基于Realtek RTL4040/4042 with RWS蓝牙的网红音讯直播设备的设计方案

一、前言

随着社会的进步,打造个人专属网红的产品如雨春笋般的涌现,而当今最流行的网络直播项目在各个领域里大放异彩,其中市场最为火爆的音频网络直播产品更是各大厂家的热门竞争领域。那我们先普及了解什么是"网络直播",它大致分两类,一类是在网上提供电视信号的观看,例如各类体育比赛和文艺活动的直播,这类直播原理是将电视(模拟)信号通过采集,转换为数字信号输入计算机,实时上传网站供人观看,相当于"网络电视";另一类是人们所了解的"网络直播":在现场架设独立的信号采集设备(音频+视频)导入导播端(导播设备或平台),再通过网络上传至服务器,发布至网址供人观看。本项目主要是介绍网络音频直播的设备及产品开发,在开发系统之前先明白音频主播在工作中通常需要以下常见的几种设备:

1、麦克风

音频主播用的麦克风主要有两种类型,一种是动圈麦克风,另一种是电容麦克风,娱乐主播以及绝大部分非MC(喊麦,主持)用的都是电容麦克风。

2、耳机

一般来说入耳式的监听耳机和头戴式的监听耳机比较常见。

3、麦克风支架

麦克风支架的作用就是安装之后就可以调整麦克风的位置和距离。

4、防喷网

在开播的时候,经常会将气流喷到麦克风话筒上面。这样录出来的声音就会带有明显的爆音现象,而且会伴随着杂音,使用麦克风防喷罩可以有效地避免喷话筒现象的发生。尤其是在使用高灵敏度的电容麦克风的时候,安装一个防喷罩能有效的避免这一现象。

5、声卡

声卡主要分为两种,内置声卡可以把麦克风、吉他或者其他乐器与计算机连接。一个典型的声卡可以把模拟信号转换成计算机可以处理的数字音频信息,声卡又分为内置声卡和外置声卡。台式计算机搭配内置声卡,内置独立声卡相对于同价位的USB接口的声卡效果会好一点。外置声卡。其内置强劲的音效处理器混响效果、变声效果众多功能于一体,轻松实现网络 K 歌(听湿录湿)、网络直播、主持喊麦、语音聊天、音乐聆听、专业录音等使用模式。


二、方案介绍

基于“Realtek RTL4040/4042 with RWS蓝牙”的网红直播设备能够轻松完成上述立志做网红设备的厂家及工程师爱好者的需求。了解了音频网络直播设备的组成之后,本文重点介绍其核心组成部分即本系统所采用的Realtek RTL4040/4042 芯片构成的网络音频直播核心:即智能USB 声卡,其强大的音频录放功能可以满足任何录放功能,并且一揽子交钥匙的HDK方案让你轻松完成整个方案的电路设计。

1,RTL4040/4042芯片

描述:

ALC4042是一款低功耗单芯片USB 2.0高速音频编解码器,内置MCU,可灵活使用。它适用于耳机,耳机转接,扬声器和麦克风应用。内部MCU还可以开发到许多不同的应用程序,例如Microsoft™Lync /Skype / VoIP设备,移动电话或平板计算机/平板对接设备。 ALC4042兼容USB Audio Class 1.0和USB 2.0全速,因此无需任何附加软件即可即插即用安装在主要操作系统上。 内部DAC支持44.1~384 KHz和ADC支持44.1~192 KHz采样率,分辨率为16/24/32位。ALC4042还集成了16K字节OTP和晶体,但需要很少的无源组件制作成品。 这样,它可以节省总BOM成本,PCB面积可以更小。

特点:

  • 具有105dBA SNR的数模转换器

  • 具有94DBA SNR的模数转换器

  • 一个立体声DAC支持8/16/22.05/24/32/44.1/48/96/176.4/192 / 384KHz采样率,16/24/32位

  • 两个立体声ADC支持8/16/22.05/24/32/44.1/48/96/176.4/192 / 384KHz采样率,16/24/32位

  • G类耳机输出,不带隔直电容超低功耗,用于耳机播放

  • 硬件前馈或回馈有源噪声取消(ANC)特征=带前置放大器的单端模拟麦克风输入(0/20/24/30/35/40/44/50 / 52dB)

  • 低噪声麦克风和可程序设计MICBIAS电压电平

  • 音频插孔检测功能

  • 带有自定义多功能控制支持的4键式耳机

  • 一个I2S数字接口,支持master /slave工作模式

  • 一个12S数字接口支持(8/16/22.05/44.1/48/88.2/96/176.4/192/384kHz,16/24/32位)

  • I2S数字接口支持TDM格式输出/输入

  • I2C控制接口,支持master/slave

  • 两个立体声数字麦克风接口

  • SPI(串行外设接口,模式0~模式3)连接到串行闪存,用于切换代码和配置自定义参数

  • 连接外部设备的UART接口

  • 内置模拟LDO

  • 48针QFN'Green'包装

 
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2,RWS RTL8763BFR芯片

Realtek瑞昱RTL8763BFR低功耗蓝牙5.0双模芯片。这是瑞昱首款支持AI唤醒的TWS蓝牙耳机芯片。也是近期TWS 5.0真无线蓝牙耳机方案界中的领军者。Realtek瑞昱RTL8763BFR支持蓝牙5.0规范,支持HFP1.7,HSP1.2,A2DP1.3,AVRCP1.6,SPP1.2和PBAP1.0。在本系统方案中,采用RTL8763BFR 来设计一个无线蓝牙模块,方便集成在我们的智能USB 声卡系统中,从而实现有线+无线的音源输入。
以下阐述蓝牙模块的设计:

2.1、硬件设计

A)电源设计

RTL8763BFR RWS芯片支持两种电源输入,一种锂电池(VBAT:2.8-4.5V),一种电源适配器主要给锂电池充电(4.5V–6.5V),其充电电流可达400mA,其芯片内置充电保护功能和外接环境保护检测功能,因此非常适合usb充电方式。芯片内部有两路开关调节器,分别供电1.8V的AVCC/AVCCDRV和1.2V电压的VDDCORE/VD12_SYN/VD12_RF。

B)系统设计

复位电路

为了保证电路的稳定可靠,RTL8763BFR RWS芯片可通过外部的复位开关触发HW_RST_N脚进行复位,通常为了节省成本和空间,该方案仅仅通过外部的充电复位就可以完成系统的正常复位(低电平有效保持低脉冲> 5ms即可)。

时钟电路

RTL8763BFR RWS芯片有两路时钟源,一种是40M的主时钟源为ARM/BT baseband的正常工作时钟源,不需要外部负载电容,在MP时需要进行校准,为7~9pf。另外一种是RTC时钟源32.768k,通常工作在sleep模式下。


音频电路

音频的输入与输出电路设计,音频输入支持三种方式接入模式(Single end mode、Capless mode、Differential mode),其按照拾音器的不同有四种接入方式(AUX-IN、1-MIC、Dual MIC、Digital MIC),音频输出支持S /PDIF接口。


SPI Flash设计

针对不同的使用者需要,RTL8763BFR RWS芯片可外接各种Flash,但尽量使用我们推荐的型号(仅仅RTL8763BM/BMR/BS):

RTL8763BF/BFR supports 8M-bits on chip FLASH memory

RTL8763BO supports 16Mbits on chip flash memory

RTL8763BM/BMR/BS support 1-bit and 2-bit mode


RF电路设计

RTL8763BO支持IQM和TPM,RTL8763BM,RTL8763BF,RTL8763BS仅仅支持IQM

—RFIO_IQM支持双模,最大功率+10dBm、接收灵敏度-94dBm @2M EDR

—RFIO_TPM是专用于BLE最大功率+4dBm

天线设计

支持pifa天线和chip天线、顶针天线,具体的天线设计可以参考Realtek原厂参考设计及推荐厂家(万诚、华新科等等)


外设引脚设计

  • —GPIO(可配置高达32 GPIOs)
  • —Timer可配置PWM function
  • —I2C支持master/slave模式
  • —SPI支持master / slave模式
  • —UART(高速串口最大速率达4M)
  • —GDMA可配置达8 channel数量且支持Single & multi访问技术
  • —ADC(8-channel /12-bit ADC)
  • —Keyscan(可达12x20的最大矩阵)
  • —支持Q-decoder
  • —支持IR接收
  • —支持SD host相容SD 2.0
  • —支持大容量USB传输

 

2.2、软件设计

RTL8763BFR RWS芯片软件设计,采用一站式的“傻瓜式”设计技术,让所有的客户轻松构建自己的RWS无线耳机系统,主要的软件设计为以下:

A)MCU配置

MCU配置工具主要是针对系统控制方面,通过配置工具能够产生.SCF和.APF檔,其中.SCF文件为系统配置文件,.APF文件为音讯应用参数设置文件,其主要的目的是:为每个客户设计生成定制的配置文件和自定义操作任何源代码的目的,这些操作全部通过APP UI工具来实现的。这些工具是通过特别授权的账号可供客户下载。

B)DSP配置

DSP配置工具主要是针对音频方面的配置,其中主要包括有以下内容:

—声音处理:1-mic/2-mic NR(降噪)、AEC(声回波消除)/ AES(声回波抑制)、MB-AGC(多波段自动增益控制)、高通滤波器(高通滤波器)、发送端EQ配置、DAC / ADC设置

—音讯的A2DP /输出处理:支持音频处理功能、MB-AGC、音频扩大、参数EQ、发送端EQ配置、音频传递函数、模式配置、允许开发人员以任何想要的顺序排列声音效果。

—无线DSP控制:Bluetooth链路配置

—外围硬件控制:主要定义I2S接口、模拟译码接口等等

—SDK开发接口配置:随客户要求自定制可配置成语音和音频接口

场景应用图

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产品实体图

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展示版照片

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方案方块图

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直播场景图

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核心技术优势

1. 具有105dBA SNR的数模转换器 2. 具有94DBA SNR的模数转换器 3. 一个身历声DAC支持8/16/22.05/24/32/44.1/48/96/176.4/192 / 384KHz取样速率,16/24/32位 4. 两个身历声ADC支持8/16/22.05/24/32/44.1/48/96/176.4/192 / 384KHz取样速率,16/24/32位 5. G类耳机输出,不带隔直电容超低功耗,用于耳机播放 6. 硬体前馈或回馈有源杂讯取消(ANC)特征=带前置放大器的单端类比麦克风输入(0/20/24/30/35/40/44/50 / 52dB) 7. 低杂讯麦克风和可程式设计MICBIAS电压电平 8. 音讯插孔检测功能 9. 带有自订多功能控制支援的4键式耳机 10. 一个I2S数位界面,支援master /slave工作模式 11. 一个12S数位界面支援(8/16/22.05/44.1/48/88.2/96/176.4/192/384kHz,16/24/32位) 12. I2S数位界面支援TDM格式输出/输入 13. I2C控制界面,支援master/slave 14. 两个身历声数位麦克风界面 15. SPI(串列外设界面,模式0~模式3)连接到串列快闪记忆体,用于切换代码和配置自订参数 16. 连接外部设备的UART界面 17. 内置模拟LDO 18. 48针QFN'Green'包装

方案规格

智慧USB声卡 with 蓝牙无线方案 1、主控方案:高性能Realtek ALC4042 + RTL8763BFR 蓝牙无线 2、方案特点: 高性能Realtek ALC4042具有105dBA SNR的数模转换器,非常适合可携式音讯直播领域 ,具有优秀的音效及声响效果; 根据要求不同可支援耳机及扩音器功能; 支援多种信号输入格式和方式(无线及有线); 提供SDK、API等二次开发界面;用户可对亮度、对比度、饱和度、清晰度等完整属性页面进行控制; 3、应用领域: 可携式音讯播放机;可携式音讯直播设备应用;