一種可無(wú)線(xiàn)拓展聲道的電視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

1   技術(shù)背景

兩聲道輸出是電視的通用設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)上喇叭集成在電視內(nèi)部^[1]，但由于受電視尺寸空間限制，電視機(jī)內(nèi)的喇叭距離較近，導(dǎo)致聲場(chǎng)不開(kāi)闊，電視機(jī)無(wú)法體驗(yàn)到影院級(jí)效果。通常用戶(hù)會(huì)購(gòu)買(mǎi)外置音響或soundbar，通過(guò)電視的數(shù)字音頻輸出給外置音響設(shè)備，來(lái)達(dá)到影院級(jí)的效果^[2]。圖1 所示為常用實(shí)現(xiàn)方案圖，電視系統(tǒng)接收到音頻信號(hào)后，對(duì)音頻信號(hào)解碼，分解為I2S 的音頻數(shù)據(jù)輸出給功放，功放驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲，另一路輸出給音頻編碼模塊，當(dāng)有外接音箱系統(tǒng)接入時(shí)，將編碼好的音頻輸出提供給外接音箱系統(tǒng)，音箱系統(tǒng)解碼后將I2S 音頻數(shù)據(jù)輸出給功放，驅(qū)動(dòng)重低音音箱系統(tǒng)發(fā)聲^[3]。

圖1 電視基礎(chǔ)方案

隨著芯片集成度的提升，現(xiàn)有電視解碼芯片已能支持解碼多通道^[4]，基于上述情況，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方案分析，方案存在以下缺點(diǎn)：

●   成本較貴：沒(méi)有充分利用電視本機(jī)能解碼多聲道的特性，通過(guò)數(shù)字音頻輸出給外接設(shè)備，外接音響設(shè)備需要再次支付音頻解碼專(zhuān)利費(fèi)用。

●   本機(jī)喇叭成為擺設(shè)，沒(méi)有發(fā)揮系統(tǒng)最大音效。

●   電視將音頻解碼后再重編碼輸出給外置音響，外置音響還要進(jìn)行一輪解碼，增加了系統(tǒng)延時(shí)，導(dǎo)致av sync 不同步，影響觀(guān)影體驗(yàn)。

2   系統(tǒng)方案的實(shí)現(xiàn)

2.1 方案簡(jiǎn)述

一種可無(wú)線(xiàn)拓展聲道的電視系統(tǒng)，根據(jù)電視系統(tǒng)內(nèi)的解碼方案可支持的音頻數(shù)據(jù)I2S 數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如方案支持的I2S 的DATA 數(shù)為1 路，則可輸出兩通道的音頻，如果方案支持的I2S 的DATA 數(shù)為2 路，則可輸出四通道的音頻；如果方案支持的I2S的DATA數(shù)為3 路，則可輸出六通道的音頻；如果方案支持的I2S 的DATA 數(shù)為4 路，則可輸出八通道的音頻。在電視系統(tǒng)解碼模塊后，設(shè)計(jì)能合成多路音頻數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)音頻發(fā)射模塊，同時(shí)外置音箱設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)音頻接收模塊，總體的外置音箱數(shù)量+ 本機(jī)喇叭聲道數(shù)量不高于電視系統(tǒng)可支持的最大聲道數(shù)^[5]。按照本方案設(shè)計(jì)，將電視分為以下兩種工作狀態(tài)。

1）電視獨(dú)立工作在2.0 音頻輸出模式。

2）電視工作在多聲道模式下，本機(jī)喇叭作為中置輸出，中置聲道通常輸出人聲，本機(jī)喇叭離顯示屏幕最近，輸出的人聲和圖像結(jié)合，可以達(dá)到聲像合一的體驗(yàn)。其他聲道通過(guò)低延時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)輸出給外置有源音箱，可組成無(wú)線(xiàn)家庭影院。外置無(wú)線(xiàn)音響采用通用電路，軟件也相同，可根據(jù)配對(duì)方式，設(shè)定工作時(shí)的聲道ID。

此種實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)點(diǎn)主要有：

●   充分利用電視SoC 解碼器，降低系統(tǒng)成本；

●   電視輸出聲道可拓展設(shè)計(jì)，根據(jù)軟件適配不同的輸出聲道數(shù)，滿(mǎn)足不同的消費(fèi)需求；

●   將內(nèi)置喇叭利用起來(lái)，充分發(fā)揮離屏最近的優(yōu)勢(shì)；

●   外置音響采用標(biāo)準(zhǔn)化電路，所有音響采用一套軟件和PCBA 硬件，節(jié)省系統(tǒng)BOM 維護(hù)成本。

2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

圖2 為本發(fā)明系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)框圖，電視系統(tǒng)接收到音頻信號(hào)后，對(duì)音頻信號(hào)解碼，分解為I2S 的音頻數(shù)據(jù)輸出給功放，功放驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲；其中另有I2S 的DATA 數(shù)據(jù)輸出給音頻無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊。

圖2 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖

在無(wú)線(xiàn)重低音組，具有音頻無(wú)線(xiàn)接收模塊，無(wú)線(xiàn)接收模塊接收到音頻信號(hào)后，轉(zhuǎn)為I2S 信號(hào)，并輸出功放模塊，音箱系統(tǒng)發(fā)聲。本系統(tǒng)的音頻無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊由SWM908SD 芯片組成模塊電路，外接音箱系統(tǒng)核心部分由SWS997SD 組成模塊電路，每個(gè)外接音箱系統(tǒng)具有相同的核心電路。本系統(tǒng)支持2ch 輸出和多聲道輸出，通常音源都是2ch，2ch 輸出是較常見(jiàn)方案，多聲道輸出通常需要音源是多聲道才能解碼成多聲道，本方案內(nèi)置upmix 和downmix 算法，可以將2ch 聲道音頻最多拓展成5.1.2或7.1 聲道，下面以5.1.2 聲道輸出舉例。

如圖3 所示，本系統(tǒng)將音頻處理流程分為以下3 個(gè)模塊：

●   解碼模塊：將各種封裝的音源解碼成相應(yīng)聲道的PCM 格式。

●   上混模塊：解碼輸出的PCM 音頻應(yīng)用頭函數(shù)模型通過(guò)矩陣算法上混為5.1.2ch，5 指的是L/C/R/Ls/Rs，1 指的是sub，2 指的是Lt/Rt。

●   下混模塊：根據(jù)UI 設(shè)置，當(dāng)電視工作在2ch 輸出模式時(shí)，5.1.2ch 音頻下混輸出2ch；當(dāng)電視工作在5.1.2模式時(shí)，則直接輸出5.1.2，L/R 指左右聲道，Ls/Rs 指左右環(huán)繞聲道，Lt/Rt 指頂部聲道，C 指中置聲道，Sub指重低音聲道。

圖3 音頻模塊圖

硬件層設(shè)計(jì)接口邏輯圖，通過(guò)4 路I2S 接口輸出給無(wú)線(xiàn)音頻傳輸模塊，其中I2S0 同時(shí)輸出給本機(jī)功放IC。

圖4 硬件層接口邏輯圖

電視內(nèi)置功放的input mixer 設(shè)置如圖5 所示。

圖5 硬件層接口圖

每個(gè)外置無(wú)線(xiàn)音箱內(nèi)置電源模塊/ 控制模塊/ 無(wú)線(xiàn)接收模塊/ 功率放大模塊/ 音頻處理模塊，設(shè)置L/R/Ls/Rs/Lt/Rt/Sub 七個(gè)配對(duì)按鍵，功放軟件根據(jù)激活的配對(duì)按鍵將輸出聲道配置為配對(duì)按鍵對(duì)應(yīng)的聲道輸出。

電視系統(tǒng)跟音箱系統(tǒng)配對(duì)實(shí)現(xiàn)流程如下：系統(tǒng)的音箱系統(tǒng)每個(gè)都有獨(dú)立的地址，每個(gè)地址都有設(shè)置默認(rèn)的聲道，電視系統(tǒng)在進(jìn)入音箱系統(tǒng)配對(duì)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)始搜尋設(shè)備，用戶(hù)可根據(jù)上述音箱系統(tǒng)按鍵的描述，依次按住按鍵3 s 左右，啟動(dòng)音箱系統(tǒng)的藍(lán)牙配置狀態(tài)，使音箱系統(tǒng)進(jìn)入配對(duì)模式。配對(duì)成功后，電視系統(tǒng)根據(jù)接入系統(tǒng)的外接音箱的數(shù)量和地址，配置各I2S 數(shù)據(jù)的輸出模式，最終使系統(tǒng)達(dá)到需求的影院組合模式。

圖6 音箱配置鍵示意

3   結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本方案思路實(shí)現(xiàn)的音頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①可以將每個(gè)無(wú)線(xiàn)音箱進(jìn)行ID 命名，例如1/2/3/4/5/6/7，根據(jù)配對(duì)得到的識(shí)別ID，通過(guò)軟件進(jìn)行聲道ID 映射；②可拓展方式不局限于2.0/7.1/5.1.2，還包括硬件能支持的任何組合；③上混方案可以采取簡(jiǎn)單的復(fù)制方案，做聲音增強(qiáng)時(shí)，有較好的效果。系統(tǒng)可應(yīng)用于電視系統(tǒng)，提升聲音效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賴(lài)偉華.《電視機(jī)原理與電路分析》教學(xué)的探索[J].技術(shù)與市場(chǎng),2017,24(2):149.

[2] 鄭侃.音響設(shè)計(jì)的動(dòng)機(jī)與聽(tīng)覺(jué)效應(yīng)的應(yīng)用[J].聲屏世界,2021(2):74-76.

[3] 郭明,王明娥,吳雅楠.一種音箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2021(11):76-78.

[4] 繆旻,金玉豐.微系統(tǒng)集成全新階段—IC芯片與電子集成封裝的融合發(fā)展[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2021,38(1):1-6.

[5] 余明火,張光宇.音頻輸出方法、裝置、電視機(jī)以及計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì):中國(guó),202110150235.9[P].2021-02-03.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）