机顶盒无线音频收发系统开发方案

张堂鹏

（广东九联科技股份有限公司，广东惠州，516000）

机顶盒无线音频收发系统开发方案

张堂鹏

（广东九联科技股份有限公司，广东惠州，516000）

无线音频收发系统是机顶盒的重要组成部分，研究和开发科学、合理的无线音频收发系统对于实时接收机顶盒音频意义重大。文章以nRF24Z1芯片为核心，首先论述了系统总体方案设计，接着分析了芯片功能与机顶盒接口问题，最后探讨了机顶盒无线音频收发的实施，试验表明该方案具有良好的效果。

机顶盒；无线音频；S/PDIF

0 引言

近年来，我国数字音频发展迅速，其信号稳定性好、音质佳，与模拟音频相比更具优势，是现代音频发展重要方向。目前，2.4GHz无线技术应用广泛，具有传输距离远以及抗干扰能力强的特点，Nordic公司nRF24Z芯片，工作在2.4GHz频段，通信速率、音频传输率分别达到4Mbps、1.54Mbps，采用了I2S串行接口、索尼/菲利浦数字接口，将其应用于机顶盒中，可实现数字音频信号的直接提取，同时还能够确保得到良好的音质。

1 系统总体方案设计

如图1是机顶盒无线音频收、发系统图，由图分析可知，此系统共分为3部分：一是信号提取部分；二是传输部分；三是接收部分。绝大部分的机顶盒均设有索尼/菲利浦数字接口，nRF24Z芯片兼具音频数据发送、接收功能。nRF2401芯片可输出I2S音频信号，同时对单片机进行控制，达到增大/减小音量的效果[1]。在使用过程中是非常简便的。QFN24引脚封装，外形尺寸只有5×5mm。

图1 机顶盒无线音频收、发系统图

2 无线射频芯片功能分析

nRF24Z1功能很多，同时需要的外围元件也比较少，所以说

nRF24Z1通信速率、实际传输速率分别达到4Mbps、1.5Mbps，可有序开展音频数据输入/出、射频通信。在该系统中，仅仅需要采用低速或者简单的微控制器就能够实现对系统的全面控制。微控制器的工作，需经由串/并行口控制相关操作，如：音量的增大/减小等。

单独一个nRF24Z1芯片无法同时完成音频数据传输、接收，必须配置一对芯片，以微控制器控制nRF24Z1初始配置，由发送信号的nRF24Z1控制外围电路[2]。在缺少微控制器的情况下，则以EEPROM/FLASH存储器代替。

3 数字音频信号的提取与接口电路

当前，我国绝大部分的机顶盒均设有索尼/菲利浦数字同轴输出口，针对部分未设有该接口的机顶盒，也可以通过增设索尼/菲利浦数字同轴/光纤输出口。在机顶盒型号不同的情况下，相应的增设方法也存在差异，具体可以归纳为以下两种形式：一是，在MPEG-2解码芯片自身已有索尼/菲利浦输出脚的情况下，可直接将输出信号引出，并以缓冲器、RCA端子完成数字信号输出的工作；二是，在MPEG-2解码芯片不具备索尼/菲利浦输出脚的情况下，需将I2S的DATA、BCLK、LRCK信号进行转换，获得相应的索尼/菲利浦数字信号，其后以转换电路提取此数字信号[3]。

索尼/菲利浦同轴线同时传输数据、时钟信号，此信号的频率较高、边缘尖锐。通常情况下，同轴线阻抗值是75 Ω，输出的索尼/菲利浦信号峰值电压仅为0.5 V，无法与CMOS芯片直接相连。基于此，必须做好电平转换，确保信号顺利输入。

4 机顶盒无线音频收发

4.1 音频发射器

以nRF24Z1为核心制作音频发射器时，MODE引脚需为高电平，I2S串行接口、索尼/菲利浦数字接口均可作为音频信号输入接口。其中，I2S接口主要包括三个引脚：（1）CLK，（2）DATA，（3）WS；索尼/菲利浦数字接口只有SPDIO引脚，若是声源、nRF24Z1相距不远，应首选I2S接口；若是声源、nRF24Z1相距较远，应首选索尼/菲利浦数字接口。

在接口不同的情况下，nRF24Z1通信方式也不同，如：若是采用的是串行从接口，则往往使用I2C总线通信；若是采用的是串行主接口，则需以nRF24Z1控制单片机。在本方案设计时，采用的是串从主接口，配置了PIC18系列单片机、I2C总线通信，单片机RC3/4引脚连接到nRF24Z1SSCL/SSDA引脚[4]。

4.2 音频接收器

以nRF24Z1为核心制作音频接收器时，MODE引脚需为低电平，I2S串行接口、索尼/菲利浦数字接口均可作为音频信号输出接口。利用射频技术实现发射器对接收器接口的控制，即实现放大器、DAC遥控。

本方案配置了PIC18系列单片机，通过I2C接口输入控制数据，采用了QsS机制，自适应跳频是集成的重要部分，根据时间、空中噪声不断调整接收/发送端工作频率。本系统以I2S为输出口，利用WM8711BL的DAC芯片开展数模转换工作，最终以耳机的形式对音频进行接收。

5 结论

本文围绕机顶盒音频收发系统的开发展开了具体论述，以nRF24Z1芯片为核心，实现数字无线音频收发，此系统具有运行速度快、使用方便、音频质量高的优势，具有应用推广价值。

[1]邵琳伟，潘国峰，寇志强，等.机顶盒无线音频收发系统的设计与实现[J].电视技术，2012(24)：43-45.

[2]董文丽.机顶盒数字音频的无线转发系统设计[J].硅谷，2012(10)：49-50.

[3]邓应伟，张帆，刘真，等.基于STi5518的CATV机顶盒音频后处理电路设计[J].电声技术，2005(7)：25-26.

[4]陈森，王厚信，黄美莹，等.有线数字电视系统中高标清直播频道音频响度调整方法探讨[J].广播与电视技术，2015，42(9)：88-93.

张堂鹏（1984.04-），男，广东惠州人，本科，工程师，从事数字电视机顶盒研发工作。

Development scheme of wireless audio transceiver system for set top box

Zhang Tangpeng
(Unionman Technology Co.,Ltd,Huizhou Guagndong, 516000)

Wireless audio transceiver system is an important component of set top box. It is of great significance to study and develop a scientific and reasonable wireless audio transceiver system to receive set-top box audio in real time. This paper takes nRF24Z1 chip as the core, first discusses the design scheme of the system, and then analyzes the function of the chip and the set-top box interface, and finally discusses the implementation of STB wireless audio transceiver, the experiments show that the scheme has a good effect.

set top box; wireless audio; S/PDIF