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基于ARM和Android平台之无线音响体系设计与实现

时间:2015-01-21 14:12来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是音响工程论文,本文研究的主要内容是分析当前国内外无线音响的发展状况,在此基础上提出了一款新型的无线音响系统设计的解决方案。该系统采用 WiFi 传输技术及 DLNA 传输协

第一章 绪论


1.1 课题研究的背景及意义
音响系统作为人们日常生活中的重要组成部分,在人们的精神生活中起着重要的作用,随着科技的不断发展和人们的生活水平越来越高,人们对其品质要求也越来越高,因此,音响系统的智能化成为现代音响系统的发展趋势。目前大多数音响系统通过数据线连接到 PC 机等设备,但是这种有线方式存在布线复杂、不易携带等问题,不能满足智能音响系统的需要。随着无线技术的发展,音响系统也开始从有线发展为无线,无线技术的加入,使得音响系统变得更加方便、灵活[1]。随着近几年智能手机和平板的快速发展,无线音响系统将得到前所未有的发展机遇,已成为智能音响系统的发展趋势。自从世界上第一台无线音响在上世纪九十年代中推出以来,无线音响系统经过不断地进步与发展,现在市场上已经出现了许多无线音响,到目前为止,市场上已陆续出现了红外音响、蓝牙音响、WiFi 音响等不同无线传输方式的音响系统。随着网络技术的快速发展,尤其是无线网络技术的发展,WiFi 技术在电子设备中应用越来越广泛,且相比其他无线技术,WiFi 技术具有传输距离远、能实现一对多模式等特点,因此,采用 WiFi技术成为无线音响系统的一个研究热点。同时,自从 Google 推出 Android 操作系统以来,Android 操作系统以其免费开源、具有丰富的第三方应用的特点而越来越受到人们关注,在移动设备中应用越来越广泛,到目前为止,Android 智能移动设备的市场占有率达到 67%,成为全球第一大智能操作系统,因此,基于 Android 操作系统的无线音响设计具有积极的意义和良好的应用前景。为了让不同智能终端设备通过 WiFi 网络连接,可以进行多媒体(音频、视频、图片)内容的传输、解析、展示、控制等一系列操作,从而实现多媒体资源轻松和无缝的共享。世界各个组织和厂商相继推出自己的技术。其中,由索尼等公司发起成立的数字家庭联盟提出了 DLNA 协议,该协议在标准的网络技术基础上用于实现多媒体内容推送和播放的功能。到目前为止,该技术已进入产业化阶段,发展成熟,是一大研究热点。
………


1.2 无线音响系统的国内外研究现状
音响系统作为智能家居系统的重要组成部分,已经成为国内外研究和开发的重点[2]。在国外,索尼、三星、松下等电子产品制造商相继推出无线音响系统,2007 年索尼公司发布无线蓝牙音响系统,通过无线蓝牙技术实现手机音乐的推送播放。在国内,随着音响无线化的必然趋势,老牌的音响制造厂商也开始纷纷进军无线音响市场,2013 年凯音公司推出国内首款WiFi音响。从目前的市场和技术来看,目前主要研究的方向集中在无线技术、操作系统以及传输协议的采用。无线技术作为无线音响系统最为核心的技术,已得到快速的发展和应用。目前,无线音响系统采用的无线传输方式主要有红外技术、蓝牙技术、WiFi 技术三种。红外技术具有带宽高,稳定性好的特点,这就意味着可以不用压缩即可传输大容量的音频信号,音质效果更好;但红外无线传输技术也有发射功率高,传输距离短的缺点,一般都在 10m 左右的极限距离。而随着其他无线技术的发展,目前,红外音响已开始慢慢退出无线音响市场,主要应用在各种家电的遥控器中。蓝牙技术采用的是频段为 2.4GHz,目前已发展到 4.0 版本,该版本的传输速率能达到 24Mbps,能够真正满足“无损”传输,同时蓝牙具有功耗低、抗干扰性强,且传输私密性好。但蓝牙的缺点是传输距离短,仅能达到 10m 左右。目前,蓝牙音响凭借着技术成熟、成本低等优势仍然是当今无线音响的主力军。WiFi 技术同样也是采用的 2.4GHz 频段。WiFi 的私密性和抗干扰能力不及蓝牙,但是具有速度快和网络化的优势,可以同时控制局域网中的多台无线音响系统。而且随着无线网络的快速发展,在国内外很多地区都已经覆盖无线网络,WiFi 音响将迎来无限的发展空间。因此,本文采用最为前沿 WiFi 技术作为无线音响系统的传输技术。
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第二章 无线音响系统的总体方案设计


2.1 嵌入式系统概述
目前,嵌入式系统在工业、服务业、消费电子等领域的得到广泛的应用。而随着网络化的进程,嵌入式系统也将其作为发展趋势之一。嵌入式系统具有如下主要特点:第一,内核小、可裁剪。内核与传统的操作系统比如 Windows 系统小很多,而且还可以根据自身的功能需求进行裁剪,可以使系统进一步变小。第二,高实时性、支持多任务。某个任务发生到响应任务时间非常短,并且可以处理多任务,合理利用系统资源。嵌入式系统可以划分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层四部分,如图 2-1所示,硬件层包括嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和 I/O 接口。中间层为硬件抽象层或者板级支持包,它将上层软件和底层上层硬件分离出来,为上层软件提供接口,有时也将中间层划分到系统软件层。系统软件层由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户接口等组成。应用软件层是整个嵌入式系统的最上层,作为大部分嵌入式功能的发起端。其中最为核心是嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统。
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2.2 处理器芯片 A10s 介绍
全志科技在超高清视频编解码、高性能 CPU/GPU 多核整合、先进工艺的高集成度、超低功耗等方面处于业界领先水平,旗下的嵌入式系统 A 系列处理器主要有 A10、A10s、A20、A31 等,本课题主要围绕音频编解码和音频推送两大核心技术,综合考虑性价比以及本研究课题重点,最终选用全志科技的 A10s 作为本系统的核心处理器。A10s是全志科技推出新一代HDMI Dongle解决方案,该方案基于ARM CortexTM-A8架构,性能更强(多核结构),流媒体视频协议及本地多媒体格式兼容性更好,功耗更低,BOM表成本更具竞争力,同时与Android4.0.4 平台的结合,也使得多任务处理更流畅,应用程序加载更快速,触摸反应更灵敏。另外,A10s采用BGA336 封装,集成了AUDIOCODEC和HDMI。
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第三章 音频系统的分析与软件实现......28
3.1 音频系统硬件架构.... 28
3.2 音频系统软件架构.... 29
3.3 音频系统的驱动开发...... 30
3.4 音频系统的硬件抽象层实现...... 36
3.5 本章小结........ 37
第四章 WiFi推送音频的分析与软件实现....39
4.1 WiFi模块的分析和软件实现....... 39
4.2 DLNA协议栈的架构分析和软件实现.... 50
4.3 本章小结........ 55
第五章 人机交互接口设计....57
5.1 LCD显示接口....... 57
5.1.1 LCD接口电路设计....... 57
5.1.2 LCD驱动实现......... 58
5.2 LED指示灯接口 ......... 60
5.3 物理按键接口...... 66
5.4 遥控按键接口...... 70
5.5 系统效果图.... 74
5.6 本章小结........ 75


第五章 人机交互接口设计


5.1 LCD 显示接口
接口电路如图 5-1 所示,三组供电电压分别为 VCC=3.3V、AVDP=5.0V、AVDN=-5V。数据由RGB这三种数据组成,总共 24 位。其中数据R由R0~R7 数据线进行传输,数据G由G0~G7 数据线传输,数据B由B0~B7 数据线传输。由于采用HV+DE模式,只有当DE脚拉高后,有效数据开始传输,并通过Gate Driver和Source Driver处理后在屏上显示。为方便操作,屏上附带电阻式触摸屏。本文采用四线电阻式触摸屏,接口分别为XR、YD、XL、YU四根线[51]。这部分参考LCD屏的datesheet来设置[52],里面有屏的时序参数,包括最小值、推荐值和最大值,可以根据实际需求进行相应调整。根据以上LCD的参数值以及实际的效果,配置LCD的时序参数,其中lcd_dclk_freq设置为 33MHz,lcd_hbp设置为 215,lcd_ht设置为 1055,lcd_vbp设置为 34,lcd_vt设置为 1050。在disp_lcd.c文件中将参数填充到下面结构体。


……….


结论


本文设计了一款性价比高的无线音响系统,首先通过对现有的无线技术分析和比较,最终选择了采用目前最为流行的 WiFi 作为音频信号的无线传输技术,在 WiFi 技术的基础上采用 DLNA 协议,以全志 A10s 芯片为硬件平台和 Android4.0 操作系统为软件平台。进行了硬件整体设计和软件整体开发,实现本地播放和 WiFi 推送音频播放等功能,并对系统设计了良好的人机交互接口,提供了良好的用户体验,是一个功能完整、性能稳定的音响产品,目前该产品已被多家国内外客户所采用。下面介绍本文所做的主要工作。
1. 分析了课题的研究背景以及国内外研究的现状,此基础上提出采用 WiFi 传输技术及 DLNA 传输协议,基于 Android 操作系统实现 U 盘、SD 卡本地音频播放,AUX 外接音频播放,WiFi 推送音频播放等功能。
2. 介绍无线音响系统的总体方案设计,首先介绍系统硬件设计,包括处理器的介绍以及外围模块的设计,主要有存储模块、电源模块、音频模块等几大核心模块。其次介绍系统软件平台,主要包括软件开发平台的搭建以及软件开发工具包的介绍。
3. 对音频系统进行了详细的分析,主要包括音频系统架构,硬件电路等,并在此基础上进行了软件实现,重点包括对驱动和硬件抽象层的开发。
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参考文献(略)

(责任编辑:gufeng)
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