音视频信号切换系统

音视频信号切换系统（精选2篇）

音视频信号切换系统 篇1

音频视频信号切换器是广播电视远程监控系统的重要组成设备之一[1],它与智能信号采集器、智能电视信号监测报警器[2]等,作为远程监控系统的前端设备。电视台播出电视信号时,常因为设备故障、自然气候影响或人为失误等原因造成输入到发射机的图像信号衰落或中断,这对安全优质播出和发射设备将产生不良影响。音视频自动切换器具有多路信号源输入,能在主信号衰落或中断时自动切换到备用信号上,以保持视音频切换器视频输出到发射机的信号的连续性,并同时告警,提示值机人员检查和排除故障。主信号恢复时,该电路又能自动将视频输入切换回到正常播出主信号位置,确保达到广播电视系统安全播出的需要。

传统的音视频切换器通常采用485或232接口与监控中心进行通信[3,4,5,6,7],容易受到发射机房内大功率射频信号和其他高频信号的干扰,特别是在中波机房,这种干扰更为严重。本文采用ENC28J60网络接口芯片,基于TCP协议实现切换器与监控中心的远程通信,通信可靠性高,抗干扰能力强。

1 系统的总体结构与功能

音视频信号切换器由单片机、音频切换电路、视切换电路、网络接口电路、显示及键盘接口电路和时钟等部分组成。系统的总体结构如图1所示。

系统的主要功能如下:

1) 具有4路音频和4路视频输入,并在单片机的控制下,实现4路音频视频信号的切换。

2) 具有手动切换和自动切换两个工作状态。

3) 手动切换时,可在直接在面板上进行操作。

4) 自动切换时,系统能自动检测各路输入信号的状态,若主信号出现故障时,能自动切换到正常的备用信号。

5) 具有网络通信接口,与监控中心主控计算机进行通信,并接受监控中心的控制和查询。

6) 面板上设置有电平和故障状态显示,能直观显示输入信号和输出信号的状态。

7) 面板上设置3个功能键和8位LED数码管显示,能设置和显示设备的内部参数和实时时钟。

8) 内置工作时间表,在工作时间内能自动产生故障报警。

2 音频信号检测与切换原理

音频信号的检测与切换电路由音频放大、音频多路选择开头、峰值检波、音量控制和单片机等部分组成,如图2所示。在发射机房内,通常每个频道除了具有一路主播出信号源外,还具有1～3路备用信号源。

音频信号检测原理如下:音频信号经NE5532放大后,送到峰值检波电路进行检波,得到其对应的平均直接分量,送到单片机,由单片机内部的AD转换电路转换成对应的数字信号,作为音频检测的基本状态信息。一般根据该电压值的大小,就可以判定音频信号是否有故障。但由于广播电视节目,特别是电视节目中,经常会出现较短时间(20 s以内)的安静(无声)的场景或画面,这时虽然电路上检测不到音频信号电压,但不希望产生误报警,所以需要通过单片机进行特殊处理,可以在软件上增加一个时间计数器,只在出现连续20 s以上的静音,才确认为音频故障,并触发报警和进行备用信号的切换。

音频信号的切换电路主要由多路选择开头MAX309、音频放大NE5532和音量控制DS1808等部分组成。MAX309是一种精密、双四通道的高性能COMS模拟开关,具有两位的地址选择端,双极性(±5～±15 V)电源供电,导通电阻小于100 Ω,适合用于具有双极性特性的音频信号的切换,MAX309的A0和A1引脚为通道选择地址输入端,可通过单片机来进控制,其逻辑功能如图3所示。DS1808为双通道的数字电位器芯片(如图4所示),具有I2C接口,一条I2C总线最多可以并联8片DS1808芯片,通过A0,A1,A2这3个引脚来设定芯片地址;其中W0,W1为数字电位器的中间抽头。

3 视频信号检测与切换原理

视频信号检测最常用的方法是对同步信号进行检测,通过对黑电平进行钳位,再采用同步分离电路分离出行、场同步信号,并判断同步信号的有无来确定视频信号的有无。该设计选用美信公司的MAX7452来实现视频信号的放大及视频故障检测。MAX7452内部具有视频AGC放大和同步信号检测功能,LOS引脚为同步信号丢失检测输出信号,高电平有效,单片机读取LOS信号确定对应视频输入信号是否正常[2]。

视频信号切换电路由MAX4314、MAX7452和单片机组成,如图5所示。与音频信号不同,视频信号为单极性、6 MHz宽带信号,工作频率较高,其切换电路采用MAX4314来实现。

MAX4314为高速、低功耗、单电源、多通道的多路视频放大器,主要特性如下:

1) 电源取+4 V～+12 V;

2) 3 dB带宽,150 MHz;

3) 通道切换时间为40 ns;

4) 通道间的增益误差为0.06%;

5) 通道间的相位误差为0.08°;

6) 输出阻抗为150 Ω。

MAX4314具有A0,A1共2个通道选择端,可连接到单片机IO端口,由软件来控制通道切换。典型应用电路如图6所示。

工作过程:视频输入信号经MAX7452进行放大,送到MAX4314输入端,同时MAX7452输出LOS同步丢失信号到单片机,由单片机处理后向MAX4314的A0和A1通道选择引脚发出相应的控制信号,实现视频信号切换,再经末级的MAX7452进行驱动放大并输出。

4 键盘与显示电路

键盘电路比较简单,只需3个按键分别实现UP,DOWN,OK功能,通过3个独立的IO端口进行连接。

显示接口可分为3个部分:时间及参数显示、电平指示和故障状态指示。其中,时间及参数显示由8个共阴极数码管(GF5461AS)组成;音频信号的电平指示由4个8位的LED光柱(HXA2010HB)组成,在工作状态下,光柱随着音频信号电平大小而变化,能直观地反映电平变化情况;故障状态指示用于显示4个通道的音频和视频信号是否正常,由8个独立的红色LED发光二极管组成,每个通道使用2个LED分别显示音频和视频状态,有信号输入时,不显示;无信号输入时,LED发红光表示该通道有故障。

不难看出,显示电路中涉及到3种显示器件,如果采用单片机的IO口直接控制,按照8段13位动态扫描进行驱动,需要使用单片机的21个IO端口,不仅造成显示面板和单片机主控板之间的连接比较复杂,而且占用的IO端口过多。为了简化电路结构,实际的显示电路由2片CH452A实现显示驱动,并通过I2C总线与单片机相连,其中一片CH452A驱动8个LED数码管,另一片CH452A则驱动4个8位的LED光柱和8个独立的LED发光二极管,电路结构简单,易于实现。显示接口框图如图7所示。

CH452A是专用的数码管显示和键盘扫描控制芯片,内置时钟振荡电路,可以动态驱动8位数码管或者64只LED,具有BCD译码、闪烁、移位、段导址、光柱译码等功能;CH452A通过I2C接口与单片机连接,一个单片机可以驱动多个CH452A芯片,CH452A的ADDR引脚用于静态选择CH452的设备地址,可以将2个CH452A接到并联同一I2C总线上,并将其中一个CH452A的ADDR接低电平,另一个CH452A的ADDR接高电平,使它们都具有不同的设备地址。

5 网络接口电路

网络接口实现单片机与以太网的连接,实现对音频切换器的远程监测与控制功能。网络接口电路由ENC28J60与HR911102A实现[8]。ENC28J60具有SPI及可编程过滤功能,8 kbyte的双口SRAM,支持半双工和全双工通信模式,传输速率最高可达10 Mbit/s, 兼容IEEE802.3协议标准;HR911102A是内置有以太网隔离变压器的RJ45网络模块。Mega64单片机具有SPI接口,Mega64的SS,SCK,MOSI,MISO,INT2引脚分别接到ENC28J60的CS,SCK,SI,SO,INT等引脚,电路结构如图8所示。

6 软件设计

音视频信号切换器的软件由设备端控制软件和远程管理软件两部分组成。

设备端控制软件主要完成设备工作状态的初始化;检测音频、视频输入状态是否正常,并能实现自动切换;检测各通道是否在工作时间表的工作时间内;通过网络接口接收上位机的命令和向上位机传送各种工作状态和数据;扫描面板按键以及控制面板显示等任务。设备端控制软件在ICCAVR-V7.22集成开发环境下进行编写,采用C语言进行编程,ENC28J60网络接口的编程是该设计的难点之一,由于受单片机内部存储器资源的限制,单片机上的TCP/IP通信一般不能集成完成的TCP/IP协议,而必须在保证数据通信需要的前提下,裁剪部分不需要的功能,才能在单片机环境下运行。同时,为了方便修改远程设备的网络通信参数,该设计还增加了一些通信协议,基于MAC地址作为标识,实现远程设备的IP地址、通信端口等网络参数远程修改,图9为采用Build C++6.0开发的远程设备网络参数配置软件运行界面。网络通信的调试使用Wireshark-1.4.0RC2软件,Wireshark是一个网络封包分析软件,利用该软件可以撷取网络通信双方的数据包,并尽可能显示出最为详细的网络封包资料,对进行AVR单片机网络接口的程序开发大有帮助。

上位机管理软件是基于Builder C++6.0进行设计,主要模块有:一是远程设备工作状态的监控界面的设计;二是远程设备工作参数设置界面设计;三是网络通信模块的设计等。上位管理软件有两种形态,一种是独立监控形态,仅用于单一的音频、视频设备的远程监控;另一种是内嵌于广播电视发射机远程监控系统中,与发射机的采集器、环境采集器、广播电视调谐器等集中进行管理和监控。

7 设备的测试方法

设备的测试包括以下几个方面:音频、视频信号的手动切换;音频视频的自动切换;面板显示状态;网络远程通信功能的测试、远程控制命令和工作状态的测试;音频、视频信号质量的测试等。所需要的仪器有视频信号发生器、音频测试信号发生器、音频信号失真测试仪、视频信号显示器等。

测试方法和步骤:1) 开机后,先观察面板显示是否正常,操作面板的按键,查看各按键的操作是否能正确响应。2) 连接视频信号和音频信号到CH1输入对应输入端,操作面板选择自动切换模式,设备的音频输出接到音频信号失真测试仪和音箱,视频输出端接收视频监视器,观察信号是否正常。3) 将CH2～CH4均输入音频和视频信号,此时应该输出CH1的信号,然后顺序撤除CH1～CH3等输入信号,观察设备自动切换动作是否正确。4) 通过网络端口,与上位机进行连接,并运行上位机管理软件,设置好网络通信参数,观察设备与上位机的通信是否正常。5) 将设备放置于发射机房等具有强电磁干扰的环境下,进行网络通信可靠性的测试。

8 结束语

本文以MEGA64单片机为核心,以ENC28J60为以太网接口实现了智能音视频切换器的设计,经过长达半年的研发测试,并在多个发射台站进行一年多的实际应用,结果表明,该系统功能和可靠性达到设计要求,而且以太网接口的应用,能很好地解决以前使用RS485或RS232串口通信方式时,在发射机房环境下通信容易受到干扰的问题。

摘要：提出一种带以太网接口的智能音视频切换器。该系统以Mega64单片机为核心,实现了4×1的音频、视频信号监测和自动切换输出。通过以太网接口连接监控中心,实现远程参数配置和监控功能。同时,该系统在无上位机时,可独立工作,灵活性较好。

关键词：音频切换,视频切换,视频监测,音频监测

参考文献

[1]聂雄,黄斌全.广西广播电视发射台远程监控系统的设计[J].电视技术,2011,35(22):78-81.

[2]聂雄.智能电视信号监测报警器的设计[J].电视技术,2011,35(4):33-36.

[3]杨华.电视信号的一种切换控制系统设计与实现[J].电视技术,2008,32(7):74-75.

[4]黄华灿.可任意扩展的视音频切换器设计[J].电视技术,2002,26(5):62-64.

[5]刘国春.视音频智能切换开关[J].山西电子技术,2009(6):76-77.

[6]何英慧,曹德新.在视音频切换器上加装视频自动切换报警电路[J].电视技术,1999,23(8):69-70.

[7]陈更俭,刘云翔,杨卫红.四选一视音频切换器的技术改造[J].中国有线电视,2005(6):574-579.

[8]Microchip Technology Inc.ENC28J60 Stand alone ethernet controllerwith SPI interface[EB/OL].[2012-02-12].http://www.microchip.com/.

音视频信号切换系统 篇2

一、音视频切换器的现状以及发展趋势

1 音视频切换器的现状

音视频切换器属于一种信号中枢, 是一种集接受、分配以及控制于一体的音视频信号中枢系统, 在整个广播电视系统当中, 相当于人体当中的“大脑”。伴随着2008年奥运会的举行, 音视频信号切换器的发展速度是相当迅猛的。但是, 在现阶段的广播电视事业当中, 信号切换效率不断提高的同时, 也存在着很多缺陷, 比如信号切换以切换标清信号为主;以近距离控制为主;主控芯片的处理速度过于低下, 阻碍了系统信号的正常切换;音频信号和视频信号不能够完全同步;产品为一体结构, 没有模块化。

2 音视频切换器的发展趋势

音视频切换器大约经历了三个阶段的大战, 分别是直连方式, 即将信号线直接连接起来, 通过人力将信号输入和输出;继电器方式, 即通过高低电平来对继电器进行通断控制, 可以控制相对应的输入输出通道;芯片方式, 即通过芯片内部将输入输出的通道实现通断, 可以充分的将信号和其他的电子电路结合在一起, 有效的提高了系统的稳定性。

二、音视频信号切换器

1 系统的总能功能与结构

音视频切换器主要包括几部分, 分别是单片机、音频切换电路、视频切换电路、网络接口电路、显示以及键盘接口电路和时钟等几部分, 如图1所示。

该系统的主要功能主要分为以下几个方面:

(1) 可以实现4路音频和4路视频的输入, 在单片机的控制之下, 实现音视频的切换;

(2) 可以实现自动化和手动化的双向切换方式;

(3) 进行手动切换的时候, 可以直接在控制面板上进行操作;

(4) 进行系统自动切换的时候, 系统可以自动检测到输入信号的状态;如果信号中断或者比较衰弱的时候, 就会自动转入到备用信号当中;

(5) 网络接口可以与监控中心的计算机进行全程监控, 监控中心具有查询和控制的功能;

(6) 面板上设有直接显示信号故障的标志;

(7) 可以显示时钟参数和内部参数;

(8) 在工作时间之内, 可以在设备产生故障的时候及时报警。

2 音频信号检测

对音频信号的检测是由几部分组成的, 分别是音频放大、音频多路选择开头、峰值检波、音量控制以及单片机等。当音频信号开始检测的时候, 信号会经过NE5532进行放大, 然后会送到峰值检波电路处进行检波处理, 产生对应的平均分量之后, 就会直接送到单片机之处, 经过单片机会处理成数字信号, 这些数字信号是作为音频检测的基本状态的。根绝这些信号, 可以直接判断出信号的强弱, 如图2所示。

3 视频信号检测

在视频信号的检测中, 经常使用的就是对同步信号进行有效的检测, 利用对黑电平钳位, 然后利用同步分离电路的方式将行、出场信号彻底分离出来, 与此同时, 还要判断所分离出的信号是否有不能确定的信号。如图3所示, 通过MAX7452来实现视频信号的放大与检测, 它本身内部就具有视频的放大功能和同步信号的检测功能, LOS可以作为同步信号丢失的检测输出信号, 高电平有效, 然后单片机会读取LOS信号来对视频输入的信号进行确认是否正确, 如图3所示。

4 键盘与显示电路

键盘的电路是相对简单的, 只需要3个按键就可以实现, 分别是UP、DOWN、OK这三个按键, 显示的接口也是可以分成3个部分的, 分别是时间参数显示、电平指示和故障指示。时间参数显示由8个共阴极的数码管组成;电频由4个8位的LED光柱组成, 如果处于工作状态, 光柱会随着音频信号的强弱来产生波动, 可以用来反映电平的情况。故障指示用来显示4个通道当中的音频和视频信号是否正常, 其中由8个发光二极管组成, 如果没有信号通过的时候, 二极管就会闪烁。

5 网络接口电路

网络接口的实现是由单片机和以太网的直接连接构成的, 用此来实现音频切换器的远程监测和监控的功能。

6 软件设计

音视频信号切换器的软件设计是由设备端控制软件和远程管理软件两个部分组成的。设备端控制软件是需要完成设备工作的初始化状态, 检测音频和视频信号的输入是否正常, 还会实现自动切换的功能。远程管理可以对远程设备的工作状态进行界面设计;还可以远程参与设备的界面设置;对通信模块进行相关设计。

结语

通过以太网接口技术, 充分实现了智能音视频信号的切换设计, 并且在多个发射台得到广泛的应用。实践证明, 该系统的功能和可靠性已经在很大程度上得到了改善, 可以很好的解决以往的串口通信方式, 在很大程度上解决了我国的广播电视事业当中容易发生的故障以及问题, 提高了广播事业的安全可靠性, 保障了广播电视事业运行稳定, 促进了我国的广播电视事业, 为居民的生产生活提供了极大的便利。

摘要：随着我国经济的飞速发展, 我国的广播电视事业也在不断的进步和发展, 现阶段我国的广播电视已经摆脱了传统的单一模式, 变成了集中式的全方位立体模式, 其中有地面无线覆盖、有线传输、网络传播以及卫星传播等模式。为了适应广播电视的数字化, 就应该控制音视频信号的输入输出。本文首先简单介绍了音视频切换器的现状和发展趋势;其次, 对音视频切换器进行了详细的分析。

关键词：音频切换,视频切换,音视频信号切换器

参考文献

[1]刘亮.基于Internet和Cortex-M3的音视频切换器的研究与设计[D].中南大学, 2012.