一種面向智能家居的音視頻終端系統的製作方法

2023-10-09 04:38:49

本發明涉及一種面向智能家居產品的音視頻終端系統。

背景技術：

近年來，嵌入式設備也已經逐步進入工業控制、軍事設備、家用電器等領域，並且廣泛用於信息家電、電子商務平臺、無線通信設備等。隨著嵌入式技術和GUI系統的日趨成熟，通信技術和網絡技術的不斷完善，嵌入式家居智能化系統已經逐步走入人類的生活之中，這是嵌入式技術追求高速、微型、經濟、可靠、低廉、便捷的必然結果。

隨著嵌入式、通信網絡的日趨成熟，家居智能化系統也正朝著網絡化、信息化、智慧化方向發展。當年輕人能夠熟練使用通信設備的時候，老年人與年輕一代的溝通顯得有些匱乏，在網絡趨近於白熱化的當今時代，迫切需要一款適合老年消費者的家居智能系統，來實現與孩子、家人、朋友的溝通，因此，家居智能終端設備成為了新的需求。

家居智能系統從功能上劃分屬於嵌入式系統中的信息家電，家居智能系統是融合了嵌入式系統和網絡通訊技術於一體的網絡化、智能化的家居控制系統。從上世紀末信息家電進入中國，該行業已經發展了二十年左右，已逐步深入到生活中各種對講系統、信息化平臺、信息家電等。現如今，家居信息化、智能化己經成為當今時代的一種主流。隨著網際網路技術與嵌入式技術日益緊密的結合，越來越多的家居智能終端應運而生，滿足了消費者的需求。家居智能系統也正處於一個飛速發展和競爭激烈的時代，在未來，家居智能系統的發展和競爭將達到一個白熱化的程度，其在我國將也將擁有美好的發展前景。

技術實現要素：

為了克服現有的家居智能方案的音視頻傳輸質量不高，使用繁瑣，老年人操作不便的不足，本發明提供一種提升音視頻傳輸質量、使用方便、適用於老年人操作的面向智能家居的音視頻終端系統。

本發明為了解決上述技術問題採用的技術方案為：

一種面向智能家居產品的音視頻終端系統，所述音視頻終端系統包括音頻模塊和視頻模塊，所述音頻模塊包括聲音錄入模塊、音頻的編解碼模塊、音頻的功放模塊和回音抵消模塊，所述聲音錄入模塊與所述回音抵消模塊連接，所述回音抵消模塊與所述音頻的編解碼模塊，所述音頻的編解碼模塊與所述音頻的功放模塊連接，所述音頻的功放模塊與所述回音抵消模塊連接；設備和設備之間或者設備和客戶端之間進行實時的全雙工通信。

進一步，所述音視頻終端系統還包括人機互動模塊，所述人機互動模塊包括LCD顯示屏、電容觸控螢幕模塊和物理按鍵模塊。通過這些功能模塊，用戶可以方便和簡捷的控制家居智能終端，從而實現與手機端或者其它設備端的音頻、視頻通信。

再進一步，所述音頻模塊中，音頻轉換器是AIC3101，信號從咪頭錄入，將聲音信號變成模擬信號，通過AIC3101的MIC管腳接入到音頻編解碼晶片，TVL320AIC3101晶片的BCLK、WCLK、DIN、DOUT管腳和DM365的McBSP管腳連接，DM365的I2C_SCL和I2C_SDA連接AIC3101的SCL和SDA管腳，DM365和AIC3101是通過I2C總線進行連接的，並且通過I2C總線，實現DM365對AIC3101的寄存器配置，地址尋址，進行正常的通信；AIC3101的RESET引腳是一個低電平有效的復位腳，它這裡連接DM365的GPIO55腳，通過設置GPIO口電位的高低來完成對晶片的復位；輸出端的音頻信號，經過AIC3101的PHLOUT聲音輸出端傳輸到功放晶片，把聲音放大到合適的大小，由喇叭進行播放。

更進一步，所述視頻模塊中，視頻信號採集器是CCD攝像頭，並將基於MAX485控制的雲臺作為CCD攝像頭的載體；在視頻採集前端設置晶片TVP5151對雲臺CCD攝像頭採集進來的模擬視頻信號進行量化處理；晶片TVP5151將標準的NTSC、PAL和SECAM信號轉化為TMS320DM365支持的數位訊號，TVP5151晶片和DM365處理器連接，實現視頻採集模塊。

所述視頻模塊中，AIP1A是一個模擬視頻輸入埠，所述AIP1A埠連接一個CCD攝像頭，該攝像頭以由MAX485控制的雲臺為載體，TVP5151視頻編解碼晶片和核心處理器通過I2C總線進行通信，將經過編碼的數字視頻信號，經過YOUT[7:0]引腳輸出，並由YIN[7:0]引腳輸入到核心處理器，從而實現視頻數據的採集。

所述視頻模塊中，在CCD攝像頭的信號輸入端外接旁路電容進行濾噪，視頻輸入端所提供的1.8V電源和地都用磁珠進行分離，從而形成了數字電源和模擬電源、數字地和模擬地。

所述人機互動模塊中，所述LCD顯示屏採用4.3寸LCD液晶屏，該顯示屏是480*272的解析度，該液晶屏的背光電壓由RT9293晶片提供，將LCD液晶屏的R0和R1連接、G0和G1連接、B0和B1連接,然後將液晶屏的R[2:7]、G[2:7]、B[2:7]分別連接DM365的YOUT_R[2:7]、YOUT_G[2:7]、YOUT_B[2:7]管腳。

所述人機互動模塊中，所述電容觸控螢幕的解析度是480*272，電容觸控螢幕的核心晶片是FT5306，觸控螢幕驅動源碼在讀取觸摸點坐標時，將觸控螢幕分為五塊不等區域，修改觸控螢幕讀取觸摸點的坐標值的算法將觸控螢幕得分區ID從5提升到了16；其中buf[0]表示上下高位、buf[1]表示上下低位、buf[2]表示左右高位、buf[3]表示左右低位，X、Y分別為觸摸點的橫縱坐標值，其值公式(1)和公式(2)為：

X＝(buf[2]*2+buf[3])*480％4； (1)

Y＝(buf[0]*2+buf[1])*272％4； (2)

所以，在LCD驅動源碼中，改變觸摸點的X、Y坐標值為：

X＝((((buf[2]<<1)+buf[3])<<8)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<7)+(((buf[2]<1)+

buf[3])<<6)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<>3 (3)

Y＝(((buf[0]<<1+buf[1])<<8)+((buf[0]<<1+buf[1])<>3 (4)

X、Y的坐標值用於列印輸出以檢測觸摸定位精準度，ContactID是觸摸點所在區域的id值，是驅動讀取的位置，用於分區；

ContactID＝buf[0]<<3+buf[1]<<2+buf[2]<<1+buf[3] (5)。

本發明的技術構思為：設計一款方面老人使用的嵌入式音視頻終端系統，本發明通過技術方案解決音頻傳輸過程中的回音抵消問題，視頻輸入幹擾問題，並設計快捷的人機互動界面，解決了其它智能終端音視頻傳輸質量不高，使用繁瑣，老年人操作不便等問題。本發明內容惠及民生，結合特殊群體的特殊需求，有針對的設計出快捷方便的音視頻終端系統。本發明能提高民眾生活質量，滿足潛在應用需求，帶給我們便捷和全新的體驗。

本發明的有益效果為：提升音視頻傳輸質量、使用方便、適用於老年人操作。

附圖說明

圖1是音頻模塊通信系統結構圖。

圖2是AIC3101音頻編解碼模塊圖。

圖3是聲音錄入模塊圖。

圖4是SGM4891YDE8G音頻功率放大模塊圖。

圖5是FM1188回音抵消模塊圖。

圖6是視頻採集模塊的流程圖。

圖7是CCD攝像頭視頻採集及TVP5151視頻編解碼模塊圖。

圖8是採集解碼的視頻數據發送DM365原理圖。

圖9是LCD液晶屏顯示電路圖。

圖10是電容觸控螢幕電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

參照圖1～圖10，一種面向智能家居產品的音視頻終端系統，所述音視頻終端系統包括音頻模塊和視頻模塊，所述音頻模塊包括聲音錄入模塊、音頻的編解碼模塊、音頻的功放模塊和回音抵消模塊，所述聲音錄入模塊與所述回音抵消模塊連接，所述回音抵消模塊與所述音頻的編解碼模塊，所述音頻的編解碼模塊與所述音頻的功放模塊連接，所述音頻的功放模塊與所述回音抵消模塊連接；設備和設備之間或者設備和客戶端之間進行實時的全雙工通信。

進一步，所述音視頻終端系統還包括人機互動模塊，所述人機互動模塊包括LCD顯示屏、電容觸控螢幕模塊和物理按鍵模塊。通過這些功能模塊，用戶可以方便和簡捷的控制家居智能終端，從而實現與手機端或者其它設備端的音頻、視頻通信。

本發明中，為方便家居老人使用需要實現一鍵通話功能，即設備和設備之間或者設備和客戶端之間進行實時的全雙工通信，這就需要有聲音錄入模塊、音頻的編解碼模塊、音頻的功放模塊和回音抵消模塊，以實現較高的音頻清晰度和優良度。

為了實現家居智能通信終端的一鍵視頻功能，系統設計有視頻的編解碼模塊。

為了方便家居老人與家人實現良好的互動和交流，家居智能終端音視頻系統設計有人機互動模塊，主要包括LCD顯示屏、電容觸控螢幕模塊和物理按鍵模塊。通過這些功能模塊，用戶可以方便和簡捷的控制家居智能終端，從而實現與手機端或者其它設備端的音頻、視頻通信。

音頻模塊：本發明用到的音頻轉換器是AIC3101。信號從咪頭錄入，將聲音信號變成模擬信號，通過AIC3101的MIC管腳接入到音頻編解碼晶片。TVL320AIC3101晶片的BCLK、WCLK、DIN、DOUT管腳和DM365的McBSP管腳連接，DM365的I2C_SCL和I2C_SDA連接AIC3101的SCL和SDA管腳，DM365和AIC3101是通過I2C總線進行連接的，並且通過I2C總線，實現DM365對AIC3101的寄存器配置，地址尋址，進行正常的通信。AIC3101的RESET引腳是一個低電平有效的復位腳，它這裡連接DM365的GPIO55腳，通過設置GPIO口電位的高低來完成對晶片的復位。輸出端的音頻信號，經過AIC3101的PHLOUT聲音輸出端傳輸到功放晶片，把聲音放大到合適的大小，由喇叭進行播放。其系統結構框圖如圖1所示。

接下來簡要介紹音頻模塊各功能模塊的設計：

1.音頻編解碼模塊

TLV320AIC3101是一款低消耗的串行音頻編解碼晶片，功率只有14mW，需要3.3V模擬電壓供電，並具有本地播放和回放功能，它還包含多個AGC以及多個可輸入輸出的可編程半差分或者全差分配置。TLV320AIC3101廣泛用於眾多音頻系統中，音頻編碼模塊的設計原理如圖2所示。

2.聲音錄入模塊

本發明在音頻採集輸入端，採用一個微型咪頭作為拾音器，進行音頻信號的輸入，該拾音器具有體積小、功耗小、並且具有較高靈敏度等優點，其與設備的連接共有三根線，電源線，信號線和地線。適合家居智能終端的設計要求。喇叭採用的是8歐，功率為0.5W，信噪比是93±3dB，直徑是50mm，厚度是6mm。聲音的採集模塊電路圖如圖3。

3.音頻功放模塊：

為了滿足喇叭額定功率，需要將解碼後的音頻信號進行功率進行放大。

經過AIL3101晶片進行解碼之後的音頻信號從HPLOUT引腳輸出，該信號先通過C15電容和L5電感先進行直流去噪，然後該信號經過R274和R275分壓(可調節R276、R279、R278、R274的阻值，從而調節聲音大小)，然後通過RC高通濾波器，截止頻率設為160Hz，將得到的信號輸入SGM489IYDE8G晶片進行放大，再從OUTPUT1(VO+)和(VO-)兩個引腳連接到喇叭輸出。注意輸出信號的功率應該大於等於喇叭的功率，這樣才可以使喇叭的聲音效果飽滿，本發明選用的喇叭功率為0.5W。

功放電路的設計原理圖如圖4所示。

4.回音抵消模塊

由於咪頭會再次拾取喇叭的音頻信號，造成回音的幹擾，所以在輸入信號和輸出信號之間加上一個回音抵消模塊是必須的。回音抵消模塊將輸入信號(包括錄入的喇叭信號)MICO+與輸出信號OUTPUT1互相抵消，得到純淨的信號MIC+。

本發明用到的回音抵消模塊是FM1188，FM1188語音處理器可以實現低功率高效率的處理回聲抑制和降噪，正常工作時僅消耗35MW的功率，很適合用於電池供電的電子產品。經過回音抵消之後的輸入信號MIC+作為TVL320AIC3101音頻轉換器的輸入進行編碼。3101晶片也可以對輸出信號進行解碼，解碼後的信號輸入到SGM4891YDE8G音頻功率放大器，然後通過喇叭輸出。另外，SGM4891的輸入端可以通過調節阻值來控制聲音大小。

回音抵消模塊原理圖設計如圖5所示。

視頻模塊：本發明運用的視頻信號採集器是CCD攝像頭，並將基於MAX485控制的雲臺作為CCD攝像頭的載體。在視頻採集前端需要一個AD晶片對雲臺CCD攝像頭採集進來的模擬視頻信號進行量化處理。選用TI公司推出的專門用於視頻採集前端對視頻信號進行編碼的晶片TVP5151。TVP5151可以將標準的NTSC、PAL和SECAM信號轉化為TMS320DM365支持的數位訊號。TVP5151晶片和DM365處理器的連接，實現本發明中視頻採集模塊的設計。具體視頻採集模塊流程圖見圖6。

AIP1A是一個模擬視頻輸入埠，本發明的AIP1A埠連接了一個CCD攝像頭，該攝像頭以由MAX485控制的雲臺為載體。TVP5151視頻編解碼晶片和核心處理器通過I2C總線進行通信，如圖7。之後，將經過編碼的數字視頻信號，經過YOUT[7:0]引腳輸出，並由YIN[7:0]引腳輸入到核心處理器，從而實現視頻數據的採集，如圖8所示。

本發明在進行原理圖設計時，考慮到視頻信號的輸入很容易被幹擾，所以在CCD攝像頭的信號輸入端外接了旁路電容進行濾噪，以防止信號串擾。視頻輸入端所提供的1.8V電源和地都用磁珠進行分離，從而形成了數字電源和模擬電源、數字地和模擬地。

人機互動模塊：家居智能音視頻終端系統的人機互動模塊主要包括LCD顯示屏、電容觸控螢幕模塊和物理按鍵模塊。通過這些功能模塊，用戶可以方便和簡捷的控制家居智能終端，從而實現與手機端或者其它設備端的音頻、視頻通信。

首先介紹LCD液晶屏，本發明顯示屏採用4.3寸LCD液晶屏，該顯示屏是480*272的解析度。該液晶屏的背光電壓由RT9293晶片提供，該晶片所提供電壓與負載有關。另外，液晶屏和DM365的顯示模式也不同，為了達到顯示屏和DM365兼容的目的，將LCD液晶屏的R0和R1連接、G0和G1連接、B0和B1連接,然後將液晶屏的R[2:7]、G[2:7]、B[2:7]分別連接DM365的YOUT_R[2:7]、YOUT_G[2:7]、YOUT_B[2:7]管腳，具體的LCD液晶屏接口與DM365的連接方式詳如上圖9。

接下來介紹觸控螢幕，本發明所採用的觸控螢幕是電容觸控螢幕，其解析度也是480*272，其中電容觸控螢幕的核心晶片是FT5306，觸控螢幕接口與DM365的連接電路詳見圖10。觸控螢幕驅動源碼在讀取觸摸點坐標時，將觸控螢幕分為五塊不等區域。為了精確，修改了觸控螢幕讀取觸摸點的坐標值的算法將觸控螢幕得分區ID從5提升到了16，提高了觸控螢幕精度：

其中buf[0]表示上下高位、buf[1]表示上下低位、buf[2]表示左右高位、buf[3]表示左右低位，X、Y分別為觸摸點的橫縱坐標值，其值公式(1)和公式(2)為：

X＝(buf[2]*2+buf[3])*480％4； (1)

Y＝(buf[0]*2+buf[1])*272％4； (2)

所以，在LCD驅動源碼中，改變觸摸點的X、Y坐標值為：

X＝((((buf[2]<<1)+buf[3])<<8)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<7)+(((buf[2]<1)+

buf[3])<<6)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<>3 (3)

Y＝(((buf[0]<<1+buf[1])<<8)+((buf[0]<<1+buf[1])<>3 (4)

X、Y的坐標值用於列印輸出以檢測觸摸定位精準度，ContactID是觸摸點所在區域的id值，是驅動讀取的位置，用於分區。

ContactID＝buf[0]<<3+buf[1]<<2+buf[2]<<1+buf[3] (5)

上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明做出的任何修改，都落入本發明的保護範圍。