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TWI517691B - 一種以最小延遲無線傳輸優先權化遊戲影音之系統 - Google Patents

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TWI517691B
TWI517691B TW102125775A TW102125775A TWI517691B TW I517691 B TWI517691 B TW I517691B TW 102125775 A TW102125775 A TW 102125775A TW 102125775 A TW102125775 A TW 102125775A TW I517691 B TWI517691 B TW I517691B
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彭其琁
劉勝
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美商微晶片科技公司
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Description

一種以最小延遲無線傳輸優先權化遊戲影音之系統
本發明係有關於一種無線傳送遊戲影音之系統，特別是關於以最小延遲無線傳輸優先權化遊戲影音之系統，其藉由在一無線遊戲系統中處理一低優先權遊戲影音(如背景音樂)以及高優先權遊戲影(如音效)完成一最小延遲之高優先權影音，因此可使用於發射高品質定位多聲道影音於一最小無線頻寬。
使用無線技術傳送遊戲影音之遊戲機非常受人歡迎。現請參照第1圖，其顯示於先前技術中之一種無線傳送遊戲影音之系統1。該系統1可以是一種互動遊戲如微軟XBOX或SONY Playstation，其具有兩種主要構成要件：一遊戲機10以及一遊戲控制器20。遊戲影音11通常可作為來自該遊戲機10之一立體影音訊號。該遊戲機10通常具有網際網路存取12以及一影像訊號輸出至一電視機或顯示器13。
第1圖同時顯示傳送該遊戲影音11至一無線遊戲耳機之方法。首先，一無線影音收發器30具有一第一天線31，用於擷取來自該遊戲機10之該遊戲影音11，將其數位化、壓縮(優化)為一格式化封包，並在將該格式化封包傳輸至一無線遊戲耳機40之一第二天線41之前，產生一對應無線訊號。
在該無線遊戲耳機40中，該封包係藉由一無線訊號接收器所接收，並將該封包解碼為一數位影音訊號，解壓縮並轉換為立體影音。由於在訊號傳遞過程中可能造成封包遺失或接收錯誤位元，故需要一再傳輸(re-transmission)機制。因此該無線影音收發器30具有一無線接收器以接收來自該無線遊戲耳機40之該確認封包。這表示該無線遊戲耳機40也具有一無線發射器。
遊戲影音之無線傳輸具有40ms之傳輸延遲。在每秒運行60圖框(frame)之影音系統中，相當於2.4圖框傳輸延遲，導致了足以令使用者不滿之經驗，特別在於相當注重時間之遊戲。
該延遲在遊戲中可能代表著生存與死亡之區別，例如一種以第一人稱射擊的遊戲。在2008年6月26日之EDN第72頁文章“Bluetooth：sufficient fidelity even for average listeners？”指出目前“延遲的工業目標為40ms”，然而“若為遊戲應用，則目標將改變為10ms，由於玩家反應時間並不允許任何延遲。觀賞影像同時聽到影音是一回事，期望聽到影音又同時做出反應又是另外一回事。”
根據以上所討論，影音延遲係無線遊戲耳機難以流行之主要原因。因此，必須要有一系統來解決先前技術的缺點。
本發明之目的在於提供了一種以最小延遲無線傳輸優先權化遊戲影音之系統。其藉由在一無線遊戲系統中處理一低優先權遊戲影音(如背景音樂)以及高優先權遊戲影(如音效)達成一最小延遲之高優先權影音。本發明可進一步使用於發射高品質定位多聲道影音於一最小無線頻寬。
為達上述之主要目的，本發明提供一種以最小延遲無線傳輸優先權化遊戲影音之系統。該系統包含：一遊戲機；一遊戲控制器；一無線收發器；以及一無線遊戲耳機。該遊戲機具有一遊戲影音訊號為立體影 音訊號。該遊戲控制器係電性連接至該遊戲機並用於控制該遊戲影音訊號。該無線收發器，具有一第一天線，係電性連接至該遊戲機並用於擷取來自該遊戲機之遊戲影音訊號，並由該遊戲影音訊號產生一對應無線訊號。以及該無線遊戲耳機，具有一第二天線，係無線連接至該遊戲機並用以無線接收來自該無線收發器之該對應無線訊號。其中，該遊戲影音訊號係劃分為兩部分組成：一背景音樂(Background Music,BGM)曲目以及一音效(Sound Effects,SFX)之數位指令。該背景音樂曲目係處理為一低優先權之遊戲影音，而該音效之數位指令係處理為一高優先權之遊戲影音。
根據本發明之一特徵，其中該無線遊戲耳機包含一音效數據庫，用以儲存該遊戲影音之一音效及至少一影音處理演算法，該影音處理演算法用以決定該遊戲影音之音效之距離/位置/音量，以及該音效數據庫並未經由壓縮執行無線發送，而該影音處理演算法係一數位訊號處理(Digital Signal Processing,DSP)。
根據本發明之另一特徵，其中當該無線遊戲耳機透過該無線收發器接收來自該遊戲機之音效之數位指令時，儲存於該無線遊戲耳機之該影音處理演算法可處理所接收之該音效之數位指令，然後回傳該遊戲影音之該音效於該無線遊戲耳機。
根據本發明之另一特徵，其中該作為高優先權遊戲影音之音效之數位指令在執行時所產生之延遲為10ms至20ms，且該作為低優先權遊戲影音之該背影音樂曲目在執行時所產生之延遲約為40ms。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
1‧‧‧無線傳送遊戲影音之系統
2‧‧‧優化無線遊戲影音之系統
10‧‧‧遊戲機
11‧‧‧遊戲影音
110‧‧‧背景音樂
111‧‧‧音效之數位指令
12‧‧‧網際網路存取
13‧‧‧顯示器
20‧‧‧遊戲控制器
30‧‧‧無線影音收發器
300‧‧‧無線收發器
31‧‧‧天線
40‧‧‧無線遊戲耳機
400‧‧‧無線遊戲耳機
41‧‧‧天線
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下： 第1圖所示為先前技術之一種無線傳送遊戲影音之系統；以及第2圖所示為本發明之用於提供最小延遲之優化無線遊戲影音之系統2之方塊圖。
雖然本發明可表現為不同形式之實施例，但附圖所示者及於下文中說明者係為本發明之較佳實施例，並請了解本文所揭示者係考量為本發明之一範例，且並非意圖用以將本發明限制於圖示及/或所描述之特定實施例中。
現請參考第2圖，其顯示為本發明之用於提供最小延遲之優化無線遊戲影音之系統2之方塊圖。該系統2包含：一遊戲機10；一遊戲控制器20；一無線收發器300；以及一無線遊戲耳機400。該遊戲機10具有一遊戲影音訊號為立體影音訊號。該遊戲控制器20，電性連接至該遊戲機10，用於控制該遊戲影音訊號。該無線收發器300，具有一第一天線31，電性連接至該遊戲機10，用於擷取來自該遊戲機10之遊戲影音訊號，並由該遊戲影音訊號產生一對應無線訊號。該無線遊戲耳機400，具有一第二天線無線連接至該遊戲機10，用以無線接收來自該無線收發器300之該對應無線訊號。傳統上，該遊戲影音訊號係劃分為兩部分組成：一背景音樂(Background Music,BGM)曲目以及一音效(Sound Effects,SFX)用以告訴玩家遊戲情境。在本發明中，第一圖所顯示之該遊戲影音11目前係劃分為兩不同的部分，背景音樂110以及音效之數位指令111。該背景音樂曲目屬於低優先處理全，而該音效係有關於玩家在競賽中獲勝之重要關鍵。因此，該背景音樂曲目係處理為一低優先權之遊戲影音，而該音效之數位指令係處理為一高優先權之遊戲影音。
當有較大的影音封包需要封包/不封包(packing/unpacking)時，無線系統將產生額外延遲。另外，如藍芽等使用於發送影音之無線規 格，不僅占用可利用之射頻頻寬，且導入許多由於封包遺失及再傳輸所造成之延遲。然而影音之壓縮-解壓縮也會造成些許延遲，常常導致傳送未壓縮之無線影音所採用之頻寬不足。
本發明所提出之該系統2可藉由傳送該無線系統之較小的音效之數位指令來克服上述之缺點，可於無線遊戲耳機400近乎即時的處理。在本發明中，音效資料庫(sound effects database)係簡易地儲存於該無線遊戲耳機400，且不須壓縮來執行無線傳送。這原本的邏輯與許多現有網路遊戲相似，亦即將遊戲影音資料傳輸分離。為了避免網際網路所導入之延遲，該背景音樂曲目及音效訊號自然地被分離於多玩家之線上即時戰略(Real-time Strategy,RTS)以及/或角色扮演(Role-Playing,RP)遊戲。由音效所擷取之數位指令藉由遊戲系統中之該本地端(個人電腦或遊戲機)執行訊號之發射，如此一來，可使其融入所提出之無線遊戲耳機系統。
根據本發明所提出之該系統2係用以分離此二音樂曲目之處理：背景音樂及音效。在本發明中，背景音樂曲目可連續地即時(40ms)撥放於一無線遊戲耳機400，其可經由壓縮處理或否。該遊戲影音(如槍聲(gunshots)與腳步聲(footsteps))之音效以及各種影音處理演算法(對於距離/位置/音量)含有少量的程序/資料相關之簡單文件或位元，必須儲存於無線遊戲耳機400中之一記憶卡或一晶片。在本發明中，該影音處理演算法係數位訊號處理(Digital Signal Processing,DSP)。若該遊戲希望執行一音效，該遊戲機10藉由該無線收發器300傳送一音效之數位指令111作為一指令/控制封包至該無線遊戲耳機400。該音效之數位指令111作為一指令/控制封包係相當微小且僅包含重要資訊，例如位置以及開槍時間等。根據儲存於該無線遊戲耳機400之記憶卡或晶片的該音效資料庫，該數位運號處理程序(儲存於該無線遊戲耳機400)可處理該指令/控制封包之資料以及於該無線遊戲耳機400回傳該遊戲影音之音效。根據本發明所提出之系統，其目的為在該無線遊戲耳機400擁有如同該遊戲系統之影音處理效能，如此透過每一個 系統所產生之音效，彼此將沒有區別。該音效以及該遊戲背景影音將混和並經由該無線遊戲耳機400之一揚聲器回傳。使用本發明之該系統之無線遊戲耳機400與先前系統之無線遊戲耳機之差異性在於，本發明之所產生該音效具有較小之延遲(縮小10-20ms)，係由於在與先前技術具有相同延遲情況下，該作為高優先權遊戲影音之音效之數位指令在執行時所產生之延遲為10ms至20ms，且該作為低優先權遊戲影音之該背影音樂曲目在執行時所產生之延遲約為40ms。由於在訊號傳遞過程中可能造成封包遺失或接收錯誤位元，故需要一再傳輸(re-transmission)機制。因此該無線收發器300亦具有一無線接收器以接收來自該無線遊戲耳機40之確認封包。這表示該無線遊戲耳機400也具有一無線發射器。
現請參考第2圖，該遊戲影音11可劃分為兩不同的部分，背景音樂110以及音效之數位指令111。該無線收發器300可發送該音效之數位指令111以及該編碼後與封包化後之背景音樂曲目。該音效之數位指令111需要微小化處理，可傳送一高優先權來縮小延遲。而該背景音樂之延遲並不重要，因此傳送一低優先權。如第二圖所顯示，本發明所提出之無線遊戲耳機40具有一額外功能：“數位訊號處理用於音效處理”，處理所接收之該音效之數位指令111並使用存於該無線遊戲耳機400之記憶卡或晶片的該音效資料庫來產生該音效。在使用該無線遊戲耳機400之揚聲器之前，該音效以及該背景音樂將被各別地放大以及傳輸。
雖然第1圖以及第2圖僅各別地顯示一無線遊戲耳機40以及400。值得注意的是，本發明所提出之無線遊戲耳機400仍包含至少一麥克風可於遊戲使用者彼此間支援一無線的”即時聊天”。
更複雜之數位訊號處理系統可用於處理更多相同位置資料與多聲道之遊戲音效。一使用者必須可辨識音效之前方與後方，以及左方與右方，形成一4聲道或甚至5.1(或更高)聲道之耳機。具有適當考量頭部相關傳輸函數(head-related transfer function)之4聲道耳機，可藉由設置複數個 揚聲器於該左邊以及右邊之音箱外殼。5.1聲道可採用一第三揚聲器作為該中置聲道，以及一第四揚聲器重現低頻。該低優先權遊戲影音(如背景音樂)仍然作為一雙聲道(2.0或2.1)影音曲目。
本發明所揭示之優點如下：與一2.0聲道系統相比較，5.1多聲道系統具有約3倍之無線頻寬。然而，使用於該數位訊號處理程序之該音效之數位指令111之數位指令/控制封包，藉由傳送(1)作為一2.0聲道無線音頻之該背景遊戲影音以及(2)該音效資料(包含一5.1多聲道位置資料)來產生該音效基於預先儲存於該無線遊戲耳機之該音效資料庫之資料文件，進而可傳送所有該遊戲影音，包含一5.1多聲道系統之位置資訊，其採用之頻寬不會大於2.0聲道系統所採用之頻寬。
本發明所提出之系統重新定義XBOX或Playstation之結構以及其遊戲耳機之通訊需求。互補式金屬氧化半導場效電晶體(CMOS)奈米製程技術可以實現晶片上元件(on chip)，該晶片上元件係選自於CMOS14奈米、20奈米與28奈米之一的製程技術，有效減少邏輯以及記憶系統之功率消耗，使得具有較少記憶體容量以及數位訊號處理之無線遊戲耳機得以實行，並可即時產生該音效，同時縮小無線通訊需求。使無線連結中，如此之功能區分將更能有效發射對於深受延遲影響的音效影音，且對於目前的遊戲平台XBOX 360、Playstation 3以及個人電腦將具有更多利益。
<第一實施例>
產生該音效影音所需要之遊戲影音文件可寄送並儲存於一無線遊戲耳機400(經由無線資料傳輸或一有線電纜)。若該文件產生改變，則將執行一有線或無線之更新。當產生一槍聲時，每一槍聲(或槍聲群，如果在一突發或連續開槍之情況，每一槍聲包含一對應尾音(loudness))觸發該音效之數位指令111並由該遊戲機10發送至無線遊戲耳機400。其給定之參數如該玩家之相關位置，該槍聲音效將於一定之相位及頻譜包络呈現一準確音量至耳朵(使該玩家可確定槍聲之方向)。上述之情況目前皆處理於遊 戲系統(XBOX及PS3)，而本發明將其處理於無線遊戲耳機400以大幅減少延遲。舉例來說，該槍聲在其發射當時，係以b1位元被編碼，且其對應尾音係以b2位元被編碼。較佳地，b1位元與b2位元皆小於10位元。亦即是，該音效之數位指令111係以小於20位元(b1位元加上b2位元)所編碼，由於該音效之數位指令111至少包含了該槍聲與其對應尾音的數位指令。在另一個例子中，該音效之數位指令111亦可以用於第二種音效，例如腳步聲，可藉由該腳步聲的對應尾音/位置/速度/方向等資訊來決定。假設只有兩種數位指令用於兩種不同的音效：槍聲與腳步聲，則在該音效之數位指令111中會有一個位元用以決定該音效之數位指令111是槍聲或腳步聲。亦即是，用於槍聲與腳步聲的該音效之數位指令111至少包含了b1位元加上b2位元以決定位置與尾音。
<第二實施例>
於該無線遊戲耳機400預先儲存用於音效處理之該數位訊號處理程序以及該音效資料庫之相關資料文件具有以下缺點：(1)需要該遊戲平台供應商如微軟以及Sony來分享其專有資訊給該無線遊戲耳機供應商，(2)該無線遊戲耳機需要一足夠大的記憶體來保存該資料文件以及該數位訊號處理程序，(3)該音效處理延遲大多來自於搜索標間以及該嵌入式/外部大尺寸之快閃記憶體之資料讀取。為了解決上述問題，在任何無遊戲動作之時間點(如遊戲關卡間之時間間隔)，特殊遊戲關卡相關之音效資料文件以及其相依數位訊號處理程序可預先加載至緩衝區(buffers)或系統緩存於該無線遊戲耳機400以獲得最小化之延遲。由於實現難度不高，不僅鼓勵遊戲機以及遊戲開發商提供支援該無線遊戲耳機400系統之設計，同時減少(1)該音效處理延遲，(2)該無線遊戲耳機之數位訊號處理程序以及資料記憶體需求。
此外，上述之主動電路之晶片或記憶體可以利用先進的CMOS奈米製程技術實現，，亦即藉由晶片上元件(on chip) 之實現，該晶片上元件係選自於CMOS 14奈米、20奈米與28奈米之一的製程技術，其中該記憶體或晶片中之電晶體形式可以下列種類實現：雙載子電晶體(BJT)，異質接面雙載子電晶體(HBT)，高電子移動率電晶體(HEMT)，假型高電子移動率電晶體(PHEMT)，互補式金屬氧化半導場效電晶體(CMOS)以及側面擴散式金屬氧化半導場效電晶體(LDMOS)。用於電晶體之半導體基板材料包含有：矽、絕緣層上矽(SOI)、矽鍺化合物(SiGe)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)與矽鍺-碳化合物。
雖然本發明已以前述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。如上述的解釋，都可以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明的精神。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
2‧‧‧優化無線遊戲影音之系統
10‧‧‧遊戲機
12‧‧‧網際網路存取
13‧‧‧顯示器
20‧‧‧遊戲控制器
31‧‧‧第一天線
41‧‧‧第二天線
110‧‧‧背景音樂
111‧‧‧用於音效之數位指令
300‧‧‧無線收發器
400‧‧‧無線遊戲耳機

Claims (19)

  1. 一種以最小延遲無線傳輸優先權化遊戲影音之系統，其包括：一遊戲機，具有一遊戲影音訊號為立體影音訊號；一遊戲控制器，其電性連接至該遊戲機，用於控制該遊戲影音訊號；一無線收發器，具有一第一天線，其電性連接至該遊戲機，用於擷取來自該遊戲機之遊戲影音訊號，並由該遊戲影音訊號產生一對應無線訊號；以及一無線遊戲耳機，具有一第二天線，其無線連接至該遊戲機，用以無線接收來自該無線收發器之該對應無線訊號；其中該遊戲影音訊號係劃分為兩部分組成：一背景音樂(Background Music,BGM)曲目以及一音效之數位指令(Sound Effects,SFX)，該背景音樂曲目係處理為一低優先權之遊戲影音，而該音效之數位指令係處理為一高優先權之遊戲影音。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中在產生該對應無線訊號之前，必須先將該遊戲影音訊號數位化，並將該訊號壓縮以及置入於一格式化封包。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線遊戲耳機包含一無線發射器，用以發射一確認封包至該無線收發器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線收發器包含一無線接收器，用以接收來自該無線遊戲耳機之該確認封包。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線遊戲耳機包含一音效數據庫，用以儲存該遊戲影音之一音效及至少一影音處理演算法，該影音處理演算法用以決定該遊戲影音之音效之距離、位置及/或音量，以及該音效數據庫並未經由壓縮執行無線發送。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該影音處理演算法係一數位訊 號處理(Digital Signal Processing,DSP)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中處理為一低優先權遊戲影音之該背景音樂曲目係以約使用40ms之延遲之接近即時之方式串流傳輸至該無線遊戲耳機，其可經由壓縮處理或否。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該音效資料庫係儲存於該無線遊戲耳機之一記憶卡。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該音效資料庫係儲存於該無線遊戲耳機之晶片。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中在該遊戲機執行一音效之前，該遊戲機透過該無線收發器以封包形式傳送該音效之數位指令至該無線遊戲耳機。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中當該無線遊戲耳機透過該無線收發器接收來自該遊戲機之音效之數位指令時，儲存於該無線遊戲耳機之該影音處理演算法可處理所接收之該音效之數位指令，然後回傳該遊戲影音之該音效於該無線遊戲耳機。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該作為高優先權遊戲影音之音效之數位指令在執行時所產生之延遲為10ms至20ms，且該作為低優先權遊戲影音之該背影音樂曲目在執行時所產生之延遲約為40ms。
  13. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該無線收發器可發送該音效之數位指令以及該編碼後與封包化後之背景音樂曲目。
  14. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該無線遊戲耳機處理所接收音效之數位指令，並使用儲存於該無線遊戲耳機中之音效資料庫之數位訊號處理來產生該遊戲影音之音效。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線遊戲耳機包含至少一麥克風可於遊戲使用者彼此間支援一無線的“即時聊天”。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中在使用該無線遊戲耳機之一 揚聲器之前，使用該數位訊號處理所產生之該遊戲影音之音效以及該背景音樂曲目被各別地放大以及傳輸。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該遊戲影音訊號包含該報警音樂曲目以及該音效之數位指令係使用於該無線遊戲耳機之一5.1聲道。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線遊戲耳機之該記憶體係藉由晶片上元件之實現，該晶片上元件係選自於CMOS 14奈米、20奈米與28奈米之一的製程技術。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該數位訊號處理係藉由晶片上元件之實現，該晶片上元件係選自於CMOS 14奈米、20奈米與28奈米之一的製程技術。
TW102125775A 2012-07-24 2013-07-18 一種以最小延遲無線傳輸優先權化遊戲影音之系統 TWI517691B (zh)

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US201261675080P 2012-07-24 2012-07-24

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