端的语音信号要么是左耳mic收到的语音信号要么是右耳mic收到的语音信号，如果用微信或者电话应用自带的录音功能来录音的话，录音显然都是单声道的。
4.mic录音采集的数据通路如图2所示，其包括依次连接的模拟麦克风amic、模拟放大器pga、模数转换器adc、下采样装换器decimators、异步采样转换器asrc、直接存储器访问dma控制器、存储器memory和主控mcu。
5.通常dma对于mic声音信号的采集处理过程如图3所示：mcu会给mic采集通路的dma设置一个源地址，源地址就是asrc的输出fifo地址，还会设置两个目的地址，这两个地址就是ping buffer的起始地址和pang buffer起始地址，ping buffer的大小和pang buffer的大小是一样的，这两块buffer位于memory中，还会设置一个一次搬移的数据量的大小，这里叫做fragment size,fragment size和ping/pang buffer的大小是一样的。当mic采集通路的dma启动后，dma首先会把asrc的输出fifo数据搬移到ping buffer,当搬完一个fragment size的数据后，dma会产生一个中断给mcu，并告诉搬移的memory地址信号,mcu收到中断后去对应的memory地址取数据来处理。同时dma开始搬移asrc的输出fifo数据到pang buffer,同样当搬完一个fragment size的数据后，dma会产生一个中断给mcu，并告诉搬移的memory地址信号。然后再去搬移数据到ping buffer,然后再是pang buffer,这样一致反复循环；这里约定一个fragment size的数据就是一帧数据。
6.单声道的录音信号在回放的时候显然失去空间信息的。随着越来越多的应用（比如直播，k歌等应用）需要高品质的耳机录音功能，这种单声道的录音带来的体验感会很差，双耳录音的需求越来越强烈，因为显然双耳录音能更好的还原语音的空间特性。双耳录音的架构一般如图4所示，其实现步骤包括：1、手机通过蓝牙spp协议（spp:serial port profile(串口协议)的缩写,其定义了使用蓝牙进行rs232(或类似)串行电缆仿真的设备应使用的协议和过程，简单来说就是在蓝牙设备之间建立虚拟的串口进行数据通信）发出录音请求；也可能是其他的蓝牙协议，此处以常见的spp协议举列；
2、左耳（假设左耳是主耳，在tws系统里，耳机区分主耳和从耳，主耳和手机建立蓝牙链接，从耳和主耳建立蓝牙链接，同时从耳可以侦听手机和主耳之间的蓝牙传递信息）收到手机的录音请求后，先配置好各硬件模块的参数，包括pga/adc/decimators/asrc/dma，然后启动dma开始mic数据采集，同时把录音请求的消息传递右耳；3、右耳收到主耳的录音请求的消息后，按照相同的步骤，配置各个硬件模块参数，然后启动dma开始mic数据采集;4、右耳把采集到的每帧mic数据编码以后加上帧号（第一帧采集到的数据为1，第二帧为2，以此类推）以及位置信息（比如约定右耳是1，左耳是2）通过双耳之间的蓝牙acl（acl:蓝牙的一种传输协议，属于逻辑链路层，通常用于传输音乐和其他一些对时间要求不是那么高的数据）链路层传给左耳；5、左耳把采集的每帧mic数据编码并加上帧号，然后把右耳收到的相同数据帧一起打包后通过蓝牙的spp传递给手机；6、手机收到spp传过来的数据解码后把相同帧号的音频数据根据位置信息分别送到手机发声单元的左右声道去播放。
7.按照这种设计就实现了双耳录音的功能。但是目前的这种双耳录音有些缺陷，不能实现精准的mic数据采集同步，从上面的步骤可以看出左右耳打开mic采集数据采集通道是有一定时间差的。（左耳提前于右耳一段时间）因为左耳把录音请求的消息传递右耳就打开自己的mic采集通道，他并不知道右耳是什么时候收到的录音请求。后来有些改进的方案，比如左耳把录音请求的消息传递右耳并收到右耳的响应消息再打开本地录音，这种机制虽然一定程度上减轻了双耳录音的不同步，但是还是无法做法精确同步，比如右耳给左耳发送了响应消息，但是右耳自己并不知道左耳什么时间点会收到响应消息，所以右耳发送响应消息后就会打开自己的mic采集，所以这个时候，右耳是提前于左耳的。这种左右耳mic数据采集的不同步，会带来体验感上的一些缺陷，主要是空间信息的不一致，手机回放的空间信息和实际的空间信息的不一致。


技术实现要素：

8.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于tws蓝牙耳机双耳录音精确同步的方法，本发明能精确的实现两个耳机的mic同步采集，利用蓝牙系统之间的bt_clock以及硬件方式触发dma来实现精准同步。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于tws蓝牙耳机双耳录音精确同步的方法，包括以下步骤：步骤1、移动终端通过蓝牙协议向蓝牙耳机发出录音请求；步骤2、蓝牙耳机的主耳和从耳收到所述录音请求后，配置好各自的各硬件模块的参数；步骤3、主耳和从耳设置一个未来且相同的蓝牙时间来触发dma控制器开始录音；步骤4、从耳把采集到的每帧mic数据编码以后加上帧号以及位置信息通过双耳之间的蓝牙acl链路层传给主耳；步骤5、主耳把采集的每帧mic数据编码并加上帧号，然后把从从耳收到的相同数据帧一起打包后通过蓝牙协议传递给移动终端；
步骤6、移动终端将蓝牙协议传递过来的数据进行解码，然后把相同帧号的音频数据根据位置信息分别送到移动终端发声单元的左右声道进行播放。
10.作为本发明的进一步改进，在步骤2中，从耳收到所述录音请求的方法包括：主耳收到录音信息后，通过蓝牙acl链路层将所述录音请求传递给从耳；或者从耳通过蓝牙协议对主耳进行监听，监听移动终端向主耳发出的录音请求。
11.作为本发明的进一步改进，在步骤3中，设置的未来且相同的时间以蓝牙时钟bt_clock进行计数，且从耳对主耳和移动终端之间互相发送的蓝牙信息进行监听。
12.作为本发明的进一步改进，在步骤3中，触发dma控制器开始录音的时间通过写寄存器的方式设置到硬件中，硬件基于蓝牙时钟bt_clock的计时，到设定的时间后，自动启动dma控制器开始录音。
13.作为本发明的进一步改进，所述蓝牙协议为蓝牙spp协议。
14.作为本发明的进一步改进，所述移动终端为手机或平板电脑。
15.本发明的有益效果是：本发明通过硬件基于同一个时钟计时触发dma，时钟是同一个时钟，而且是计时到点硬件自动启动dma，通过这种方法可以实现精确地实现左右耳同步开始采集mic信号，让手机在回放mic的信号的时候会更真实地还原mic录音的空间感。
附图说明
16.图1为耳机mic和手机之间建立连接的链路图；图2为mic录音采集的数据通路图；图3为dma控制器对于mic声音信号的采集处理过程图；图4为传统的双耳录音的架构图；图5为本发明实施例的双耳录音的架构图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
18.如图5所示，一种用于tws蓝牙耳机双耳录音精确同步的方法，本实施例以手机为例进行说明，实现步骤如下：1、手机通过蓝牙spp协议（也可能是其他的蓝牙协议，本实施例以常见的spp协议举列）发出录音请求；2、左耳（本实施例假设左耳是主耳，右耳为从耳）收到手机的录音请求后，先配置好各硬件模块的参数，包括pga/adc/decimators/asrc/dma,同时把录音请求的消息传递右耳（右耳其实是可以监听到手机发给左耳的spp录音请求消息的，如果右耳采取监听的模式，左耳就不用把录音请求消息发给右耳了）；3、右耳收到主耳的录音请求的消息后（如果是监听模式，此时为右耳监听到手机发给左耳的spp录音请求消息），按照相同的步骤，配置各个硬件模块参数；4、左耳/右耳设置一个未来且相同的时间来触发dma开始录音（该时间是以蓝牙时钟bt_clock来计数的，右耳可以监听到左耳和手机之间的bt_clock）；触发时间一般通过写寄存器的方式设置到硬件中，硬件基于bt_clock的计时到设定的时间后，自动启动dma开始
录音；每一个建立链接的蓝牙系统都有一个内部系统时钟，用来决定收发器的时序和跳频。该时钟对于蓝牙系统里的每一个蓝牙设备来说都是同步的，比如手机和蓝牙耳机建立了蓝牙链接，那手机和耳机就组成一个蓝牙系统，在它们之间就有一个同步的蓝牙时钟bt_clock；5、右耳把采集到的每帧mic数据编码以后加上帧号以及位置信息通过双耳之间的蓝牙acl链路层传给左耳；6、左耳把采集的每帧mic数据编码并加上帧号，然后把右耳收到的相同数据帧一起打包后通过蓝牙的spp传递给手机；7、手机收到spp传过来的数据解码后把相同帧号的音频数据根据位置信息分别送到手机发声单元的左右声道去播放。
19.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。