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藍牙產品

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藍牙音頻播放器控制板設計


隨著藍牙技術的不斷發展,藍牙被應用到越來越多的電子產品中,例如藍牙音樂播放器就是其中之一。音樂播放器原本是早期的便攜磁帶播放器,后來發展到CD碟片再發展到MP3隨身聽,無論是從形狀或者是音質上已經發生了巨大的變化。MP3機的音樂存儲在固態的flash閃存中,可以實現音樂的存儲和播放,但是當內存滿的時候想聽其他歌曲只有刪除原來的歌曲重新下載新的歌曲才可以實現播放,帶來一定的不便。現在多媒體技術的發展越來越快,音樂播放器作為在生活中經常出現的一種消費類的電子產品,需求量在不斷增長,競爭也在不斷地增大,促使生產廠商必須積極采用先進的技術來提高產品競爭力。音樂播放器的設計開始慢慢加入藍牙技術,帶有藍牙功能的音頻播放器可以使用戶的娛樂體驗增強,使得帶藍牙功能的音樂播放器越來越多地在各種場所使用。具備藍牙功能的音頻播放器能帶給消費者更加便捷的音樂體驗,在多媒體技術迅猛發展的今天,占有重要地位。

針對傳統音樂播放器不易攜帶、手動操作等局限,設計藍牙音樂播放器支持無線遙控技術,可以遠程遙控音樂的播放,同時在播放器上也可以實現暫停、播放、上/下等功能。同時加入SD卡和U盤,使產品支持藍牙傳輸的同時也支持SD卡和U盤,實現多方式傳輸,與傳統的音樂播放器相比更受大眾喜愛。

一、藍牙音頻播放器整體方案設計

設計的原理圖流程如圖1所示。

采用藍牙芯片作為主控芯片的AC4601具有很多功能,支持藍牙遙控、USB、TF等,基本能夠滿足設計的需求。其中藍牙模塊在電路中并沒有直接的硬件體現。

圖 1 音頻播放器設計原理流程圖

音頻放大模塊中為了讓音頻可以低失真低噪聲地放大和傳輸,同時驅動喇叭發出聲音。選擇MIX3018作為音頻放大的芯片。

主控芯片對通過藍牙或者音頻插口、SD卡等接收到或讀取的音頻進行解碼,將解碼后的音頻傳輸至音頻放大器進行低失真低噪聲的放大最后從喇叭播放出聲音。功能按鍵電路可以控制音頻播放的開始暫停,上下曲等的操作。電源電路則為整個系統供電。

二、藍牙播放器硬件設計

2.1主控模塊AC4601

采用AC4601芯片作為整個音頻播放器的主控芯片。AC4601是杰理公司推出的一款藍牙芯片,屬于AC460N系列。LQFP48封裝,MP3和WAV格式的音樂和沒有經過有損壓縮音樂的都可以用該芯片解碼。同時還支持24位的DAC數模轉換的輸出。AC4601的功能總體分為藍牙、插卡和收音。

AC4601中解碼系統進程分兩個進程,一個是master解碼系統進程另一個是slave解碼系統進程,兩個進程共同負責解碼系統的命令控制,Master通道支持上下曲、暫停或播放、插拔設備等的操作響應,Slave通道用于播放指定的音頻文件,限制播放時間、次數等,解碼器線程負責歌曲解碼,如MP3、WAV,該系統支持多通道同時解碼,解碼后的數據通過音效處理疊加后輸出。

為了更好的Master解碼通道,它大致程序流程如下:首先創建一個解碼進程,然后獲取系統的信息,開始初始化解碼系統的參數,初始化完之后激活music任務,開始解碼,如果解碼出錯了,回到等待系統消息的那個步驟。在音樂播放過程中,如果接收到按鍵消息,對消息進行處理,可以控制歌曲的暫停、播放、上下曲等。當一首歌曲播放完畢之后,系統自動查找下一首歌曲播放。如果有新設備插入,則系統會進入最新插入的設備,查找歌曲進行播放。

解碼輸出是會變化的,當音效成功啟動之后,解碼輸出得到的音效,結束音效處理后輸出到DAC;音效無效的時候,解碼輸出直接到DAC。

2.2音頻放大模塊MIX3018

在主控芯片輸出的音頻信號是非常弱小的,這時候需要一個音頻功放講音頻信號放大,設計中采用了MIX3018芯片作為音頻放大電路的核心。MIX3018音頻功率放大器的作用是對輸入的比較小的音頻信號進行放大,使其功率增加并且保證音頻低失真低噪聲地輸出,同時驅動功率比較大的喇叭,使之發出聲音。同時連接一個音量調節按鈕,通過音量調節按鈕可以調節播放器播放出來的聲音大小。

三、音頻播放器軟件設計

軟件總體設計就是將MP3解碼部分和播放部分相結合,實現邊解邊播,即實時解碼的實現。聲音是一個連續不斷的模擬信號,傳輸前必須把聲音處理一下才能傳輸,處理的過程是采樣、量化、編碼,最后得到pcm數據,即脈沖編碼調制數據,也就是MP3的源。

MP3的解碼總共可以分為9個過程:比特流分解,霍夫曼解碼,逆量化處理,立體聲處理,頻譜重排列,抗鋸齒處理,IMDCT變換,子帶合成,pcm輸出。MP3解碼是雙通道的,兩個通道的解碼信息分開解碼然后合成濾波輸出。

比特流分解實際上是把MP3文件打開,讀取出相關的頭信息、邊信息和比例因子信息等。打開的方式是二進制方式,讀取信息的依據是壓縮時的格式定義。

設計中AC4601芯片自帶硬件解碼功能,只需要調用其引腳,給其相應的解碼指令就可以對獲取到的音頻進行解碼,不需要另外的軟件解碼。首先選擇相應的模式,系統讀取或接收音樂文件,申請解碼接口資源,解碼輸出至音頻放大模塊。

藍牙協議棧是實現藍牙功能最重要的東西。兩個設備之間可以進行相互定位、連接和傳輸交換數據都離不開藍牙協議。在邏輯上可以把協議棧的各個單元分為:應用組、中間件協議組、傳輸協議組三個部分。傳輸協議組包含的協議主要有兩個功能,一是可以使開啟這藍牙功能的設備能夠相互確認彼此的位置,另一個是對物理邏輯鏈路進行創建、配置和管理等,方便其他高層協議數據的傳輸。在音效處理過程中EQ均衡這一步驟是不能省去的一個工作,EQ調整的都是音軋的播放的高音量、中音、以及重音的音頻變化。均衡的EQ可以使音樂更加動聽,樂器的音色是可以被改變的,只要在數字EQ中,調節頻段db的大小就可以實現。

結語

生活中,藍牙音頻播放器也可以應用到很多地方,例如藍牙耳機,現在高音質的藍牙耳機已經越來越受人們的歡迎,藍牙耳機可以實現聽音樂與打電話等的功能。藍牙音頻播放器還可以應用在車載藍牙中,或者一些其他電子設備中。從系統本身來說,系統容易操作,實現的功能也比較簡單。設計的硬件成本相對比較低廉,可以達到享受遠程遙控音樂播放帶來的樂趣。對于音質要求不高的用戶來說,這也是一個不錯的選擇。

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