一種可無線拓展聲道的電視系統實現方法

1   技術背景

兩聲道輸出是電視的通用設計方式，設計上喇叭集成在電視內部^[1]，但由于受電視尺寸空間限制，電視機內的喇叭距離較近，導致聲場不開闊，電視機無法體驗到影院級效果。通常用戶會購買外置音響或soundbar，通過電視的數字音頻輸出給外置音響設備，來達到影院級的效果^[2]。圖1 所示為常用實現方案圖，電視系統接收到音頻信號后，對音頻信號解碼，分解為I2S 的音頻數據輸出給功放，功放驅動喇叭發聲，另一路輸出給音頻編碼模塊，當有外接音箱系統接入時，將編碼好的音頻輸出提供給外接音箱系統，音箱系統解碼后將I2S 音頻數據輸出給功放，驅動重低音音箱系統發聲^[3]。

圖1 電視基礎方案

隨著芯片集成度的提升，現有電視解碼芯片已能支持解碼多通道^[4]，基于上述情況，通過對現有實現方案分析，方案存在以下缺點：

●   成本較貴：沒有充分利用電視本機能解碼多聲道的特性，通過數字音頻輸出給外接設備，外接音響設備需要再次支付音頻解碼專利費用。

●   本機喇叭成為擺設，沒有發揮系統最大音效。

●   電視將音頻解碼后再重編碼輸出給外置音響，外置音響還要進行一輪解碼，增加了系統延時，導致av sync 不同步，影響觀影體驗。

2   系統方案的實現

2.1 方案簡述

一種可無線拓展聲道的電視系統，根據電視系統內的解碼方案可支持的音頻數據I2S 數進行設計，如方案支持的I2S 的DATA 數為1 路，則可輸出兩通道的音頻，如果方案支持的I2S 的DATA 數為2 路，則可輸出四通道的音頻；如果方案支持的I2S的DATA數為3 路，則可輸出六通道的音頻；如果方案支持的I2S 的DATA 數為4 路，則可輸出八通道的音頻。在電視系統解碼模塊后，設計能合成多路音頻數據的無線音頻發射模塊，同時外置音箱設計無線音頻接收模塊，總體的外置音箱數量+ 本機喇叭聲道數量不高于電視系統可支持的最大聲道數^[5]。按照本方案設計，將電視分為以下兩種工作狀態。

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，本機喇叭作為中置輸出，中置聲道通常輸出人聲，本機喇叭離顯示屏幕最近，輸出的人聲和圖像結合，可以達到聲像合一的體驗。其他聲道通過低延時無線傳輸技術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，可根據配對方式，設定工作時的聲道ID。

此種實現方案的優點主要有：

●   充分利用電視SoC 解碼器，降低系統成本；

●   電視輸出聲道可拓展設計，根據軟件適配不同的輸出聲道數，滿足不同的消費需求；

●   將內置喇叭利用起來，充分發揮離屏最近的優勢；

●   外置音響采用標準化電路，所有音響采用一套軟件和PCBA 硬件，節省系統BOM 維護成本。

2.2 系統方案設計

圖2 為本發明系統的主要實現框圖，電視系統接收到音頻信號后，對音頻信號解碼，分解為I2S 的音頻數據輸出給功放，功放驅動喇叭發聲；其中另有I2S 的DATA 數據輸出給音頻無線發射模塊。

圖2 本系統實現框圖

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，轉為I2S 信號，并輸出功放模塊，音箱系統發聲。本系統的音頻無線發射模塊由SWM908SD 芯片組成模塊電路，外接音箱系統核心部分由SWS997SD 組成模塊電路，每個外接音箱系統具有相同的核心電路。本系統支持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聲道的PCM 格式。

●   上混模塊：解碼輸出的PCM 音頻應用頭函數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UI 設置，當電視工作在2ch 輸出模式時，5.1.2ch 音頻下混輸出2ch；當電視工作在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 同時輸出給本機功放IC。

圖4 硬件層接口邏輯圖

電視內置功放的input mixer 設置如圖5 所示。

圖5 硬件層接口圖

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

電視系統跟音箱系統配對實現流程如下：系統的音箱系統每個都有獨立的地址，每個地址都有設置默認的聲道，電視系統在進入音箱系統配對狀態時，開始搜尋設備，用戶可根據上述音箱系統按鍵的描述，依次按住按鍵3 s 左右，啟動音箱系統的藍牙配置狀態，使音箱系統進入配對模式。配對成功后，電視系統根據接入系統的外接音箱的數量和地址，配置各I2S 數據的輸出模式，最終使系統達到需求的影院組合模式。

圖6 音箱配置鍵示意

3   結束語

通過本方案思路實現的音頻系統具有以下特點：①可以將每個無線音箱進行ID 命名，例如1/2/3/4/5/6/7，根據配對得到的識別ID，通過軟件進行聲道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制方案，做聲音增強時，有較好的效果。系統可應用于電視系統，提升聲音效果。

參考文獻：

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[5] 余明火,張光宇.音頻輸出方法、裝置、電視機以及計算機可讀存儲介質:中國,202110150235.9[P].2021-02-03.

（本文來源于《電子產品世界》雜志2021年10月期）