一種可無線拓展聲道的電視系統(tǒng)實現(xiàn)方法

1   技術(shù)背景

兩聲道輸出是電視的通用設(shè)計方式，設(shè)計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)致聲場不開闊，電視機(jī)無法體驗到影院級效果。通常用戶會購買外置音響或soundbar，通過電視的數(shù)字音頻輸出給外置音響設(shè)備，來達(dá)到影院級的效果^[2]。圖1 所示為常用實現(xiàn)方案圖，電視系統(tǒng)接收到音頻信號后，對音頻信號解碼，分解為I2S 的音頻數(shù)據(jù)輸出給功放，功放驅(qū)動喇叭發(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，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，通過對現(xiàn)有實現(xiàn)方案分析，方案存在以下缺點：

●   成本較貴：沒有充分利用電視本機(jī)能解碼多聲道的特性，通過數(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利費用。

●   本機(jī)喇叭成為擺設(shè)，沒有發(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，導(dǎo)致av sync 不同步，影響觀影體驗。

2   系統(tǒng)方案的實現(xiàn)

2.1 方案簡述

一種可無線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，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)計能合成多路音頻數(shù)據(jù)的無線音頻發(fā)射模塊，同時外置音箱設(shè)計無線音頻接收模塊，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，將電視分為以下兩種工作狀態(tài)。

1）電視獨立工作在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。其他聲道通過低延時無線傳輸技術(shù)輸出給外置有源音箱，可組成無線家庭影院。外置無線音響采用通用電路，軟件也相同，可根據(jù)配對方式，設(shè)定工作時的聲道ID。

此種實現(xiàn)方案的優(yōu)點主要有：

●   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，根據(jù)軟件適配不同的輸出聲道數(shù)，滿足不同的消費需求；

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

●   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

圖2 為本發(fā)明系統(tǒng)的主要實現(xiàn)框圖，電視系統(tǒng)接收到音頻信號后，對音頻信號解碼，分解為I2S 的音頻數(shù)據(jù)輸出給功放，功放驅(qū)動喇叭發(fā)聲；其中另有I2S 的DATA 數(shù)據(jù)輸出給音頻無線發(fā)射模塊。

圖2 本系統(tǒng)實現(xiàn)框圖

在無線重低音組，具有音頻無線接收模塊，無線接收模塊接收到音頻信號后，轉(zhuǎn)為I2S 信號，并輸出功放模塊，音箱系統(tǒng)發(fā)聲。本系統(tǒng)的音頻無線發(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，5.1.2ch 音頻下混輸出2ch；當(dāng)電視工作在5.1.2模式時，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)計接口邏輯圖，通過4 路I2S 接口輸出給無線音頻傳輸模塊，其中I2S0 同時輸出給本機(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

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

電視系統(tǒng)跟音箱系統(tǒng)配對實現(xiàn)流程如下：系統(tǒng)的音箱系統(tǒng)每個都有獨立的地址，每個地址都有設(shè)置默認(rèn)的聲道，電視系統(tǒng)在進(jìn)入音箱系統(tǒng)配對狀態(tài)時，開始搜尋設(shè)備，用戶可根據(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)入配對模式。配對成功后，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

通過本方案思路實現(xiàn)的音頻系統(tǒng)具有以下特點：①可以將每個無線音箱進(jìn)行ID 命名，例如1/2/3/4/5/6/7，根據(jù)配對得到的識別ID，通過軟件進(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單的復(fù)制方案，做聲音增強(qiáng)時，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,2017,24(2):149.

[2] 鄭侃.音響設(shè)計的動機(jī)與聽覺效應(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[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)以及計算機(jī)可讀存儲介質(zhì):中國,202110150235.9[P].2021-02-03.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）