1   技术背景

两声道输出是电视的通用设计方式，设计上喇叭集成在电视内部[1]，但由于受电视尺寸空间限制，电视机内的喇叭距离较近，导致声场不开阔，电视机无法体验到影院级效果。通常用户会购买外置音响或soundbar，通过电视的数字音频输出给外置音响设备，来达到影院级的效果[2]。图1 所示为常用实现方案图，电视系统接收到音频信号后，对音频信号解码，分解为I2S 的音频数据输出给功放，功放驱动喇叭发声，另一路输出给音频编码模块，当有外接音箱系统接入时，将编码好的音频输出提供给外接音箱系统，音箱系统解码后将I2S 音频数据输出给功放，驱动重低音音箱系统发声[3]。

图1 电视基础方案

随着芯片集成度的提升，现有电视解码芯片已能支持解码多通道[4]，基于上述情况，通过对现有实现方案分析，方案存在以下缺点：

●   成本较贵：没有充分利用电视本机能解码多声道的特性，通过数字音频输出给外接设备，外接音响设备需要再次支付音频解码专利费用。

●   本机喇叭成为摆设，没有发挥系统最大音效。

●   电视将音频解码后再重编码输出给外置音响，外置音响还要进行一轮解码，增加了系统延时，导致av sync 不同步，影响观影体验。

2   系统方案的实现

2.1 方案简述

一种可无线拓展声道的电视系统，根据电视系统内的解码方案可支持的音频数据I2S 数进行设计，如方案支持的I2S 的DATA 数为1 路，则可输出两通道的音频，如果方案支持的I2S 的DATA 数为2 路，则可输出四通道的音频；如果方案支持的I2S的DATA数为3 路，则可输出六通道的音频；如果方案支持的I2S 的DATA 数为4 路，则可输出八通道的音频。在电视系统解码模块后，设计能合成多路音频数据的无线音频发射模块，同时外置音箱设计无线音频接收模块，总体的外置音箱数量+ 本机喇叭声道数量不高于电视系统可支持的最大声道数[5]。按照本方案设计，将电视分为以下两种工作状态。

1）电视独立工作在2.0 音频输出模式。

2）电视工作在多声道模式下，本机喇叭作为中置输出，中置声道通常输出人声，本机喇叭离显示屏幕最近，输出的人声和图像结合，可以达到声像合一的体验。其他声道通过低延时无线传输技术输出给外置有源音箱，可组成无线家庭影院。外置无线音响采用通用电路，软件也相同，可根据配对方式，设定工作时的声道ID。

此种实现方案的优点主要有：

●   充分利用电视SoC 解码器，降低系统成本；

●   电视输出声道可拓展设计，根据软件适配不同的输出声道数，满足不同的消费需求；

●   将内置喇叭利用起来，充分发挥离屏最近的优势；

●   外置音响采用标准化电路，所有音响采用一套软件和PCBA 硬件，节省系统BOM 维护成本。

2.2 系统方案设计

图2 为本发明系统的主要实现框图，电视系统接收到音频信号后，对音频信号解码，分解为I2S 的音频数据输出给功放，功放驱动喇叭发声；其中另有I2S 的DATA 数据输出给音频无线发射模块。

图2 本系统实现框图

在无线重低音组，具有音频无线接收模块，无线接收模块接收到音频信号后，转为I2S 信号，并输出功放模块，音箱系统发声。本系统的音频无线发射模块由SWM908SD 芯片组成模块电路，外接音箱系统核心部分由SWS997SD 组成模块电路，每个外接音箱系统具有相同的核心电路。本系统支持2ch 输出和多声道输出，通常音源都是2ch，2ch 输出是较常见方案，多声道输出通常需要音源是多声道才能解码成多声道，本方案内置upmix 和downmix 算法，可以将2ch 声道音频最多拓展成5.1.2或7.1 声道，下面以5.1.2 声道输出举例。

如图3 所示，本系统将音频处理流程分为以下3 个模块：

●   解码模块：将各种封装的音源解码成相应声道的PCM 格式。

●   上混模块：解码输出的PCM 音频应用头函数模型通过矩阵算法上混为5.1.2ch，5 指的是L/C/R/Ls/Rs，1 指的是sub，2 指的是Lt/Rt。

●   下混模块：根据UI 设置，当电视工作在2ch 输出模式时，5.1.2ch 音频下混输出2ch；当电视工作在5.1.2模式时，则直接输出5.1.2，L/R 指左右声道，Ls/Rs 指左右环绕声道，Lt/Rt 指顶部声道，C 指中置声道，Sub指重低音声道。

图3 音频模块图

硬件层设计接口逻辑图，通过4 路I2S 接口输出给无线音频传输模块，其中I2S0 同时输出给本机功放IC。

图4 硬件层接口逻辑图

电视内置功放的input mixer 设置如图5 所示。

图5 硬件层接口图

每个外置无线音箱内置电源模块/ 控制模块/ 无线接收模块/ 功率放大模块/ 音频处理模块，设置L/R/Ls/Rs/Lt/Rt/Sub 七个配对按键，功放软件根据激活的配对按键将输出声道配置为配对按键对应的声道输出。

电视系统跟音箱系统配对实现流程如下：系统的音箱系统每个都有独立的地址，每个地址都有设置默认的声道，电视系统在进入音箱系统配对状态时，开始搜寻设备，用户可根据上述音箱系统按键的描述，依次按住按键3 s 左右，启动音箱系统的蓝牙配置状态，使音箱系统进入配对模式。配对成功后，电视系统根据接入系统的外接音箱的数量和地址，配置各I2S 数据的输出模式，最终使系统达到需求的影院组合模式。

图6 音箱配置键示意

3   结束语

通过本方案思路实现的音频系统具有以下特点：①可以将每个无线音箱进行ID 命名，例如1/2/3/4/5/6/7，根据配对得到的识别ID，通过软件进行声道ID 映射；②可拓展方式不局限于2.0/7.1/5.1.2，还包括硬件能支持的任何组合；③上混方案可以采取简单的复制方案，做声音增强时，有较好的效果。系统可应用于电视系统，提升声音效果。

参考文献：

[1] 赖伟华.《电视机原理与电路分析》教学的探索[J].技术与市场,2017,24(2):149.

[2] 郑侃.音响设计的动机与听觉效应的应用[J].声屏世界,2021(2):74-76.

[3] 郭明,王明娥,吴雅楠.一种音箱系统设计[J].电子制作,2021(11):76-78.

[4] 缪旻,金玉丰.微系统集成全新阶段—IC芯片与电子集成封装的融合发展[J].微电子学与计算机,2021,38(1):1-6.

[5] 余明火,张光宇.音频输出方法、装置、电视机以及计算机可读存储介质:中国,202110150235.9[P].2021-02-03.