基于Qualcomm QCC3095 + XMOS XVF3800阵列麦克风蓝牙智能音箱方案

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随着智能音箱、语音助手、会议系统以及新一代无线耳机市场竞争日趋激烈，消费者对音频产品的“语音清晰度”和“高保真音质”需求持续攀升。在嘈杂环境下，如何精准处理复杂语音指令，同时提供高解析度音乐播放，已成为各大品牌的核心技术挑战。

要实现这一目标，必须构建一条从声音收录、数字降噪、无线传输到最终高保真重播的完整音频链，并在性能、功耗及音质之间取得最佳平衡。本文将深入介绍如何结合Qualcomm QCC3095 蓝牙音频 SoC与XMOS XVF3800 多核DSP打造基于 I2S 数字流架构的高性能智能音箱解决方案，兼具高解析度、低失真、回声抑制与先进语音交互能力，适用于蓝牙及 USB 多平台连接。

系统架构总览

本方案的核心架构分为两大技术模块：

1. 高通 QCC3095
   • 作为系统主控系统级芯片，负责蓝牙连接管理、音频解码、数字音频路由及功耗控制。
     • 内置Kalimba DSP，支持aptX 无损与aptX Adaptive，最高可输出24位/96千赫高分辨率音频。
     • 支持蓝牙 5.4、LE音频及Auracast广播功能，适合多设备同步播放应用。
2. XMOS XVF3800
   • 作为前端语音/麦克风处理子系统，支持四麦克风阵列，并内置专业级DSP算法：
     • 波束成形（Beamforming）聚焦主要说话者，降低环境噪音干扰。
     • 声学回音消除（AEC）确保免提会议和语音助手使用时的清晰度。
     • 自适应降噪与自动增益控制（AGC）提升语音拾取的一致性与稳定性。

两者间通过 I2S 数字接口进行高精度音频传输，避免模拟转换造成的信号损失，进一步确保音质纯净。

图1 QCC3095+XVF3800智能音箱方案

系统信号流程

1. 语音收录与前端处理
   • 麦克风阵列收录远场语音，由 XVF3800 执行波束成形、AEC 与降噪，生成高质量的数字音频流。
2. 数字音频传输与解码
   • 通过 I2S 将处理后的数字音频送入 QCC3095，进行编解码与路由管理。
3. 高解析播放与无线连接
   • QCC3095 可输出经 DAC 与功放处理的模拟信号，驱动扬声器或耳机，支持aptX 无损与LE 音频实现高质量无线传输。

集成与测试

在新一代蓝牙音频设备设计中，Qualcomm QCC3095 SoC提供了蓝牙通信、音乐播放与语音交互三大核心功能，搭配XMOS XVF3800实现专业级语音处理，成为智能音箱和高端会议系统理想的一站式蓝牙音箱设计方案。为了确保产品效果与质量，RF（射频）与多功能测试，以及AEC（声学回声消除）语音调适测试是硬件工程师与音频工程师不可忽视的关键环节。

QCC3095 RF（射频）测试重点

• 传输功率与灵敏度测试
  利用蓝牙RF测试仪，对2.4GHz蓝牙频段各信道进行Tx/Rx测试，确认发射功率（transmit power）是否符合法规（QCC3095可支持Class 1），以及Rx灵敏度是否满足使用需求等。针对设计开发中的测试使用，Qualcomm提供了蓝套件测试开发套件，并提供TestEngine动态链接库，以满足工程师在设计开发和产品生产各个阶段的测试需求。

XMOS XVF3800 AEC语音适配测试

• AEC（声学回声消除）专项测试流程XMOS提供了XTC工具测试工具配合音频测试软件，可以根据测试录音波形和主观聆听对AEC参数（如滤波器长度、适应速率）进行微调，反复比较AGC、降噪（NS）开启和关闭前后的效果。同时进行远端回声注入与混响测试，以及双讲（Double Talk）性能验证，评估在背景噪音叠加情况下的AEC性能。

电脑会议使用场景及AEC（声学回声消除）测试结果

在会议应用场景中，通过电脑的USB接口将QCC3095与XVF3800智能音箱连接，实现音频处理与传输。具体而言，扬声器负责输出来自远程用户的声音（即远场语音），而XVF3800开发板上配备的四颗阵列式麦克风则负责收音。收集到的声音通过XVF3800内置的算法进行降噪与声学回声消除处理，处理后的音频通过I2S接口传输至QCC3095，随后再通过USB传输至电脑，最终送达远程用户进行播放。

为模拟电脑会议的实际使用场景，图1利用电脑上的音频软件分别播放远程用户的声音。同时，通过手机播放人声音频，并使用电脑音频软件录制近端接收到的声音。录制的音频可用于进一步分析与测试，从而验证系统在降噪与回声消除方面的性能表现。

图2 电脑会议使用QCC3095+XVF3800智能音箱实际使用场景

图3 近场回声消除、降噪处理及声音输出

图3是电脑上的音频软件用来模拟电脑会议的使用场景，分别播放远程用户的声音（远场声音），另外再用手机播放人声的音频（近场声音源），然后用电脑软件录制近端通过XVF3800阵列麦克风收音和处理后，通过QCC3095接收到的声音进行录制。

• 红色框：标示“AEC收敛”，代表XVF3800自适性回声消除（Acoustic Echo Cancellation, AEC）功能启动并开始抑制环境中的回声，使麦克风收音不被扬声器播放的回声干扰。
• 绿色框：标示“AGC调整收音音量”，显示XVF3800自动增益控制（Automatic Gain Control, AGC）功能介入，将收音音量调整到更合适的范围，使声音大小保持稳定。
• 蓝色框：标示“Near Field 音量稳定录音输出无回音”，经过XVF3800处理，通过QCC3095输出的音频既稳定又无明显回音，收音质量较高，适合会议语音应用。

QCC3095与XVF3800智能音箱技术优势与市场应用

1. 智能音箱与语音助手
   • 强化远场语音识别与唤醒功能，即使在高噪音环境下也能保持高精度拾音。
2. 会议系统
   • 零回声与多方语音优化，提升远程协作效率与语音清晰度。
3. 高解析、无损音质
   • 通过 24bit/96kHz 无线传输与高保真数字链路，满足专业级音质需求。

结论

结合高通 QCC3095与XMOS XVF3800的智能音箱解决方案，凭借高解析数字传输、强大的语音处理能力以及新一代无线标准（LE Audio与aptX Lossless），为智能音箱、会议设备及高端无线音响树立新标杆。此设计能同时满足专业音响与语音交互市场的严苛需求，为未来音频产品开启更多应用可能。

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