与相同传输间隔的有线音频传输体系比较，无线音频传输体系减少了线缆的开支，传输间隔也不再受线缆长度的约束，处理了有线音频传输布线困难、影响漂亮和糟蹋线缆等问题，而且占用空间小、能耗低、运用愈加灵敏、便利。因而，短间隔无线通讯已成为当时研讨的一个热门。ISM(Industrial Scientific Medical)2.4GHz(2.4G～2.4835GHz)频段， 因为具有较高的带宽和相对较低的完本钱钱，在各种产品中得到了广泛的运用。但这种通用性也发生了功用下降与本钱增加等问题。现在国内外同类无线技能计划首要是根据蓝牙技能的产品计划以及一些小厂商供给的根据2.4GHz的产品计划。在一些特定的运用中，寻求的方针是更低的本钱与更高的音质， 对通用性的要求并不高， 选用蓝牙或无线局域网技能则显着不合适。而在音频信号处理进程中，因为其数据量大，处理算法杂乱，实时性要求比较高，当今一些小厂商供给的根据2.4GHz的产品计划[1]完本钱钱相应较高。
根据以上特色，本着先进性、科学性、稳定性、经济性相统一的准则，本文规划一种低本钱、适用面广的无线数字音频传输体系。
1 数字音频无线传输体系计划规划
本体系以MCU主控模块为中心，由发送子体系和接纳子体系组成。发送部分从音频输出设备收集音频信号，经过A/D转化模块将模拟信号转化为数字音频信号，再经过SPI接口将数字音频信号传至主控模块进行紧缩编码处理，紧缩完结的数据成帧后经串行口传送给射频芯片，经过射频芯片内部的一系列处理后，将操控信号和音频数据发送出去（发送的数据需求进行必定的功率放大处理，以到达较好的传输作用）。接纳部分的作业是其逆进程。体系原理框图如图1所示。
2 体系各模块的硬件规划与完结
2.1 A/D和D/A转化模块规划及初始装备
A/D和D/A转化模块挑选WOLFSON 公司的WM8739和WM8731器材。WM8731是一款带有集成耳机驱动器的极低功耗、高质量音频编码解码器，专为便携数字音频运用而规划。该器材能够供给CD音质的音频录音和回放，为16Ω的负载供给50mW的输出功率;带有一个片上时钟发生器，支撑多种时钟形式，经过一个16MHz时钟，该器材能够直接生成44.1kHz、48kHz和96kHz等采样率，以及MP3规范界说的其他采样率，彻底不需求一个独立的锁相环（phase locked loop）或晶振,支撑其他共用的主时钟频率，例如12.288MHz。而WM8739与WM8731不同的是,它并没有将A/D转化和D/A转化集成在一起，它只能用作A/D转化模块，其他功用与WM8731相同，其价格较WM8731廉价。
芯片的初始装备如下：
硬件装备：CSB(Pin20)及MODE(Pin19)均装备为低电平(两线制传输)。
软件装备：作业形式挑选从机形式，数据次第挑选MSB首要发送，采样率操控形式挑选正常形式384分频，核时钟同主时钟相同(由主控模块供给，为16MHz)，这样由核时钟384分频即可得到左右声道的44.1kHz的采样频率，该频率是规范CD 音源的采样频率。
其他的软件装备字均为缺省值。该装备字由SDIN和SCLK写入，详细规则可参阅芯片运用手册[2]。
2.2 RF发送/接纳模块规划及初始装备
RF发送/接纳模块，挑选NORD%&&&&&%公司的nRF2401。nRF2401[3]芯片与蓝牙相同，都作业在2.4GHz自在频段，能够在全球无线商场四通八达;支撑多点间通讯，最高传输速率达1Mbps，而且比蓝牙具有更高的传输速度;选用SoC办法规划，只需少数外围元件即可组成射频收发电路。
对该芯片的初始装备如下：对发送和接纳模块的激活形式别离挑选transmit形式和receive形式，通讯形式挑选Direct形式，频率通道初始装备为2.4GHz，输出功率增益挑选为-10dBm，晶振频率挑选16MHz，RF数据传输速率挑选1Mbps。
其他的软件装备字均为缺省值。其装备字由DATA端口串行逐位写入。
2.3 MCU主控模块及体系接口规划
MCU主控模块挑选ATMEL公司的AVR ATmega48[4]。AVR ATmega48是高功用、低功耗的8位AVR微处理器，选用先进的RISC结构，131 条指令，大多数指令的执行时间为单个时钟周期，32×8通用作业寄存器，只需两个时钟周期的硬件乘法器；4KB的体系内可编程 Flash和256B的EEPROM，擦写寿数均为10 000次；512B的片内SRAM；具有独立锁定位的可选Boot代码区，经过片上Boot程序完结体系内编程，真实的一起读写操作；两个具有独立预分频器和比较器功用的8 位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功用和捕捉功用的16 位定时器/ 计数器，可编程的串行USART 接口，可作业于主机/从机形式的SPI 串行接口。体系接口规划如下：
(1)如图2所示将三个模块衔接在一起。在对各个模块进行初始装备之前，要依照图2所示的端口衔接方向正确设置端口的输入输出形式，然后要对体系的各个时钟作正确的装备。体系主时钟由16MHz的外部晶振发生，将外部晶振接ATmega48的PB6和PB7即可。MCLK可由PB0的第二功用将16MHz的体系时钟输出，此时钟将作为WM8739的作业时钟。ADCLRC可运用PB1的第二功用的定时器输出比较功用，将该计数器的上限设为191即可发生44.1kHz的采样率比照时钟。BCLK可运用PB5的第二功用将主时钟二分频得到SPI 8MHz总线时钟。
(2)主控模块与A/D模块之间选用SPI串行同步通讯。SPI的首要初始操控字装备如下：首要敞开SPI使能和封闭SPI中止使能，作业形式挑选主机形式，数据次第设为MSB首要发送，主机SCK速率设为fosc/2(fosc为体系主时钟)。在进行数据传输时，BCLK信号作为串行时钟来决议串行传输速率。在ADCLRC信号的同步下，音频数据由ADCDAT传入主控模块进行紧缩编码处理。
(3)主控模块与RF模块之间选用USART串行异步通讯。USART首要初始操控字装备如下：敞开发送使能，一起封闭接纳使能，作业形式挑选异步奇校验操作形式，波特率设置为１Mbps，数据为8位，中止位为2位。在向RF模块发送数据时，为确保和接纳子体系同步，以ADCLRC信号作为同步信号。
(4) 接纳子体系与发送子体系硬件的衔接。除了两个数据传送端口外，其他衔接根本共同。将ATmega48的PB4、PD1与ADCDAT、DATA断开，且将PB3(MOSI)与WM8731的DACDAT相连，一起将PB3设置为输出端口。别的，将PD0(RXD)与nRF2401的DATA相连,一起将PD0设置为输入端口。此外，在USART初始设置上要敞开接纳使能而封闭发送使能即可。
3 主控模块的软件流程
因为nRF2401的数据传输率为1Mbps，而从WM8739对模拟信号抽样量化后的数据长度为16bit，左右声道的采样率均为44.1kHz,若不对数据进行编码紧缩，则需求1.41Mbps(16bit×44.1kHz×2)的数据传输带宽，显着超出了RF模块的数据传输才能。为了充分运用线路资源，而又不期望显着下降音频信号的质量，就要对数据作进一步紧缩，本文选用自适应差分脉冲编码调制ADPCM (Adaptive Difference Pulse Code Modulation)的紧缩算法。
ADPCM是运用样本与样本之间的高度相关性和量化阶自适应来紧缩数据的一种波形编码技能，它归纳了APCM的自适应特性和DPCM体系的差分特性，是一种功用较好的波形编码。ADPCM的中心思维是：运用自适应改动量化阶的巨细，即运用小的量化阶去编码小的差值，运用大的量化阶去编码大的差值；运用曩昔的样本值预算下一个输入样本的猜测值，使实践样本值和猜测值之间的差值总是最小。ADPCM记载的量化值不是每个采样点的幅值，而是该点的幅值与前一个采样点幅值之差。这样16bit的数据经ADPCM编码之后只需4bit表明其差值，数据紧缩比为4:1。接纳端的译码器运用与发送端相同的算法，运用传送来的信号确认量化器和逆量化器中的量化阶巨细，而且用它来核算下一个接纳信号的猜测值。ADPCM算法完结框图如图3所示。
为了确保数据传输的有用性，以及防止其他同频率信号的搅扰，界说了如表1所示的传输数据的帧结构。
数据帧的总长度为64B，其间帧头为1B，用于射频芯片进行帧同步的前导码，3B，用于USART进行帧同步的同步码，3B作为地址码。别的为了确保接纳端解码后的数据的连续性，整个程序流程将引进“双缓存区结构”即存储区和发送区，在发送一帧数据(坐落发送区)的一起，要完结对当时帧数据的紧缩编码及存储(存于存储区)，在存储区放满之后要将该存储区则变为发送区，而本来的发送区变为新的存储区。在一帧的结束还要发生一个CRC循环校验码，便于在接纳端判别传送数据是否正确有用。接纳端收到数据时，要先经过地址码判别数据是否有用，其他进程为发送端的逆进程。发送子体系程序流程如图4所示。
为防止在2.4GHz公共频段上简单呈现的对音质的搅扰，本体系供给了频点挑选功用，有125个频点可选。假如体系在作业进程中，发现有较强的噪音呈现，即在当时频点存在搅扰影响输出音质时，可挑选新的作业频点，以坚持产品杰出的运用作用。
4 试验结果与定论
本体系的规划充分运用了ATmega48丰厚的片上外设，便利地完结了对语音芯片WM8739/8731和单片无线收发芯片nRF2401的衔接。本体系运用于点对点的无线数据传输中，体系作业于ISM频段，有125个可选频点，44.1Kbps数字音频采样率，16bit样本量化级，20Hz~20kHz频率响应，音频输出到达CD音质作用，有用传输间隔到达100m，有障碍物情况下能到达40m。
本体系为无线传输体系供给了一种比较有用且经济的处理计划，能够广泛地运用于无线耳机、话筒，小范围内的播送、家庭影院的后置音箱、多功用会议厅、多房间无线音响体系，无线教室教育体系等场合。
