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用AX2002实现2.4G高保真无线数字音频系统

朱时晖?? 苏维波?? 符运河?? 卓荣集成电路科技有限公司?? 2007年09月11日 ?? 收藏0

  ●? 差值编码

  计算每个采样点与相应预测值之差的编码值QDiff[x]

  QDiff[x] = (Sample[x+1]-PredictedSample) / (GainFactor·QRate)

  ●? 自适应预测

  计算每个采样点值对应的解码预测值。

  PredictedSample = QDiff[x]·GainFactor·QRate + PredictedSample

  PredictedSample[0] = Sample[0]

  编码后输出的数据格式为:

用AX2002实现2.4G高保真无线数字音频系统公式


  解码的过程将利用包增益系数GainFactor和预测值PredictedSample[0]作为初始值,计算解码采样点值公式如下:
Sample[x+1] = QDiff[x]·GainFactor·QRate + Sample[x]

  收发音频采样同步算法

  音频的输入和输出终端分别处在两个不同的时钟域,而且对音频信号的采样和合成也使用了不同的时钟,因此收发两个终端必将出现音频采样速度的差异问题。差异时间的累积会造成输出采样点与输入采样点的不对等

,从而产生噪声。


  我们采用了音频采样值resample的算法来解决采样速度差异的问题,从而实现输入和输出终端的同步。

  以输入端的采样速度为参考,输出端将出现采样点输出增加和减少两种情况。

  当采样输出速度偏快时,将会出现采样点减少,我们使用resample算法来制造一个采样点。

  n = 0……N , N =32
  X0…….X31? resample to Y0,Y1……Y32


  当采样输出速度偏慢时,将会出现采样点增加,我们使用resample算法来减少一个采样点。

  For n = 0……N-1 ,N =32
  X-1,X0……X31? resample to Y0,Y1……Y31

?

  内部缓冲区的管理机制

  音频信号的采样和输出是一个连续的过程,我们使用了双缓冲区(Buffer)机制来实现对音频数据和基带处理的数据缓存。ADC采样数据的输入和DAC数据的输出循环使用双缓冲区,缓冲区的切换通过采样点的计数器来控制。

  基带处理中使用了较大的缓冲区来存储RF的发送和接收数据,以增强RF通信的错误重发能力。基带处理的缓冲区是一个8层的循环结构,总共可存储8个slot的RF发送或接收数据。RF通信的传输速度快于音频信号的采样速度,因此缓冲区控制机制将根据RF的通信质量自动调整缓冲区的容量。通信质量较好时,缓冲区将最大限度地存储音频数据;通信质量较差时,将充分利用缓冲区中的缓存数据来提供错误重发,并会随着通信质量的变好而自动恢复。主机侧的缓冲区结构如图2所示。

  功耗控制技术

  音频信号的无线传输设备多数是手持或便携式的,使用电池供电,因此对功耗的要求较高。在我们的方案中通过控制RF通信时间,控制MCU运行速度,控制各模块的供电电压,控制外围电路的供电和省电模式来实现功耗的降低。

  在RF的通信机制中,缩短slot的时隙会有利于功耗的控制。在slot的结束时使RF模块进入Power Down模式。正常通信中,当出现RF传输快过音频信号采样时,会停止RF的发送和接收,即空包通信。在较长时间失去通信连接的情况下使系统进入休眠模式,定时触发RF侦听和进行信号搜索,这样可以大大降低待机时的耗电量。

  在处理器的软件上应尽量做到各运算模块的最优化,音频数据和RF模块驱动数据的存取均使用DMA方式,降低处理器的运行速度,也会获得更低的功耗指标。

  在保障正常工作的情况下各模块电路均采用较低的电压供电。在RF通信失去连接时,关闭音频部分的外围电路;在省电模式下,不但要关闭所有模块的供电,还需要把处理器的工作模式配置成sleep模式。

  结束语

  总之,在无线数字音频系统中,一个可靠的通信机制是系统性能的保证。这个机制既能确保系统在正常通信下收发两端的同步,还能确保在失步状态下进行快速信道搜索并建立新的同步。另外优化的内部缓冲区管理和跳频信道管理对提高抗干扰性能和提高通信距离有非常大的作用。从经验来看,有效的进行错包重发可以大大提升系统的通信性能。因此在设计数据结构和缓冲区管理机制时,应该优先考虑错包重发机制所需的资源。AX2002 + ATR2406系统是一个很成熟的2.4G无线数字音频方案,读者可以参考该系统的设计方法解决实际中的一些问题。


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无线? 数字音频? RF? 基带处理器?

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