一种基于区域分布式音箱的音频播放系统的制作方法

本发明涉及一种音频播放设备，具体是一种基于区域分布式音箱的音频播放系统。

背景技术：

在学校、商场、医院等场所，往往人多嘈杂，很难让人安静。这种情况下，依靠管理者的强制约束收效甚微，但社会实验表明，如果在这些公共场所播放舒缓的音乐，往往能使人平静下来，自觉地不再大声喧哗制造噪音，从而使整个环境变得使人感到舒适。

特别的，在一些高档酒店，高级会所，或者私立医院的高级病房的公共区域，由于客户群体消费能力较高，对背景音乐的要求也相应提高，主要表现为对音质的要求。因此，传统的双声道立体声音频系统，已经不能满足这些需求，需要高保真多声道的高音质音频系统。

因此，需要在这样的公共区域中部署音频控制系统以及扬声设备，相对于各个子区域使用完全独立的音频设备，使用集中式的音频控制系统更有优势。此外，还要解决音频长距离传输过程中，信号衰减或失真对音质的影响。另外，传输音频信号的同时，控制信号和电源信号也需要同时传输。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述问题，所提供了一种基于区域分布式音箱的音频播放系统。

本发明是按照以下技术方案实施的。

一种基于区域分布式音箱的音频播放系统，包括位于中控端的音频源、音频控制设备，位于终端的主音箱和多个扬声器；

所述音频控制设备通过音频接口和控制接口连接音频源，通过中控端接口模块以同轴线为传输线，采用星型拓扑结构分别连接各个位于终端的主音箱；

所述音频控制设备包括以fpga芯片为核心的控制平台、中控端接口模块、电源模块，fpga芯片内部设有多个逻辑模块，包括音频输入模块、控制输入模块、编码模块、解码模块；所述音频输入模块中的音频采样模块分离出音频时钟audio_clk，并将其传输给倍频模块，倍频模块以audio_clk为基准，生成多种频率的时钟信号，包括向控制输入模块中的控制采样模块输出的参考时钟ref_clk_1，向中控端接口模块输出的参考时钟ref_clk_2；所述编码模块采用分时复用的方式，将音频数据和控制数据编码为一组复合数据流；中控端接口模块内部设有两组带通滤波器和一个耦合变压器t1；编码模块的差分输出端通过一个带通滤波器连接耦合变压器t1的次级绕组，耦合变压器t1的中心抽头通过另一个带通滤波器连接解码模块输入端；

所述主音箱包括以fpga芯片为核心的控制平台，终端接口模块，电源模块；fpga芯片内部设有多个逻辑模块，包括编码模块和拆分复合数据流的数据流解码模块，拆分得到的控制数据流经协议解析模块传输给主控模块；拆分得到的音频数据流通过音频输出接口发送给音频dac；音频dac的输出通道连接扬声器；终端接口模块内部设有两组带通滤波器和一个耦合变压器t2；数据流解码模块的差分输入端通过一个带通滤波器连接耦合变压器t2的次级绕组，耦合变压器t2的中心抽头通过另一个带通滤波器连接编码模块输出端；

位于中控端和终端的耦合变压器的初级绕组的差分正极分别通过隔直电容c1、c2连接对外接口连接器j1、j2，差分负极分别通过匹配电阻r1、r2连接地网络；c1与j1相连的一端，还通过低通滤波器连接电源输出端；c2与j2相连的一端，还通过低通滤波器连接电源输入端。

所述用于连接中控端和终端设备的同轴线特征阻抗为50欧姆或75欧姆，差分匹配电阻r1、r2的阻值与同轴线的阻抗相等。

所述音频dac包括不少于两个输出通道。

所述同轴线上从中控端发往终端的信号传输速率为15～18mbps，从终端发往中控端的信号传输速率为512kbps～1mbps。

所述电源输入端和电源输出端的电压为直流12～24v。

所述耦合变压器t1、t2允许的传输带宽范围为100k～100mbps。

所述对外接口连接器j1、j2为bnc连接器或者sma连接器。

本发明获得了如下有益效果。

本发明将音频源设在中控端，通过传输线将音频信号传输至多个终端，每个终端设置多个扬声器（包括一个主音箱和多个副音箱）。每个终端覆盖一定的区域，区域内的多声道音频播放，音质佳，用户体验好；音频信号实时传输给多个终端，没有延迟，区域的交接处，不存在明显的因为延迟导致的类似回声的问题；使用音频信号时钟作为基准时钟，避免了因为信号抖动对音频信号的不良影响；单根同轴线同时解决音频、控制、电源三种信号的传输，不需要多余布线，施工方便。

附图说明

图1是本发明中音频控制设备结构框图。

图2是本发明中主音箱的结构框图。

图3是本发明中音频控制设备接口模块的电路连接示意图。

图4是本发明中终端接口模块的电路连接示意图。

图5是本发明中音频控制设备内部时钟信号流向图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行进一步的技术说明。

如图1～5所示，一种基于区域分布式音箱的音频播放系统，包括位于中控端的音频源、音频控制设备，位于终端的主音箱和多个扬声器；

所述音频控制设备通过音频接口和控制接口连接音频源，通过中控端接口模块以同轴线为传输线，采用星型拓扑结构分别连接各个位于终端的主音箱；

所述音频控制设备包括以fpga芯片为核心的控制平台、中控端接口模块、电源模块，fpga芯片内部设有多个逻辑模块，包括音频输入模块、控制输入模块、编码模块、解码模块；所述音频输入模块中的音频采样模块分离出音频时钟audio_clk，并将其传输给倍频模块，倍频模块以audio_clk为基准，生成多种频率的时钟信号，包括向控制输入模块中的控制采样模块输出的参考时钟ref_clk_1，向中控端接口模块输出的参考时钟ref_clk_2；所述编码模块采用分时复用的方式，将音频数据和控制数据编码为一组复合数据流；中控端接口模块内部设有两组带通滤波器和一个耦合变压器t1；编码模块的差分输出端通过一个带通滤波器连接耦合变压器t1的次级绕组，耦合变压器t1的中心抽头通过另一个带通滤波器连接解码模块输入端；

所述主音箱包括以fpga芯片为核心的控制平台，终端接口模块，电源模块；fpga芯片内部设有多个逻辑模块，包括编码模块和拆分复合数据流的数据流解码模块，拆分得到的控制数据流经协议解析模块传输给主控模块；拆分得到的音频数据流通过音频输出接口发送给音频dac；音频dac的输出通道连接扬声器；终端接口模块内部设有两组带通滤波器和一个耦合变压器t2；数据流解码模块的差分输入端通过一个带通滤波器连接耦合变压器t2的次级绕组，耦合变压器t2的中心抽头通过另一个带通滤波器连接编码模块输出端；

位于中控端和终端的耦合变压器的初级绕组的差分正极分别通过隔直电容c1、c2连接对外接口连接器j1、j2，差分负极分别通过匹配电阻r1、r2连接地网络；c1与j1相连的一端，还通过低通滤波器连接电源输出端；c2与j2相连的一端，还通过低通滤波器连接电源输入端。

所述用于连接中控端和终端设备的同轴线特征阻抗为50欧姆或75欧姆，差分匹配电阻r1、r2的阻值与同轴线的阻抗相等。

所述音频dac包括不少于两个输出通道。

所述同轴线上从中控端发往终端的信号传输速率为15～18mbps，从终端发往中控端的信号传输速率为512kbps～1mbps。

所述电源输入端和电源输出端的电压为直流12～24v。

所述耦合变压器t1、t2允许的传输带宽范围为100k～100mbps。

所述对外接口连接器j1、j2为bnc连接器或者sma连接器。

本发明的使用步骤及原理为：

音频控制设备包括四个接口模块，每个接口模块通过同轴线分别连接不同的终端设备，终端设备包括多个输出接口，每个输出接口连接不同的扬声器。

同轴线不仅传输音频信号，同时也传输控制信号和电源信号。控制信号为全双工传输。电源信号为直流12v～24v，同轴线的直流阻抗不大，且终端设备的功耗较低，因而当传输线的长度低于200m时，压降较小。

电容c1、c2的作用上阻隔直流信号，导通交流信号，因此控制数据和音频数据可以通过，但电源被隔离；电源模块之前串联的低通滤波器的作用上阻隔交流信号，只允许直流通过，因而可以防止交流信号进入电源模块。

变压器t1和t2，实现了阻抗匹配；将单端信号转成差分信号；在一定程度上隔离了环境中的高频信号——例如手机信号的干扰；还实现了正向反向信号在同一根传输线上的耦合；两个带通滤波器通过选频，分别只允许音频信号和控制信号对应的频率成分通过，防止相互间的干扰。

音频控制设备内的音频输入模块从音频源获取音频信号，采样后以s/pdif方式编码存入音频缓存区，同时以实时的音频时钟为基准，倍频后生成ref_clk_1和ref_clk_2两个频率不同的时钟信号，其中ref_clk_1作为控制信号的采样时钟，控制输入模块参考该时钟，将从音频源发出的控制信号采样后，存入控制缓存区。编码模块从音频缓存区和控制缓存区中提取固定长度的数据，加上不同的协议头和协议尾，将两个数据流合成为一个复合数据帧，并连同电源信号一起发送至终端。终端的接口模块，通过电容c2首先隔离电源信号，并将电源信号作为终端的电源输入，为终端提供电能；数据流解码模块将数据流中的控制流和音频流分离；控制流经协议解析发送给主控模块，由主控模块做出回应。音频流经音频解码模块解码后，通过音频输出接口输出给dac模块，dac模块将多声道的数字音频信号转换成多声道的模拟音频信号，并输出给多个扬声器。

终端还设有控制接口，用于接收终端输入的控制信号，之后依次通过编码模块反向传输给中控端，并由中控端解码后最终输出至音频源设备。从而与前向通道的控制信号一起，形成了闭环的控制信号通道。