CN105578347A - 一体化汽车电子产品的音频系统 - Google Patents

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郑小平
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Abstract

本发明所设计的一体化汽车电子产品音频系统，其包括多核处理器、音频CODEC-1、音频CODEC-2、多通道选择器、音量调节器、功率放大器。这种一体化汽车电子产品的音频系统，考虑了较为全面的功能需求，包含收音机、多媒体节目播放、外接MP3播放、数字电视、红外夜视提示、雷达提示、移动通话、蓝牙通话、蓝牙音乐播放、麦克风喊话、GPS导航、语音命令控制等功能。对驾驶员和乘客收听的声音进行区分，既可以收听相同的音频，也可以独立的收听各自的音频。比如在驾驶员收听导航音频时，乘客可以收听多媒体节目音频。另外，本发明所述的音频系统，其移动通话和蓝牙通话具有录音功能。

Description

一体化汽车电子产品的音频系统
技术领域
本发明涉及一种音频系统，特别是一种一体化汽车电子产品的音频系统。
背景技术
近年来，随着汽车工业的蓬勃发展和电子科技的进步，汽车电子产品得到了飞速的发展和广泛的应用。从早期的车载收音机、车载DVD、多媒体播放器、导航仪，到近期的以特斯拉为代表的车载大屏智能终端，各色各样的汽车电子产品成为了汽车必备的装置，为司机的驾驶提供有益帮助，也为乘客提供丰富的娱乐文化生活。
当前汽车电子产品朝着多功能、智能化、一体化迅速发展。原来各自独立的产品集中成一个系统或产品，由统一的控制核心进行控制，从而在一个系统上实现多种功能，并且这些功能更加协调一致地工作，这样也优化了资源配置，提高了各功能模块的利用效率，防止资源的重复和浪费。一体化的这些优点决定了其成为汽车电子的主要发展趋势。然而一体化又具有相当的难度，其中音频系统便是它的关键和难点。
汽车电子产品种类很多，它们原来是各自独立的，在一体化系统中它们以功能模块的形式集中到一起，由处理器(即CPU)进行统一控制，协调工作。其各自的音频也需要统一成一个系统才能正常工作。音频源具有数量多、种类多、具有不同的信号格式、功能要求也不一等等特点。
发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种一体化汽车电子产品的音频系统及其实现方法。由于一体化的汽车电子产品，其音频源数量多、种类多、信号格式多、功能要求多，它的复杂性和难度都很大。要实现汽车电子产品的一体化，必须实现这些多路、多样的音频在一个系统上协调统一地工作。
本发明所述的一体化汽车电子产品的音频系统，考虑了较为全面的功能需求，包含收音机、多媒体节目播放、外接MP3播放、数字电视、红外夜视提示、雷达提示、移动通话、蓝牙通话、蓝牙音乐播放、麦克风喊话、GPS导航、语音命令控制等功能。对驾驶员和乘客收听的声音进行区分，既可以收听相同的音频，也可以独立的收听各自的音频。比如在驾驶员收听导航音频时，乘客可以收听多媒体节目音频。另外，本发明所述的音频系统，其移动通话和蓝牙通话具有录音功能。
为了实现上述技术要求，本发明的技术方案如下：
一种一体化汽车电子产品音频系统，其包括多核处理器、音频CODEC-1、音频CODEC-2、多通道选择器、音量调节器、功率放大器。
所述的多核处理器，是一种具有数字音频接口的两核或两核以上的数字处理器，并根据不同的产品应用可以是包含一些特色功能和处理能力的处理器。比如集成视频编解码能力，集成CAN总线功能，集成网络功能，等等。在本发明所述的音频系统中，它的主要作用有两点，一是对各功能模块进行管理控制，使它们能正常工作，并实现音频的统一协调地切换和播放；第二个作用是用于产生多种音频，尤其是来自于应用软件的音频，比如导航音频、语音命令音频，具有多媒体解码能力的处理器还能产生多媒体节目音频。
所述的音频CODEC-1和音频CODEC-2，是指音频编码解码器。它们的作用主要是对不同格式的音频信号进行编解码，对微弱信号进行降噪放大等处理，最终转成系统所需的数字音频或模拟音频，供系统进一步处理。在本发明所述的音频系统中选用两个音频CODEC是为了实现驾驶区和乘客区声音的完全独立播放，它们处理来自多核处理器的多种音频源，并且根据音频特点及复杂性可以选用两个相同或者不同的音频CODEC，根据音频源的复杂程度选取合适的音频CODEC。
所述的多通道选择器，是指对于来自各功能模块的、不需要特殊处理的模拟音频，包含来自音频CODEC-1和音频CODEC-2的音源，进行多通路输入、选择一通路输出的器件。因为音频CODEC虽然对音源时行了一些处理和通道选择，但是由于性价比及复杂性太高等原因，目前市场上的音频CODEC不足以支持如此众多的音源，加入多通道选择器能有效且高效地解决这个问题。根据需要，多通道选择器一般使用2个或4个。
所述的音量调节器，是指对音频进行音量调节控制作用的器件，它位于多通道选择器后面，对当前选通好的音频进行音量控制，这样做的好处是不需要每个功能模块的音频都配备音量调节器，简化了系统构成，优化了资源配置。
所述的功率放大器，是对音频信号进行放大的器件，放大后的信号才能输送到扬声器，推动扬声器发出大小合适的声音。
所述的多核处理器的音频输出口与分别接入到音频解码器中，各路音频输入包括普通音频及经过音频解码器解码的音频均输入到多通道选择器依次连接音量调节器和功率放大器最终与扬声器连接。
更进一步的方案是，所述的多核处理器为TCC8935，所述的音频CODEC-1采用了集成电路ALC5633，音频CODEC-2采用了CM108AH；多通道选择器采用了总共四个4051芯片，音量调节器采用了CSC62429；功率放大器采用了4通道的STPA002；
双核处理器TCC8935，具有I2S音频接口、USB接口、串口、I2C控制接口、一般IO口控制接口，它集成了ARMCortex-A9双处理器，TCC8935的F7～B15引脚，连接的是外存储器TF卡，用来解码播放其中的多媒体节目；R16、Y19引脚连接的是蓝牙的串口接口，用来解码来自蓝牙的音乐音频；L2～M2引脚，连接的是ALC5633的I2S接口，用来接收需要处理的数字音频，I2S接口同时用于输出需要播放的数字音频；G2、G1引脚连接的是CM108AH的USB接口，用于输出USB格式的音频；TCC8935的F20、D20引脚连接到STPA002的第4脚和第22脚，实现对功放的静音和待机控制；
ALC5633是一个I2S/PCM接口的音频编码解码器，它具有一路I2S音频接口，两路麦克风输入接口，两路线性音频输入接口，ALC5633独立地输出两路处理过的双声道线性音频，然后分别输送给4个4051芯片；其两路线性音频是移动通话和蓝牙通话；两路麦克音频，是喊话器麦克音频和用于移动通话蓝牙的通话麦克音频；
CM108AH是USB音频解码器，输入的是USB格式音频，输出的是一路双声道线性音频，输送给4051芯片；
4051芯片是8通道音频切换开关，其中2个用于处理驾驶区的双声道音频，另外2个用于处理乘客区的双声道音频，处理驾驶区的4051芯片所接收的音频是ALC5633的其中一路音频、CM108AH的音频、收音机音频、红外夜视提示音频、雷达提示音频、外接MP3音频、数字电视音频，还多出来一个通道接为固定电平用于静音；处理乘客区的4051芯片所接收的音频是ALC5633的其中一路音频、收音机音频、红外夜视提示音频、雷达提示音频、外接MP3音频、数字电视音频，还多出来一个通道接为固定电平用于静音；，4051芯片的通道选择控制为3个IO口，四个4051芯片共有12个控制IO口，将它们分为两组，驾驶区的两个4051芯片共用3个IO口，乘客区的两个4051芯片共用3个IO口，将这总共6个IO口连接到TCC8935的F21～J19引脚，由TCC8935控制每个IO口输出高或低电平，来控制通道选择，将多来源音频选取其中的一种或两种，选取的音频再经过音量调节器CSC62429调节为合适的音量大小；
CSC62429的控制接口是时钟和数据信号，将它们连接到TCC8935的F19、G16、F20、D20引脚，由TCC8935产生相应的时钟和数据信号，实现音量控制；
最后，调节好音量的音频经过功率放大器STPA002放大、输送给扬声器播放出来，从而给驾驶区和乘客区各自输出了相同或不同的音频。
本发明的实现过程如下：
首先对音源进行分类。由于音源众多，根据它们来源及播放对象的特点，可以分成“完全独立级、半独立级、系统区分级”这样三个级别。
其中完全独立级音源，是指来自于功能模块，且信号为一般线性模拟信号，它们可以直接进入多通道选择器，而不需要什么特殊的处理。通过控制多通道选择器的通道选择，即可以实现此类音源之间的切换。一般像红外夜视提示音、雷达提示音、移动通话、蓝牙通话都属于完全独立级音源。
半独立级音源，是指需要经过音频CODEC进行一些必要的处理，如将微小信号进行放大，将数字信号进行数模转换，然后输出一般线性模拟信号，再进入音频切换开关。对于需要处理多种音源的音频CODEC，需要本身具有一定的通道选通功能，经过它的音源需要先在这里进行第一步的通道选通，然后再进入多通道选择器进行第二级的通道选通，所以我们称这类音源为半独立音源。一般像麦克风喊话器、数字音频信号就属于这一类。
系统区分级音源，是指产生于多核处理器，由其不同的应用软件所产生的声音。这类声音一般都是数字音频，当多个软件运行同时产生声音时，首先需要处理器进行区分，分成物理上的两路，每一路由软件编解码生成可以包含一个或多个声音。这两路物理层面的音频，再分别输入到各自的音频CODEC中，进行第二级的通道区分，最后输入到音频切换开关中，进行第三级的通道区分。一般像多媒体节目、蓝牙音乐、GPS导航、语音命令等音源就属于这一类。
当系统开始工作后，根据使用者的操作(如打开收音机)或自动事件的触发(如雷达提示)，多核处理器控制自身音源的选择切换、音频CODEC-1、音频CODEC-2的音源选择切换、音频多通道选择器的音源选择和切换。对所选声音的功能模块进行一些必要的控制，如工作时序控制、模块初始化、参数调取及设置等，控制音量调节器(1-5)为合适音量大小，从而使驾驶区或乘客区发出合适的声音。
如上所述，按照本发明所述的方法将系统全部的音频源进行分类，根据每类音频源的特点、播放要求、数量等，输送到合适的部分进行处理，如输送到多核处理器、或者音频CODEC-1、或者音频CODEC-2、或者多通道选择器。根据本发明所述的方法可以构建音频系统结构，选择合适的器件，设计音频控制选择流程，最终实现多功能的一体化汽车电子产品音频系统。
本发明所述的音频系统结构和实现方法，还可以用于集成电路的设计上。
综上，本发明所述的一体化汽车电子产品的音频系统，其显著优点是：
针对复杂的多功能一体化的汽车音频系统，提出了切实可行的方法，方法具有较强的实用性和指导意义。
本发明考虑了较为全面的功能需求，按照它们的音频种类、格式、特点提出解决方法。用此方法作指导，对其中一些具体的功能实例作删减或变通，就能实现各自不同产品特点的音频系统。方法的适用性强，扩展性强。
附图说明
图1是本发明的总体模块结构图。
图2是本发明的具体芯片模块连接图。
图3是本发明的TCC8935的连接结构示意图。
图4是本发明的ALC5633的连接结构示意图。
图5是本发明的CM108AH的连接结构示意图。
图6是本发明的四个4051芯片组成的多通道选择器连接结构示意图。
图7是本发明的两个音量调节器CSC62429的连接结构示意图。
图8是本发明的STPA002连接结构示意图。
图9是本发明的声音控制流程图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1
参照图1，一种一体化汽车电子产品音频系统，其包括多核处理器1-1、音频CODEC-11-2、音频CODEC-21-3、多通道选择器1-4、音量调节器1-5、功率放大器1-6。
如图2至图8所示，本具体实施例的多核处理器采用了双核处理器TCC89352-1；音频CODEC-1采用了集成电路ALC56332-2；音频CODEC-2采用了CM108AH2-3；多通道选择器采用了总共四个4051芯片2-4，可以处理4路8通道音频；音量调节器采用了CSC624292-5；功率放大器采用了4通道的STPA0022-6。本具体实施例可以实现上述多功能模块音频的统一协调工作，实现驾驶区双声道和乘客区双声道独立音频的播放收听。
本具体实施例的双核处理器TCC89352-1，具有I2S音频接口、USB接口、串口、I2C控制接口、一般IO口控制接口。它集成了ARMCortex-A9双处理器，具有VPU/GPU的硬处理能力，具有高清多媒体节目处理能力，能够播放内存或外存储设备中的多媒体节目，支持各操作系统如Linux，Android，以及WindowsCE。它能够运行应用软件，能够能过串口接收和解码来自蓝牙的音乐音频。TCC89352-1的音频输入输出有主I2S接口和从I2S接口，有SPDIF转换。其中I2S是数字音频接口，系统时钟支持256fs，384fs，512fs；支持7.1声道；支持多种采样率，如8KHz，16KHz，11.05KHz，24KHz，32KHz，44.1KHz，48KHz；具有数字音频调节功能，范围是0dB到-90dB。
TCC89352-1的F7～B15引脚，连接的是外存储器TF卡，用来解码播放其中的多媒体节目；R16、Y19引脚连接的是蓝牙的串口接口，用来解码来自蓝牙的音乐音频；L2～M2引脚，连接的是ALC56332-2的I2S接口，用来接收需要处理的数字音频，比如移动通话或蓝牙通话需要录音时的麦克风音频，I2S接口同时用于输出需要播放的数字音频；G2、G1引脚连接的是CM108AH2-3的USB接口，用于输出USB格式的音频，TCC89352-1的I2S接口和USB接口，可以同时、独立地输出相同或不同的音频，互相不受影响。
ALC56332-2是一个高性能的I2S/PCM接口的音频编码解码器，主要功能是立体声编解码，数字音频转模拟音频，模拟音频转数字音频，立体声耳机输出，立体声差分输出，立体声线性输出和单声道功放输出。它具有一路I2S音频接口，两路麦克风输入接口，两路线性音频输入接口。它具有I2C控制接口，TCC89352-1能过I2C来控制它的工作。本发明通过ALC56332-2独立地输出两路处理过的双声道线性音频，然后分别输送给4个4051芯片2-4。如图2和图3所示，其两路线性音频是移动通话和蓝牙通话；两路麦克音频，是喊话器麦克音频和用于移动通话蓝牙的通话麦克音频。AL56332-2对麦克音频进行放大和消噪等处理，对各音频源能进行模数转换、数模转换和编解码能力，从而能够将微弱的麦克音频信号转成一般线性信号；能够将蓝牙通话和移动通话的音频转成I2S数字音频，输送到处理器TCC89352-1中实现录音功能。
本具体实施例的CM108AH2-3只处理来自处理器且只用于驾驶区的音频，它输入的是USB格式音频，输出的是一路双声道线性音频，输送给4051芯片2-4。CM108AH2-3是USB音频解码器，它含有双路DAC，ADC，PLL，和USB转换器，它支持全速USB2.0，可编程控制它的参数。
4051芯片2-4是8通道音频切换开关，其中2个用于处理驾驶区的双声道音频，另外2个用于处理乘客区的双声道音频。处理驾驶区的4051芯片所接收的音频是ALC56332-2的其中一路音频、CM108AH2-3的音频、收音机音频、红外夜视提示音频、雷达提示音频、外接MP3音频、数字电视音频，还多出来一个通道接为固定电平，用于静音，如图3中的4051芯片的12脚。处理乘客区的4051芯片所接收的音频是ALC56332-2的其中一路音频、收音机音频、外接MP3音频、数字电视音频……同样选择未使用的一个通道接为固定电平，用于静音，如图3中的4051芯片的12脚。如图3所示，4051芯片2-4的通道选择控制为3个IO口，四个4051芯片2-4共有12个控制IO口，将它们分为两组，驾驶区的两个4051芯片共用3个IO口，乘客区的两个4051芯片共用3个IO口，将这总共6个IO口连接到TCC89352-1的F21～J19引脚，由TCC89352-1控制每个IO口输出高或低电平，来控制通道选择，将多来源音频选取其中的一种或两种。选取的音频再经过音量调节器CSC624292-5调节为合适的音量大小。CSC624292-5的控制接口是时钟和数据信号，将它们连接到TCC89352-1的F19、G16、F20、D20引脚，由TCC89352-1产生相应的时钟和数据信号，实现音量控制。最后，调节好音量的音频经过功率放大器STPA0022-6放大、输送给扬声器播放出来，从而给驾驶区和乘客区各自输出了相同或不同的音频。TCC89352-1的F20、D20引脚连接到STPA0022-6的第4脚和第22脚，实现对功放的静音和待机控制。
如图9所示，当系统开始工作后，根据使用者选择的功能如打开收音机或自动触发事件的触发如雷达提示，89352-1控制自身音源的选择切换，使I2S和USB两通道输出所选择的音源；89352-1控制ALC56332-2的音源选择切换，使其两路输出所选择的音源；89352-1控制4051芯片2-4的音源选择和切换，再经过音量调节和放大后，从而使驾驶区或乘客区发出合适的声音。89352-1对所选声音的功能模块进行一些必要的控制，如工作时序控制、模块初始化、参数调取及设置等，以实现各音频源的协调一致。

Claims (2)

1.一种一体化汽车电子产品的音频系统，其包括多核处理器(1-1)、音频CODEC-1(1-2)、音频CODEC-2(1-3)、多通道选择器(1-4)、音量调节器(1-5)和功率放大器(1-6)；所述的多核处理器(1-1)，是一种具有数字音频接口的两核或两核以上的数字处理器，所述的音频CODEC-1(1-2)和音频CODEC-2(1-3)，是指音频编码解码器，所述的多通道选择器(1-4)，是指对于来自各功能模块的、不需要特殊处理的模拟音频，包含来自音频CODEC-1(1-2)和音频CODEC-2(1-3)的音源，进行多通路输入、选择一通路输出的器件，所述的音量调节器(1-5)，是指对音频进行音量调节控制作用的器件，它位于多通道选择器(1-4)后面，所述的功率放大器(1-6)，是对音频信号进行放大的器件；所述的多核处理器(1-1)的音频输出口与分别接入到音频解码器中，各路音频输入包括普通音频及经过音频解码器解码的音频均输入到多通道选择器(1-4)依次连接音量调节器(1-5)和功率放大器(1-6)最终与扬声器连接。
2.根据权利要求1所述的一体化汽车电子产品的音频系统，其特征是所述的多核处理器为TCC8935(2-1)，所述的音频CODEC-1采用了集成电路ALC5633(2-2)，音频CODEC-2采用了CM108AH(2-3)；多通道选择器采用了总共四个4051芯片(2-4)，音量调节器采用了CSC62429(2-5)；功率放大器采用了4通道的STPA002(2-6)；
双核处理器TCC8935(2-1)，具有I2S音频接口、USB接口、串口、I2C控制接口、一般IO口控制接口，它集成了ARMCortex-A9双处理器，TCC8935(2-1)的F7～B15引脚，连接的是外存储器TF卡，用来解码播放其中的多媒体节目；R16、Y19引脚连接的是蓝牙的串口接口，用来解码来自蓝牙的音乐音频；L2～M2引脚，连接的是ALC5633(2-2)的I2S接口，用来接收需要处理的数字音频，I2S接口同时用于输出需要播放的数字音频；G2、G1引脚连接的是CM108AH(2-3)的USB接口，用于输出USB格式的音频；TCC8935(2-1)的F20、D20引脚连接到STPA002(2-6)的第4脚和第22脚，实现对功放的静音和待机控制；
ALC5633(2-2)是一个I2S/PCM接口的音频编码解码器，它具有一路I2S音频接口，两路麦克风输入接口，两路线性音频输入接口，ALC5633(2-2)独立地输出两路处理过的双声道线性音频，然后分别输送给4个4051芯片(2-4)；其两路线性音频是移动通话和蓝牙通话；两路麦克音频，是喊话器麦克音频和用于移动通话蓝牙的通话麦克音频；
CM108AH(2-3)是USB音频解码器，输入的是USB格式音频，输出的是一路双声道线性音频，输送给4051芯片(2-4)；
4051芯片(2-4)是8通道音频切换开关，其中2个用于处理驾驶区的双声道音频，另外2个用于处理乘客区的双声道音频，处理驾驶区的4051芯片所接收的音频是ALC5633(2-2)的其中一路音频、CM108AH(2-3)的音频、收音机音频、红外夜视提示音频、雷达提示音频、外接MP3音频、数字电视音频，还多出来一个通道接为固定电平用于静音；处理乘客区的4051芯片所接收的音频是ALC5633(2-2)的其中一路音频、收音机音频、红外夜视提示音频、雷达提示音频、外接MP3音频、数字电视音频，还多出来一个通道接为固定电平用于静音；，4051芯片(2-4)的通道选择控制为3个IO口，四个4051芯片(2-4)共有12个控制IO口，将它们分为两组，驾驶区的两个4051芯片共用3个IO口，乘客区的两个4051芯片共用3个IO口，将这总共6个IO口连接到TCC8935(2-1)的F21～J19引脚，由TCC8935(2-1)控制每个IO口输出高或低电平，来控制通道选择，将多来源音频选取其中的一种或两种，选取的音频再经过音量调节器CSC62429(2-5)调节为合适的音量大小；
CSC62429(2-5)的控制接口是时钟和数据信号，将它们连接到TCC8935(2-1)的F19、G16、F20、D20引脚，由TCC8935(2-1)产生相应的时钟和数据信号，实现音量控制；
最后，调节好音量的音频经过功率放大器STPA002(2-6)放大、输送给扬声器播放出来，从而给驾驶区和乘客区各自输出了相同或不同的音频。
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