一种支持光纤、同轴及蓝牙多源输入并带内置锂电的一发多收无线音频发射器及其接收系统的制作方法

本发明涉及无线音频传输设备，具体涉及一种支持光纤、同轴及蓝牙多源输入并带内置锂电的一发多收无线音频发射器及其接收系统。

背景技术：

1、无线音频传输技术广泛应用于影音娱乐、多媒体会议以及户外广播等领域。现有的无线音频收发设备在面对多路音频源并发接入、一发多收多端同步输出以及边充边用场景时，存在以下显著的底层技术缺陷：

2、首先，在无线广播式“一发多收”的单向传输架构中，为了避免多台接收端同时回复确认应答包导致网络信道阻塞与风暴，发射端通常采用非确认机制进行单向射频广播。由于无线信道存在多径效应和空间衰落，各接收端在接收数据时会产生不可控的网络抖动。此外，各接收端本地的有源晶振与发射端的基准时钟之间存在固有的频率微差。在缺乏高精度时钟同步补偿闭环的情况下，这种频率微差随着运行时间的推移会累积形成时钟漂移，导致多台接收端在对音频码流进行数模转换输出时，无法在同一绝对时间节点触发，从而在多端输出之间产生显著的时间延迟差与相位错位，在宏观声场上表现为明显的声相偏移或声学消减，无法满足多音响同频无损发声的严苛要求。

3、其次，现有设备的供电架构无法兼顾长效续航与纯净音质。当无线接收端处于边充电边工作的状态时，外部市电充电器或移动电源引入的工频干扰电流以及高频开关纹波，会通过物理充电线缆直接导入设备内部。在传统的非隔离电路设计中，外部充电输入地线与系统内部的音频参考地线互为直接电气连通状态，从而构成了闭环的共地回路。这些外部输入的高频开关噪声和工频电流会在共地回路上产生瞬态电位差，直接调制系统内部的模拟音频参考地电平，在音频输出端形成持续且严重的电流本底噪声，导致音频信号的信噪比急剧恶化，严重影响了音频解码输出的听感与系统的稳态运行。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

2、本发明提供了一种支持光纤、同轴及蓝牙多源输入并带内置锂电的一发多收无线音频接收系统，包括无线发射主机和至少一台无线接收从机，系统包括：

3、多源输入仲裁模块，配置于所述无线发射主机，集成数字音频输入接口、模拟音频输入接口、蓝牙输入模块和otg输入模块，用于接入多路音频信号，并通过内部音频通道仲裁器根据预设优先级自动选通目标输入通道；

4、时标广播发射模块，配置于所述无线发射主机，用于对选通的音频信号进行编码打包，并在音频数据帧中周期性插入时间戳同步信标，以无线广播方式向外发射；

5、时钟锁相接收模块，配置于所述无线接收从机，用于接收所述音频数据帧，并基于所述时间戳同步信标通过本地锁相环进行时钟同步补偿，在指定的绝对时间戳触发音频输出；

6、电气隔离供电模块，配置于所述无线接收从机，包括外接供电接口和隔离电源电路，所述隔离电源电路将所述外接供电接口的充电地线与系统内部的音频参考地线进行物理电气隔离，以支持所述无线接收从机在充电状态下进行无电流杂音的音频输出。

7、进一步地，所述模拟音频输入接口包括至少两路3.5mm音频输入端子，其中至少一路所述3.5mm音频输入端子在物理电路上串接有硬件可变电阻型音量调节电路及模拟音频运算放大器，用于在所述音频通道仲裁器选通该通道前，对接入的模拟音频信号进行硬件级无损音量增益或衰减调节；

8、所述数字音频输入接口由光纤输入接口和同轴输入接口组成；

9、所述otg输入模块配置为基于usbaudioclass协议的数字音频解码接口，用于在无需额外驱动状态下直接读取外接智能终端或存储设备中的底层数字音频码流。

10、进一步地，所述内部音频通道仲裁器包括接口检测单元、优先级寄存器和多路复用开关；

11、所述接口检测单元用于实时监测各输入接口的电平跳变状态或外设接入握手信号；

12、所述优先级寄存器内固化的预设优先级顺序依次为：所述otg输入模块、所述蓝牙输入模块、所述数字音频输入接口、所述模拟音频输入接口；

13、当所述接口检测单元判定多路接口同时存在有效音频信号时，所述多路复用开关被配置为：依据所述优先级寄存器输出的最高优先级指令，切断低优先级通道的信号数据链路，仅保持最高优先级对应的目标输入通道与后续发射模块的导通。

14、进一步地，所述时标广播发射模块包括音频硬件编码器和时戳注入单元；

15、所述音频硬件编码器用于将所述选通的音频信号转换为脉冲编码调制（pcm）数据流，并切分打包为固定长度的音频净荷块；

16、所述时戳注入单元包含高精度本地基准时钟，用于为每个所述音频净荷块附加基于所述本地基准时钟生成的绝对时间戳，并将所述绝对时间戳封装于所述音频数据帧的帧头，以构成所述时间戳同步信标；

17、所述时标广播发射模块在向外发射所述音频数据帧时，采用基于非确认机制的单向射频广播模式，以同时驱动至少两台所述无线接收从机；

18、所述时标广播发射模块内部集成了前向纠错编码矩阵，所述前向纠错编码矩阵对封装有时间戳同步信标的音频数据帧进行矩阵冗余运算，生成前向纠错校验块并追加于音频数据帧尾部，以供所述无线接收从机在无重传交互状态下进行自主纠错还原；

19、所述时标广播发射模块与所述多源输入仲裁模块之间通信连接有数字信号处理核心；

20、所述dsp核心包含异步采样率转换单元和数字降噪算法模块；

21、所述asrc单元用于将所述多源输入仲裁模块输出的不同原生采样率的音频信号，统一重采样为固定的高解析度目标采样率音频数据流；

22、所述数字降噪算法模块用于对重采样后的音频数据流进行全频带动态范围平稳及背景噪声抑制处理，随后将处理后的纯净音频信号输出至所述时标广播发射模块进行编码打包。

23、进一步地，所述时钟锁相接收模块包括射频接收天线、纠错解码器和弹性抖动缓存；

24、所述射频接收天线用于捕获所述基于单向射频广播模式发射的音频数据帧；

25、所述纠错解码器利用所述前向纠错校验块对受损数据帧进行本地自主纠错，并将还原后的音频净荷块存入所述弹性抖动缓存中，以吸收无线信道传输过程中的网络抖动延迟；

26、所述时钟锁相接收模块的内部时钟补偿回路包括时间戳提取单元、相位误差比较器以及本地数控振荡器；

27、所述时间戳提取单元用于从接收到的所述音频数据帧中剥离出发射端的绝对时间戳；

28、所述相位误差比较器用于计算所述绝对时间戳与所述本地数控振荡器当前生成的本地计数值之间的时钟漂移误差，并基于该时钟漂移误差输出频率微调控制字至所述本地数控振荡器，强制所述本地数控振荡器的振荡频率与所述发射主机的基准时钟保持相位锁定。

29、进一步地，所述时钟锁相接收模块还包括同步触发控制器和数模转换器；

30、所述同步触发控制器持续监测处于相位锁定状态下的本地数控振荡器的时间计数值，当所述时间计数值到达与所述音频净荷块关联的预设播放时间戳时，所述同步触发控制器向所述数模转换器输出硬件级中断触发信号；

31、所述数模转换器响应于该硬件级中断触发信号，将所述弹性抖动缓存中的音频净荷块即时转换为模拟音频信号输出，从而约束多台所述无线接收从机的音频同步输出时延差值小于10毫秒。

32、进一步地，所述隔离电源电路包括隔离型dc-dc转换芯片和高频微型变压器；

33、所述外接供电接口的电源输入端及充电地线接入所述高频微型变压器的初级侧，所述高频微型变压器的次级侧输出端连接所述系统内部的音频参考地线及负载供电端；

34、所述初级侧与所述次级侧之间无直接直流电气连接，供电电能被配置为通过所述高频微型变压器的磁耦合方式由初级侧跨越至次级侧，从而物理切断外接供电设备通过共地回路引入的工频干扰与高频底噪。

35、进一步地，所述电气隔离供电模块还包括集成于所述次级侧的电源管理单元（pmu）和储能电池；

36、所述电源管理单元包括供电路径仲裁开关，配置为进行无缝电源切换：当所述外接供电接口检测到外部电源接入时，所述供电路径仲裁开关动作，优先抽取所述次级侧输出端经磁耦合转换后的纯净电能为系统供电，并旁路为所述储能电池充电，以维持边充边用模式下所述无线接收从机的不间断工作及无传输中断。

37、进一步地，所述电气隔离供电模块还耦合有电量可视化监测电路；

38、所述电量可视化监测电路包括电压检测引脚和多档位led指示灯结构；

39、所述电压检测引脚连接至所述储能电池的输出端，用于实时采集电池端电压变化特征；所述无线接收从机的内部主控依据所述端电压变化特征，驱动所述多档位led指示灯在预设的满电、中电、低电或充电中四种状态对应的灯光颜色或闪烁逻辑之间进行切换。

40、另一方面，一种支持光纤、同轴及蓝牙多源输入并带内置锂电的一发多收无线音频发射器，包括：

41、音频输入接口阵列，其包括固定设置的光纤输入接口、同轴输入接口、至少两路3.5mm模拟音频输入接口以及一usbotg输入接口；

42、蓝牙接收芯片，用于接收外部空间的无线蓝牙音频信号；

43、主控芯片，其多个物理输入引脚分别与所述音频输入接口阵列中的各个接口以及所述蓝牙接收芯片的信号输出引脚电性连接；所述主控芯片内部集成有一数字音频多路复用开关和一数字信号处理器，且所述主控芯片的外围电路上电性连接有一高精度晶体振荡器；

44、无线射频发射芯片，其基带信号输入引脚电性连接所述主控芯片的信号输出引脚，其射频输出引脚电性连接有一射频发射天线；

45、内置供电电路，其包括锂电池以及电性连接在所述锂电池输出端的电源管理芯片，所述电源管理芯片的多个电能输出引脚分别与所述音频输入接口阵列、所述蓝牙接收芯片、所述主控芯片及所述无线射频发射芯片的电源引脚物理电性连接。

46、有益效果

47、本发明通过多源输入仲裁架构与异步采样率转换单元的硬件联动，实现了多源不同原生采样率音频信号的智能选通与高解析度统一重采样，有效避免了多路信号并发时的通道冲突与时钟对齐紊乱；同时，利用时间戳同步信标与本地数控振荡器构成的闭环锁相环系统，配合同步触发控制器的低延迟硬件级中断触发信号，将多台接收从机之间的模拟音频同步输出时延差值约束在10毫秒以内，提升了射频广播模式下的时域相位一致性；接收从机采用基于高频微型变压器磁耦合的物理电气隔离供电设计，物理切断了外部充电地线与内部音频参考地线之间的共地回路通路，使得系统在边充边用模式下能够有效阻断外部工频与高频开关纹波向音频侧的传导，在保证无线接收从机不间断稳态音频传输的同时，大幅降低了系统本底噪声并提升了模拟音频输出的信噪比。