數(shù)字音頻切換器的設(shè)計與實現(xiàn)

張本營

【摘要】 數(shù)字音頻切換器是專門為各級廣播電臺制作部門、播出系統(tǒng)、總控系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)而設(shè)計。主要用于播控中心或發(fā)射臺的音頻通路中，它可以自動檢測系統(tǒng)中有無音頻信號，根據(jù)所設(shè)置的優(yōu)先級（本設(shè)計以第一路為最高優(yōu)先級別）并自動地進行切換，確保播出系統(tǒng)中始終有音頻信號播出，從而降低了系統(tǒng)停播率，也為實現(xiàn)無人值班提供了可靠的技術(shù)保障。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字音頻 智能切換 斷電直通 手動切換

一、現(xiàn)狀

隨著廣播電視事業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)各廣播電臺陸續(xù)開始進行技術(shù)革新，廣播的播出平臺由原來的模擬播出逐漸過渡到數(shù)字播出平臺，同時播出節(jié)目的套數(shù)越來越多，特別是總控機房的改建，對廣播電視安全可靠播出的要求也越來越高，安全播出是廣電行業(yè)的生命線，這不僅要求值班人員要進一步強化安全播出意識，更重要的是要提高我們的安全播出手段，提高我們設(shè)備安全性、穩(wěn)定性及可靠性，避免停播事故。作為信號源，數(shù)字信號逐步取代模擬信號，目前各發(fā)射臺廣播信號源基本上更新為AES/EBU數(shù)字音頻信號，要求各頻率信號源送入發(fā)射機之前要進行信號均衡、時鐘恢復(fù)、自動切換、手動選擇、模擬監(jiān)聽、斷電直通以及雙電源熱備份供電等功能。

廣播電視部門的播出總控機房需要監(jiān)視多路信號源，選擇切換其中一路作為播出信號。另外，還需要監(jiān)視發(fā)射機發(fā)送信號之后的接收信號，以幫助值班人員判斷播出是否正常。對于由人工監(jiān)視播出情況，手動進行信號切換，效率低、切換速度慢。如果需要播出多套節(jié)目，更增加了值班人員的工作壓力。為了保證安全優(yōu)質(zhì)播出，使設(shè)備的管理自動化、科學(xué)化，減輕值班人員的勞動強度，我們自主開發(fā)了數(shù)字音頻切換器，用于信號源、信號監(jiān)視和信號源的自動切換。

數(shù)字音頻切換器是廣播電臺播出系統(tǒng)中的中心設(shè)備，它可以從四路輸入信號中選擇一路信號送到發(fā)射機發(fā)射和監(jiān)視，輸出兩路AES/EBU數(shù)字音頻信號用于播出、一路模擬立體聲音頻信號用于監(jiān)視器監(jiān)聽。該切換器可以自動切換，也可以通過按鍵操作控制，達到切換通道的目的。

二、主要內(nèi)容

控制電路由Atmel公司的AT89S52單片機構(gòu)成，AT89S52是一個低功耗，高性能，CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，功能強大的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。數(shù)字音頻處理芯片具有時鐘恢復(fù)、結(jié)構(gòu)再生、自動糾錯功能，該芯片采樣頻率范圍寬，能夠產(chǎn)生各種狀態(tài)報告；接收器，滿足國際ESD 標準要求，是同類產(chǎn)品中首批通過嚴格的、工業(yè)界公認的內(nèi)置ESD保護標準測試的芯片。數(shù)字切換開關(guān)模塊選擇54LS151數(shù)據(jù)選擇器，有八路輸入，完全滿足電路要求，如果正在使用的信號源出現(xiàn)了問題，經(jīng)AT89S52判斷處理以決定實時切入第幾路信號輸出，每路信號源的優(yōu)先級可以事先設(shè)定。單片機AT89S52做信號源檢測及發(fā)光二極管顯示。該設(shè)備只能在輸入信號的端口之間切換，沒有信號的端口切換無效，這樣有效地避免了由于誤切至空端而影響安全播出的情況，實用性很強，該設(shè)計原理框圖如圖1所示。

本項目充分考慮并滿足抗干擾性的設(shè)計要求，比如在電路關(guān)鍵芯片的電源附近加接退耦電容濾波以降低干擾，電路板采用雙面環(huán)繞地，降低了電磁干擾，可以有效降低干擾，使用線性電源對數(shù)字電路系統(tǒng)運行至關(guān)重要。

主要技術(shù)指標1）數(shù)字音頻輸入/輸出電平：最大7Vpp；2）采用的標準：AES/EBU；3）數(shù)字音頻平衡輸入輸出阻抗：110Ω±20% ；4）采樣頻率：48KHz/44.1KHz/32KHz；

本切換器檢測輸入音頻信號，同時具有檢測信號失鎖、CRC、奇偶校驗、違反雙相位編碼等數(shù)字音頻錯誤。與相關(guān)切換器相比，本切換器的性能指標明顯優(yōu)于國內(nèi)外其他廠家，且具有較完善的功能，具有很高的應(yīng)用前景，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益。

結(jié)束語：數(shù)字音頻切換器成功地實現(xiàn)了對信號的檢測和信號源的自動切換，其運行穩(wěn)定可靠，可以實現(xiàn)廣播信號的監(jiān)聽，無信號時自動切換信號，可以廣泛應(yīng)用于廣播電臺、電視臺專業(yè)音頻節(jié)目制作、傳輸通路的數(shù)字音頻信號傳輸系統(tǒng)，專業(yè)數(shù)字音頻設(shè)備應(yīng)用系統(tǒng)中進行信號分配、信號源備份及監(jiān)測臺站，專業(yè)音響工程中多路音頻信號的傳輸。經(jīng)過我們一年多來的現(xiàn)場測試和應(yīng)用，四選二數(shù)字音頻切換器運行安全穩(wěn)定，各項指標運行正常，沒有出現(xiàn)誤切換現(xiàn)象，有效地保證了安全播出，為廣播電視智能化播出做出了貢獻。

參 考 文 獻

[1] 張迎新，單片機原理及應(yīng)用，北京：電子工業(yè)出版社，2004.10；

[2] 杜樹春，集成運算放大器應(yīng)用經(jīng)典實例，北京：電子工業(yè)出版社，2005-10；

[3] 韓憲柱，數(shù)字音頻技術(shù)及應(yīng)用，中國廣播影視出版社，2003.1。