关键词：
音频切换矩阵（精选七篇）
音频切换矩阵 篇1
1 VD/AD0808CP矩阵切换开关简介
以Network公司出品的VD0808CP为例,是一个数字视频矩阵切换开关设备,矩阵是引用自线性代数的概念,矩阵切换开关的多路输入和多路输出形成了二维矩阵结构。在应用上每路输出都可与不同的输入连通,同一时刻每路输出只能连通某一路输入,但任何1路输入都可同时连通0路或多路的输出。
VD0808CP支持8路数字视频(SDI)信号的输入和输出,可将8路输入信号根据需要选择分配到8路输出接口。(如图1)
每个输出接口只能且必须和一个输入接口连通,但每个输入接口都可以同时和多个输出接口连通,也可以不和任何输出接口连通(如图2)。在图1上可以看到,VD0808CP正面最左边的按键区域有四个功能键,分别是V/A TOGGLE、TAKE、PANEL、ENABLE和TAKE ON/OFF等功能键;右边的按键区域共有16个按键分为上下两排,上面一排是8个输入选择键,下面一排则是8个输出选择键。背面的接口(图3)从左到右依次为电源接口、配置跳线、NCB接口、RS-232接口、8路视频输入接口和8路视频输出接口。
AD0808CP是数字音频矩阵切换开关设备,功能、外观、接口等和VD0808CP类似,支持8路数字音频(AES)信号的输入和输出。
2 VD/AD0808CP的基本应用
在广电系统的应用中,切换开关所实现的最基本的功能则是在多个输入信号中选择一个合适的信号输出给下级设备使用(切换不同的画面或者切换不同路由的信号源等)。在过去常用的有2选1切换开关、4选1切换开关等功能比较单一的设备(图4)。通常情况下,VD0808CP、AD0808CP也仅仅将他们作为一个普通的8选1切换开关或更简单的4选1切换开关来用。
3 VD/AD0808CP复杂应用的深入拓展
难道VD0808CP、AD0808CP的功能仅仅只有作为一个普通的8选1切换开关或更简单的4选1切换开关来用?下面将结合设备本身的性能进行拓展应用。
3.1 VD0808CP和AD0808CP的联机应用
以前仅仅是单独使用VD0808CP和AD0808CP,两个设备是相互独立的,需要切视频就用VD0808CP切视频,需要切音频就用AD0808CP切音频,这样的好处是视频和音频分离,互不干扰,可以交叉使用输入信号;而缺点是当一路信号的视频和音频同时出现问题时则要分别对视频和音频进行切换,操作步骤多切换时间长,不能使视频和音频同步切换。
要解决这个问题并不难,该系列的设备提供了完整的解决方案,只要将VD0808CP和AD0808CP通过NCB (Network Control Bus)将彼此的NCB IN对应NCB OUT接口分别用两根线缆互连即可(图5)。
在设备的后面板有8个拨动开关,从左至右前四位开关用来配置当前设备的地址(在多个设备通过NCB接口连接后需要以这个地址来辨别是哪个设备,最多可以连接16个设备)。首先,要确保VD0808CP和AD0808CP 2台设备的地址相同(多台设备联动操作的需要);其次,在线缆连接成功后,我们还需要分别在两台设备上进行联机激活操作,即按动前面板上的PANEL ENABLE按键两次;最后,确认PANEL ENABLE按键指示灯点亮。完成后两台设备的原始状态并不会有任何变化。可以先按V/A TOGGLE键进行模式切换,将设备状态切换至AFV(audio follows video)模式(V/A TOGGLE键上的红灯和绿灯同时点亮,同时当前使用的输入接口对应的按键上的红灯和绿灯也会同时点亮),这时再在VD0808CP上切换输入信号的时候AD0808CP将同步动作,达到了实现VD0808CP和AD0808CP同步切换的目的。在切换到V模式(只有绿灯亮)的时候VD0808CP仅能切换视频,切换到A模式(只有红灯亮)的时候VD0808CP仅通过NCB接口控制AD0808CP切换音频。相同的AD0808CP也可以用来控制VD0808CP同步切换。
此功能的实现,使两台设备能够同步切换、简化了操作步骤、缩短了切换时间;又可以使两台设备单独切换或者交叉切换,大大增加了切换操作的灵活性。
3.2 多台VD0808CP和AD0808CP的联机应用
在前面的基础上还可以使用更多设备进行联机,实现多套节目视频和音频的同步切换功能(图6)。
具体操作和两台联机是相同的,只要所有的设备地址是相同的,并且在AFV模式,就可以做到所有视频和音频的同步切换。
同样也可以只进行多台视频(如3台VD0808CP组成RGB或YUV系统)矩阵联机切换或者多台音频(如多路广播)矩阵联机切换,可以根据需要灵活组合。
3.3 将VD0808CP和AD0808CP作为分配器使用
以往使用的切换开关大都是多选1,而VD0808CP和AD0808CP具备了8选8的功能,同一路输入信号可分别将信号供给8个输出接口。利用这点,可以将该矩阵的8个输出选择同一路输入信号,这样就具备了1分8分配器的用途(图7)。
把VD0808CP和AD0808CP单纯作为视音频分配器使用也是一种资源的浪费。但是,既然它具备这样的功能,就可以想办法充分利用。
3.4矩阵切换开关的切换和分配功能的混合应用
为了保证安全播出,通常会有备份系统,主备系统同样需要信号输入。所以,以前的系统结构中会在切换设备下级安装一个分配器,将信号分配给主备系统使用(图8)。
在信号传输过程中经过不同路由传递到下一部门的信号源很少超过4路。如图8中的信号传输过程,只有4路不同的输入信号经过切换开关选其一传送给分配器,再由分配器1分为4送给主备四套系统使用,如果利用一个矩阵切换开关设备就可以实现切换开关和分配器两个设备的功能,那么可以节省一台分配器。经过探讨有两套方案可以实现上述功能。
第一套方案:通过矩阵切换开关的基本应用就可以实现(图9)。这种方法并没有完全照搬图8中的系统的功能,但是更具灵活性。4套主备系统分别使用第1路到第4路输出接口,每个主备系统都可以单独选择需要使用的信号来源,也可以使用相同的信号来源。有利就有弊,这样做使需要同时对所有主备系统进行信号来源的选择切换时,必须4路输出分别进行,增加了3倍的操作步骤和时间。(图9)
第二套方案:通过矩阵切换开关的切换功能和分配功能的混合应用(图10)可以完美实现图8中系统的功能。这套方案中相当于把1个8×8的矩阵切换开关设备分为了两个部分:第1到第4路输入和第1路输出实现了4选1切换开关的功能;而原本用不到的第8路输入和第5到第8路输出实现了1分4的分配器功能。4个不同路由的信号源先经过选择切换从第1路输出口送往第8路输入口,然后第5至第8路输出口都选择第8路输入的信号为信号来源,实现了分配器的信号分配功能。
两套方案各有优劣,具体应用起来还要结合实际工作中的需要决定。由此可见,数字视音频矩阵具有强大和灵活的切换开关功能。
3.5将一个VD0808CP或AD0808CP作为多个多选1使用
在工作中,可能需要用到多个4选1或者多个2选1的切换开关设备。现在有了VD0808CP和AD0808CP这样8×8的矩阵切换开关,可以将其分割开来使用,作为2个4×4矩阵切换开关、4个2×2矩阵切换开关或者1个4×4矩阵切换开关加2个2×2矩阵切换开关等多种需要的组合,充分发挥设备的强大功能(图11)。
3.6矩阵切换开关的综合应用
对于矩阵切换开关的综合应用主要是将以上几点灵活运用相互糅合,根据工作中的需要,构建一个庞大复杂的切换开关或切换开关加分配器混合利用的系统,最终目的就是为了简化操作、合理有效地利用设备资源。由于矩阵切换开关设备的功能的强大和灵活,组合起来繁杂多变,就不再举例说明。如果需要更多路的输入和输出还可以使用具备更多输入输出接口的矩阵切换开关设备(如16路或32路的数字视音频矩阵切换开关等)。
4 VD/AD0808CP其他扩展功能
上文剖析了数字矩阵切换开关的各种灵活多变的使用方法,除此之外,VD0808CP和AD0808CP系列设备还支持通过RS-232接口和外部设备进行通讯。例如,可以通过开发单片机设备或计算机软件编程来实现对VD0808CP和AD0808CP的远程控制,这样矩阵切换开关的使用将更加灵活、功能更加强大。
5 结语
通过对VD0808CP和AD0808CP数字视音频矩阵切换开关应用的深入拓展,对该设备的理解更加透彻,使设备更高效地服务于工作。通过联机实现多台设备切换操作的联动,简化了操作步骤、提高了工作效率;通过矩阵切换开关的切换功能和分配功能的混合应用,充分利用了设备资源,节省了分配器的同时,也减少了一个故障环节,提升了整个播出系统的安全可靠性。
摘要：本文以Network公司出品的VD0808CP(数字视频8×8矩阵切换开关)和AD0808CP(数字音频8×8矩阵切换开关)两台设备为例,在其基本应用的基础上,结合实际工作中的使用经验,重点介绍了矩阵切换开关的联机应用、矩阵切换开关的切换功能和分配功能的混合应用,将一个矩阵切换开关分割为若干个矩阵切换开关等拓展应用,以达到简化操作、节省设备开支和充分发挥设备应用灵活性的目的。
信源切换与音频监测系统实施方案 篇2
我国社会主义性质决定了广播电视不仅是拥有最广泛受众的传媒, 又是党和政府的喉舌, 担负舆论导向的特殊职责, 具有政治和产业双重的属性。政治属性要求广播电视播出工作要确保安全, 保证党和国家的政令畅通;产业化经营也必然要求广播电视播出需要一定的服务品质保证。
由于广播电视行业的特殊性, 因此安全、可靠性成了各发射台的重中之重。要想解决这个问题, 必须有完善的监测和管理系统。
贵州省广播电视局896中波发射台所做的这套系统, 集信源自动切换、信源监测、音频监测、自动测试为一体, 可在控制桌上完成以上所有功能。极大地增加了安全可靠性, 减轻了机房工作人员劳动强度。其系统原理图如图1所示:
1 信源智能切换部分
本系统由二部MD0401A音频智能应急切换器 (4路1分4) 组成, 每部主发射机前对应一个频点。
该系统具有手动切换和自动切换两种工作模式。在手动模式下, 操作人员可以根据监看监听到的信源效果, 选择相应的按键进行切换, 也可以通过计算机进行切换。在自动模式下, MD0401音频智能应急切换器可同时监测四路节目信号源, 系统对每路音频信号源的电平值进行评估分析。一旦发现输出信号电平低于预设值或持续时间超过预设值时, 将自动切换到正常备用信号上, 最后经音频处理器处理后送到发射机。该系统同时可以智能识别来自光纤、卫星等传输通道的多种无效噪声, 对非法信号的入侵有较好的抑制作用, 提供声光报警, 并记录信号源丢失时间和恢复时间, RS232串行通讯接口, 具有定时自动开关机及断电状态记忆、掉电直通功能。
2 音频监测报警部分
音频监测分为信源监测和播出节目监测监听。该系统是一款专门针对模拟音频进行实时监测、报警的软件产品, 一台监测主机可以对多路音频输入信号进行同步监测, 并对音频信号的音量大小 (过高, 过低) 、音频丢失进行实时报警;系统可以根据用户设定进行循环监听与选择监听, 并可根据用户需求对指定节目进行定时录音与人工选择录音, 录音文件分级存储方便用户进行查询, 回放, 管理;系统内建完善的日志功能, 可以对报警事件、系统事件进行全程跟踪记录;系统采用windows GDI/GDI+技术直观显示音量柱状图, 操作界面采用人性化设计, 充分考虑用户操作习惯对界面元素布局进行最优化设计, 方便对整个系统进行管理, 维护。
本软件系统主要用于多路音频进行同步监测与报警, 主要功能如下:
1) 可同时对多路音频通道进行实时监测, 音量柱同步显示。
2) 提供方便的循环监听功能, 循环间隔可调。
3) 可同时对所有监测节目 (左, 右声道) 进行同步触发报警, 响应快速, 并发性高。
4) 具备多种报警提示与记录方式, 声音, 浮标闪烁, 日志记录。
5) 提供人工与定时两种录音方式, 两者可同时操作, 录音文件分级管理, 非常方便用户录制和管理音频文件。
6) 提供多种组合查询方式方便用户检索录音文件。
7) 提供可拖放录音回放功能, 方便用户定位节目播放位置。
8) 对日志列表提供导出 (EXCEL文件) , 打印功能。
9) 本系统支持双屛自由显示功能, 可在双显示设备环境任意选择显示设备。
10) 可实现远程监听、监视。
2.1 系统主界面
双击“汇鑫监测报警系统”桌面快捷方式运行程序出现如图2界面:
1) 音柱:监测到音频输入, 音柱会根据音频音量强度同步显示, 并根据强度范围分段, 分色显示, 绿色为安全色, 黄色为中间色, 红色为警告色, 可根据实际情况调整显示分段范围。
2) 工具条:此时位于屏幕上方的工具条会自动收缩至屏幕顶部, 当用户移动鼠标至头部, 工具条会自动弹出显示, 用户也可以通过工具条左上角的图钉按钮选择是否具备伸缩特性, 此功能非常类似QQ等软件具备的自动停靠特性。
3) 声道指示灯:显示监听状态, 淡蓝色为非监听状态, 绿色为当前正处于监听状态, 用户可以通过点击该指示灯, 实现切换监听功能。
4) 节目名称:位于界面最底部, 显示当前监听节目名称, 由于显示空间限制 (由屏幕尺寸与分辨率摄制来定) , 太长的中文名称建议用频点设置来代替中文名, 否则可能会造成不完全显示问题。
5) 系统时间:显示当前系统时间。
6) 工具条功能按钮说明如下图所示, 用户可以将鼠标移至按钮位置, 会自动弹出提示信息, 方便用户获知该按钮的基本功能。
5) 具有远程监听、监视功能。
循环监听设定会自动转动以显示循环监听状态, 此时声道指示灯会出现间隔跳转, 绿色表示当前监听声道, 当出现报警状态, 对因声道音柱浮标会出现红白闪烁, 同时鸣叫报警音。
2.2 监测报警系统
点击“系统设置”按钮出现如图3界面:
在此界面可以设置录音文件的存放路径, 当用户选择保存路径时, 容量指示进度条会显示所选盘的容量使用状况, 百分比表示已使用的磁盘空间。用户还可以修改循环监听的驻留时间间隔, 可根据用户需要自行设定, 最后为音量过高与过低的报警门限设定, 建议采用默认设置, 设定后请记住点击保存按钮。
2.3 节目设置
点击“节目设置”按钮出现如图4窗口:
该窗口主要提供用户添加, 修改, 删除节目等管理操作, 当用选择列表中的某一节目项时, 该项将处于可编辑状态, 用户可以修改节目名称, 报警类型, 报警方式, 对应通道, 均值采样次数信息。
2.4 定时录音设置
点击“定时录音设置”按钮打开定时录音设置窗口, 如图5所示:
用户可根据需要是否打开定时录音设置, 双击“定时录音”列中的某一单元格进入可编辑状态, 此时可以选择是否进行定时录音, 选“是”在任意位置单击鼠标, 此时该单元格字符变为红色, 时间设置单元, 变为白色 (有效状态) , 否则为灰色 (无效状态) , 此时可以双击需设定时间的单元格, 进入可编辑状态, 设定完毕后保存即可。
2.5 录音管理
点击“录音管理”打开录音管理框窗口, 如图6所示。
该页面可以提供用户进行录音文件的查询, 检索, 删除, 以及录音回放控制等功能, 用户可以通过设定时间段, 节目名称, 类型, 声道等查询条件进行组合查询录音记录, 并可通过删除操作对录音文件进行及时清理, 用户可以双击选择列表中的条目直接播放该录音文件, 此时用户可以对播放状态如暂停, 停止, 播放, 快进, 进行基本的控制操作, 用户还可以通过拖放进度指示按钮实现定位播放功能。
2.6 日志管理
双击“日志管理”打开日志管理窗口, 如图7所示。
在该窗口中可以对指定时间段, 节目名, 类型进行日志的查询操作, 非常方便地对日志进行管理, 并提供删除, 导出, 日志打印功能, 可以单击列表头进行列表排序, 方便用户管理。
3 发射机运行通道指标自动测量系统
本系统由MD0804D音频矩阵切换器, MD0801RF射频切换器, MD2000A音频综合测试仪组成。音频综合测试仪产生的标准测试信号通过音频矩阵切换器送入被测发射机, 发射机射频输出信号由射频切换器接入测试系统, 完成发射机运行通道指标的自动测量。
4 结束语
信源切换、音频监测系统结合了计算机应用技术、软件数据库技术、现代控制技术、管理学等多种学科的精华, 达到管理模式的程序化, 标准化, 统一化, 最终大大提高我台的工作成效。
基于前端切换视音频监控系统的实现 篇3
近年来,人们越来越关注生存环境,重视突发灾害的预警与紧急应对措施的建立,迫切希望提高生产和生活管理的智能化水平,视频监控系统也作为人类视觉的延伸越来越受到重视,得到了广泛的应用[1]。
传统的视音频监控系统都是通过独立的电缆把视频和音频信号传送到监控中心,切换和控制也是在监控中心进行,因此需要铺设大量的电缆。笔者提出了一种前端切换视音频视频监控系统,所有监控点与监控中心只要3条总线电缆相连接,视音频切换分散在监控点进行;各监控点的视频信号线,音频信号线和控制线都分别连接在这3条总线上;视音频切换信息和前端设备控制信息在同一条电缆上传输。该系统对监控点实行分区管理,它可以将所有的监控点划分为16个分区,每个分区可以有16个监控点。
1 系统总体介绍
基于前端切换视音频监控系统的总体结构图如图1所示。监控中心与前端监控点通过3条总线连接。各监控点的视频输出,音频输出和地址切换与动作控制电路均分别连接在这3条总线上。每个监控点都有自己特有的地址编码,进行视音频切换时,监控中心发出所要切入视音频信号的监控点地址,与所发出的地址一致的监控点就会将它们的视频信号和音频信号分别接入视频总线和音频总线,然后送到监控中心。
2 监控系统的硬件部分开发实现
2.1 监控中心电路结构及原理
本系统监控中心电路主要由PC、电平转换芯片MAX232、单片机8051、2块74LS164和1块VD5026芯片组成,其电路连接如图2所示。其工作的原理是:首先由控制PC产生出8位的地址编码和4位的动作编码(共需2 byte),经过电平转换后,发送至单片机的串口,再由单片机的串口将接收到的地址编码和动作编码输出至74LS164实现串并转换,然后传送给VD5026,并由单片机的P0.1口发出1个低电平至VD5026的14脚即发射指令端,使VD5026将地址编码和动作编码传输到监控前端解码器,控制摄像头的选择、云台的转动、摄像头焦距的远近、光圈大小及镜头伸缩等。
计算机和单片机的通信以及单片机和74LS164之间的数据传输都采用串口通信。其中单片机的RXD端既要接收从计算机发过来的数据,还要发送数据到74LS164,因此为了避免冲突,在计算机向单片机传输的线路上加了1个起隔离作用的二极管。
2.2 监控前端电路
2.2.1 监控前端解码电路结构
监控前端解码电路主要由VD5027、4514、驱动电路等组成,如图3所示。
2.2.2 监控前端工作原理
前端解码器由接收解码集成电路VD5027、切换控制电路、动作控制译码器与输出电路组成。
1)接收解码集成电路VD5027
VD5027是与监控中心编码发送电路VD5026配对的接收解码集成电路,监控中心控制器发送的地址与动作编码脉冲经隔离与抗干扰电路进入非门G1和非门G2整形,然后送入接收解码集成电路VD5027。监控点所在分区的编码由VD5027的地址端A5~A8设定,地址端A1~A4则确定监控点在该分区中的具体位置。VD5027要连续接收到2帧完全相同的地址与动作编码才会确认为有效。接收到第1帧串行码,它将其中的地址位与自身设定的地址编码相比较,若一致,就将串行码后串段的数据位暂存起来,若不一致,则不做任何处理。接收到的第2帧串行码时,如果地址码再次与自身地址编码一致,则把接收到的数据位与暂存的数据进行逐位比较,如果2次接收到的数据位也完全相同时,数据被转移到输出寄存器,并由数据端D0~D3输出。与此同时,VD5027的接收有效输出端VT输出高电平。
2)切换控制电路
接收解码集成电路VD5027的VT端连接R-S触发器的S端,它输出的高电平使R-S触发器Q端输出高电平,2个开关导通,该监控点的音频信号和视频信号分别进入总线。与此同时,应该断开原来输出视音频信号监控点解码器中的模拟开关,图3下方虚线框中电路为原解码器控制模拟开关的相关电路。当前解码器VD5027的VT端输出的高电平通过D1由前端环线进入原解码器,原解码器VD5027的VT端输出的高电平不会作用到R-S触发器的S端,但是由前端环线进入的高电平使异或门G5输出电平由低变高,R-S触发器R端高电平,它的Q端输出低电平,关掉其控制的模拟开关。原解码器开关的关闭和当前解码器开关的导通,使视音频信号的切换得以实现。其余监控点的解码器由二极管的隔离,由前端环线进入的高电平不会作用到R-S触发器的S端,Q端也就保持低电平输出,其控制的模拟开关保持关闭的状态。
3)动作控制译码与输出电路
当监控中心对前端设备进行操控时,VD5027的VT端输出高电平,然后经过非门G3反相置4514的禁止端INH低电平,接下来4514将VD5027的D0~D3输出的动作码译码,在相应的端口输出高电平,最后经驱动电路使前端设备工作。
3 计算机与单片机通信的软件实现
软件实现通信过程为:首先由计算机发出一呼叫信号,并做好接收单片机信号的准备,单片机收到呼叫信号后响应,并转入相应的服务程序,同时向计算机发送响应信号[2,3,4]。这样计算机就可以向单片机发送用户所要求的地址码和动作码,单片机在接收到计算机发过来的编码后,将编码通过串口发送到串并转换芯片74LS164。
3.1 控制码编码规则
在计算机和单片机之间握手成功之后,就可以进行控制数据传送了。本系统的控制编码格式为:控制码=动作码+地址码。
传输控制码时,先传地址码,然后再传动作码。前端监控现场的解码器收到控制码后,先验证是否是传输给本监控点的控制码。如果不是,不作任何反应;如果是,就将控制码接收下来,并将动作码解码后去驱动控制电机实现对前端摄像头动作的控制。
VD5026地址编码线有8条,动作编码线有4条,因此计算机向单片机传送监控现场的地址码和动作码共需2 byte,1 byte是地址码,1 byte是动作码,它们都用2位的十六进制数表示。可编码的地址共256(2的8次方)个,分为16个分区(用地址码的高4位表示),每个分区有16个摄像头(用地址码的低4位表示),例如,11H表示第1个分区中的第1个摄像头。可实现的编码动作有16(2的4次方)个。动作编码如表1和表2所示。
需要注意的是,由于VD5026只有4条动作编码线,故动作编码字节的高4位不能用于动作编码。
这部分编程设计主要用到的是Windows下串行口通信技术。
3.2 计算机端程序的实现
首先约定计算机和单片机的通信协议:PC机与单片机通信使用PC机的串口1(COM1),波特率为9 600baud/s,信息格式为8个数据位,1个停止位,无奇偶校验位。
为了实现通信,在VB语言环境下设置1个用作控制通信的窗体,并设置1个通信的控件Mscomm1、1个握手(shakehand)按钮、1个timer的控件。
'shakehand程序如下:
在计算机和单片机完成握手之后,计算机就可以向单片机发送地址编码和动作编码了,其实现程序与以上程序类似,故在此不再赘述。
3.3 单片机端程序的实现
单片机接收到计算机发来的握手信号时,向计算机发送已接收信号,双方握手通信完成。然后,单片机就可以接收计算机发出的地址和动作编码,并将其传给74LS164。
1)单片机与计算机的握手程序段如下:
2)单片机接收地址码和动作码的程序段如下:
3)单片机向74LS164通过串口发送地址编码和动作编码的程序段:
需要注意的是:在单片机将控制码全部发送给74LS164后,单片机的P0.1口要发出一个低电平至VD5026的14脚即发射指令端,从而启动VD5026向监控前端的解码器发送控制码。
4 小结
笔者提出了一种全新的视音频切换方式,打破了视音频切换集中在监控中心实现的传统切换方式,这样的视频监控系统既可以节省大量的线材和人工费用,又可降低施工难度,减少了传输线路故障隐患,提高了系统可靠性,应用前景良好。
摘要：设计了一种全新的基于前端切换的视音频监控系统。详细介绍了前端切换视音频监控系统的总体结构,监控中心和监控前端电路、程序的实现以及工作原理。该系统可以节省大量线材和人工,减少了传输线路故障隐患,提高了系统可靠性。
关键词：视音频监控,视音频切换,前端切换
参考文献
[1]刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].北京:机械工业出版社,2003.
[2]王保义,张少敏.接口与通信[M].北京:中国电力出版社,2008.
[3]于英民,于佳.计算机接口技术[M].北京:电子工业出版社,2004.
音频切换矩阵 篇4
关键词：影视声音,转场,连贯
众所周知, 电影是一门具有空间性与时间性的视听艺术。观众被大银幕上的爆炸、飞车、激吻所吸引, 但往往将徘徊在耳边的电影声音认为是理所当然。与眼睛不同, 人耳是一直在接受信息的器官, 或许这种物理特性, 让电影中的声音变得隐蔽, 并潜移默化地控制着观众的细微情绪。
在当今的时代, 科技革命后的人类社会逐步进入工业化社会, 经济飞速发展, 后现代思潮泛滥。这些社会因素在艺术领域表现为:艺术作品的艺术性与商业性开始走向融合。自电影诞生之初就分化出的再现派与表现派的对立, 如今展现为:现实主义的记录美学与现代主义的表现性亦走向融合。这种辩证关系, 正是声音设计的背景以及遵循的规律, 同时也使得电影在艺术形式上更加丰富;在商业性上更适合观众的观影诉求。
有学者认为:声音和镜头一样, 也是有景别的。笔者从这一观点入手, 结合视频剪辑中所涉及的关键因素——转场, 分析声音设计中存在的“音频转场技巧”。为此笔者参考了几部优秀的音频剪辑电影, 对片中运用到的音频转场技巧进行归纳、总结。
一部影片是一次造梦过程, 通过“比真实还要真实”的场景 (包括声音场景) 的创造, 通过情绪的延宕和累积, 通过对好莱坞培养起的逻辑的追随, 造梦团体将观众一步步引进一个虚拟的真实世界, 最终带领观众达到高峰体验。这就要求无论是视频剪辑还是音频剪辑保持连贯与流畅。
在声音剪辑中, 不能像视觉剪辑那样, 单纯用镜头来作为剪辑的基本单位, 而应该将空间的转化 (包括现时与虚幻空间的转化) 作为剪辑点, 以“空间环境”作为基本单位。可以说声音的剪辑与视频剪辑不同, 不单单要依照剧本的叙事结构, 还要积极地参与到从第一情绪过渡到第二情绪的创作过程中。声音与画面相互追随, 但又保持一定的距离, 有可发挥的创作空间。那么, 在笔者的观察中, 将以“空间环境”作为主要基本剪辑单位, 收集每一次环境的变化所运用到的音频技巧, 将这样的音频切换和转场加以分类。
一、同场景空间环境切换所运用的音频剪辑技巧
好莱坞电影的声音的剪辑或是说声音的设计, 与视觉一样, 最基本要遵循“零度剪辑”原则。既剪辑点的无痕处理, 使观众将注意力集中于故事情节中。所以, 即便是细微的, 会破坏连续性的感官刺激也要加以必要的修饰。
以《泰坦尼克号》为例, 在片头, 寻宝船队潜入海底, 搜索泰坦尼克号残骸。这场戏中涉及到了两个不同的空间, 一是深水中, 一是潜艇内部。从第一个下潜镜头到潜艇到达船头, 共转换了9次空间环境。整个场景中包含声音有外景的:海水质感的底声、潜艇马达嗡鸣声、有节奏有质感的滴答声;内部的:雷达的电磁声、对讲机语言对话声、对白;音乐:低频旋律、低吟的女声伴唱。
在这9次转换中, 使用最频繁的是用有厚重感的“碰”的低音在声音转场处作为承上启下的声音元素。另外, 利用接近的频率 (机器马达频率与雷达电磁声) 硬切。以及运用连贯的声音元素作为连贯线索。如随环境改变音质, 但内容连贯的对讲机语言、渐起的低频音乐、低吟的女声伴唱, 将环境音的改变带来的突兀感降到最低。可见比较起现实声音, 超现实声音、音乐、语言对听众而言更有延宕时间的主观感受。经过声音设计安排的声音元素, 正是为了为观众感受到虚拟的现实。
二、场景切换所运用的音频剪辑技巧
与上面的切换情况不同的是, 场景的切换改变的不仅是环境, 情绪也依照逻辑发生了转变。可以说转场的情况更加的复杂。而这就为转场提供了设计空间。逻辑合理、开拓银幕空间的声音转场都见会被认为是一部电影的华彩部分。如果说上一种情况是利用声音进行保守的模拟现实, 那么以下则是跳脱的创造。
以科波拉导演的《现代启示录》为例, 在片头, 主人公从越战战场的回忆到现实环境的转场音频剪辑设计就十分巧妙。在拉片中笔者发现:声音剪辑和视频剪辑、剧请设置、导演理念一样, 也十分注重“重复”, 或是说要营造出连贯整体的声音环境, 给观众留下想要传达的意象, 就必须重视“重复”的作用。在《现代启示录》片头, 反复出现直升飞机、电风扇和二者叠画。声音时而同步、时而分离, 螺旋桨旋转声的画外音时隐时现, 激发了观众强烈的好奇心;另一方面时空的错位、声画分离, 必然营造出梦境的虚幻感。在回到现实的一刹, 画面表现上, 继续用片头反复出现的叠画渐显出电风扇;声音设计上, 片头背景音乐——乐队的摇滚乐渐隐, 同时渐显和片头的螺旋桨旋转声有着极接近频率和音色的电扇的旋转声。改变的只有不同空间带来的混响时间转换, 整个转场段落一气呵成, 浑然一体。
寻找频率、音色或音量相接近的声音元素, 并加以利用。《现代启示录》的片头转场符合剧情所要表现的人在虚幻和现实中抽离的感觉, 极大限度地展现的声音剪辑的魅力。
在电影中, 回忆、闪回是建立在蒙太奇基础基础上, 有别于其他艺术所特有的叙事结构。在商业化立场上, 如何为意识流动制造理性逻辑铺垫, 便于观众理解而非凸显艺术张力。利用声音设计, 好莱坞电影工作者培养出被观众广泛接受的符号习惯。
在《沉默的羔羊》中克里斯第一次同汉拔尼谈话后走出监狱, 或许是由于强烈缺少安全感让她回忆起小时候与爸爸相处的欢乐时光。在此次现实与虚幻的转场中, 运用了两种声音元素, 一是自克里斯中景镜头起非自然的带有灵动、奇幻的旋律;一是克里斯主观镜头看自己的汽车同时响起汽车驶来的画外音。在回忆的第一个镜头中出现儿时爸爸开警车回家 (声画同步) 的场景, 解开了设置的悬念人造的奇幻的旋律, 作为一种符号, 潜移默化地提醒观众剧中人心理上的转场, 这种超现实的形式被广泛认可。
利用音乐、音响、语言这些能够连贯的影视声音元素实现转场, 似乎在表意上并不突出, 但可以满足连贯的要求。这样的普通转场运用广泛, 在《美国美人》的结尾处, 伴随着莱斯利的内心独白和主题音乐, 完成了时空的蒙太奇, 不突兀反而有了抒情的作用。这一段的音乐使听众放弃了抵抗, 沉浸在感性中独白又灌输给听众影片的主题思想, 在影片的结尾处观众们有了高峰体验, 向影片屈服。
笔者认为电影声音神奇之处在于对观众的影响往往是潜意识的, 既有据可循, 比如利用声音的时间连贯性的特点来进行转场, 也存在很多未知的可能性, 比如音乐与人身体节奏契合与灵魂沟通。通过对转场声音元素的收集、整理, 以点见面地看出声音元素和视觉元素一样, 参与对影片节奏、叙事、情绪各个方面的塑造。转场中出现的音频剪辑技巧只是整个音频剪辑中很小的一个方面, 但声音在电影中的重要作用已经显而易见。实际上, 同镜头语言一样, 电影中的声音独立于视觉, 是一门需要认识掌握的符号系统。对于电影中声音设计的彻底认识, 将有助于影片艺术性、商业性的提升, 为电影创作服务。
参考文献
杜比E音频切换爆音的测试与分析 篇5
由电影频道节目制作中心打造的CHC高清电影频道于2006年4月开始播出, 这是国内最早开始播出的三个高清频道之一, 也是国内唯一一家全天候所有节目都提供杜比5.1环绕声的高清频道, 不仅带给观众高清晰度的视觉享受, 还同时带给大家身临其境的震撼听觉。
由于最早开始播出杜比5.1环绕声节目, 几年下来, 对杜比音频有了较深入的认识, 也积累了不少经验, 下面就把笔者对杜比音频嵌入行的一些了解通过实际案例和大家一起分享。
1 原有高清播出系统介绍
2006年高清电影频道播出时, 在播控系统中, 我们采用的是杜比E和立体声两种音频。节目源是Sony HDCAM磁带, 磁带上共有四轨音频, 1、2轨我们存放立体声音频, 3、4轨我们存放的是杜比E音频。整个播控系统我们采用嵌入音频HDSDI信号, 主要播出设备及线路如图1所示。
上载编码器采用外置编码器TANDBERG ENCODERE5782, 视频服务器是品尼高PINNACLE MEDIASTREAM8000服务器, 切换器采用的是Leitch 16×2切换器P16HSCQOE.
高清录像机播放嵌入杜比音频的HDSDI信号, 通过编码器TANDBERG ENCODER E5782进行MPEG2编码转成ASI信号, 再送入品尼高视频服务器, 转化为文件形式存放在服务器中, 等需要播出时, 品尼高服务器再将文件解码成HDSDI信号送入切换器进行播出。
这套系统播出一年多一切正常, 杜比E 5.1环绕立体声在切换器上进行信号切换时也没有任何问题。
2 新建高清播出系统结构及遇到的问题
2008年, 我们又建设了一套新的高清播出系统, 系统结构与原有高清播出系统一致, 仍然采用外置编码器的方式, 上载编码器仍然采用TANDBERG ENCODER E5782, 视频服务器由原来的品尼高服务器改变为Omneon服务器, 切换器仍然采用Leitch 16×2切换器P16HSCQOE。
经过一个月的试运行, 我们发现在16选2切换器上对视频服务器主备信号做切换操作时, 杜比音频会产生爆音。因为我们采用的是嵌入杜比音频的HDSDI信号, 所以初步认为是切换器对杜比音频的支持有问题。联系切换器厂家, 厂家对切换器做了检测, 认为切换器没有问题。
后来我们跨过视频服务器, 直接将2个录像机的输出HDSDI信号接入切换器的原视频服务器主备信号输入口, 如图2。经过多次测试, 切换时杜比音频无爆音, 播出正常。
由此, 我们认定, 切换器确实没有问题, 问题出在视频服务器输出的HDSDI信号上, 难道是因为视频服务器解码输出的信号不同步造成的?调整同步后, 通过示波器观察, 主备视频服务器的输出信号完全同步的情况下, 切换爆音问题仍然没有解决, 看来, 切换爆音和信号同步无关。
很快我们又发现不仅在切换器上对主备视频服务器的输出信号切换时会产生爆音, 即使在同一个视频服务器上按照顺序播出两条素材时, 在素材进行切换时也会产生爆音, 只是不如切换器切换时明显。这让我们更加确定了爆音的产生和不同服务器输出信号间同步无关的结论。
经过我方工程师与杜比工程师联合多次测试、观察, 发现磁带从录像机上载到视频服务器, 再经视频服务器解码后的HDSDI信号确实有问题。正是由于HDSDI信号中杜比E音频嵌入有问题, 导致切换时爆音的产生。
3 杜比E音频的原理和特征
众所周知, 杜比E是一种传送音频和元数据的专业数字音频编码格式。杜比E信号是一种压缩的音频数据流信号, 但是被设计成可以在标准的数字接口比如AES3或者SDI中传输, 能够在两声道PCM空间内携载8声道高质量的PCM音频。而且, 它与标准的视频帧同步, 可以在编码状态下编辑, 并完全兼容现有的硬件与系统。
在广播系统中, 我们可以将数字音频嵌入SDI信号中。和普通的PCM音频一样, 杜比E音频也可以由SDI信号来携载。为了实现SDI信号携载杜比E音频, 杜比E音频首先需要按照AES3格式打包, 这是通过把杜比E信息映射到AES帧的音频采样字比特中来实现的, 两个音频通道都被利用了起来。在每一个AES3的子帧中, 信息可以打包成16, 20或者24比特。然后再将AES3流按照SMPTE272M定义嵌入到SDI信号。
杜比E信息被设计成与伴随的视频信号同步, 并且编码器生成杜比E比特流也是采用这种同步方式。每个杜比E的帧包含的音频信息伴随着一帧视频信号。也就是说, 杜比E的一帧时长在25Hz的制式时为40ms, 在29.97Hz的制式时为33ms。每一次杜比E的编码或者解码都会有一个视频帧的延迟。
杜比E音频帧与视频帧的关系如图3所示。
从图3可以看出, 每个视频帧的长度大于每个杜比E音频帧的长度, 剩余空间称之为“保护带”, 这是杜比E音频的一个重要特性。在“保护带”这块区域是没有杜比E音频数据的。相对于视频帧, 杜比E音频帧的起始位置也是有一定要求的, 否则, 保护带就会错位, 在进行编辑时不能起到保护音频数据不被破坏的作用。
从图4中也可以看到杜比E的音频帧与视频帧保持着严格的同步关系。图5更能具体地看到对于一个视频帧而言, 杜比E音频帧的具体位置。
根据杜比公司提供的数据, 保护带的长度为视频帧长度的5%, 以PAL制为例, 一帧视频帧的长度为625行, 则保
护带的长度为31.25行, 即32行。
对于SDI信号的音频嵌入, 标准中规定第6行、第319行不嵌入音频数据, 专门用于SDI的切换区, 第7行、第320行空一行, 不插入音频数据。所以, 杜比E音频嵌入时, 也要遵循这一规定, 如果在切换区放入杜比E音频编码数据, 切换时, 就会破坏杜比E音频, 从而导致音频解码无法正确完成, 产生“爆音”。从图5中可以看出, 杜比E音频的“保护带”包含了视频切换行, 专门用于切换和编辑使用。这样的设计就可以保证杜比E的信号在被切换或重新分配时不会损坏有用的音频数据。
通过以上分析, 杜比E的音频帧的起始位置不能小于7 (切换行是第6行) , 而大于35行可能会导致杜比E的音频帧结束点落在第6行切换行附近及以后, 所以杜比E的音频帧的起始位置要求控制在7到35行, 能够保证信号切换时不会破坏杜比E音频数据。
4 测试分析
了解了杜比E音频的这些特点, 我们猜想一定是切换信号时破坏了杜比E音频数据, 使得解码无法正确完成, 从而导致爆音现象。因此我们有针对性的对相关环节的HDSDI信号进行了测试, 主要测试杜比E音频嵌入的起始位置。测试仪器采用杜比测试仪DM-100, DM-100需要一个同步信号, 我们使用系统统一的模拟黑场同步信号 (625i50) 。以下测试数据都基于此仪器的读数 (注意同步参考信号为625i50模拟黑场信号) 。如果使用泰克WFM测量仪查看HDSDI信号, 行位置有所不同, 换算关系为:
举例来说, 如果用上述DM-100测试, 杜比E音频起始位置为第11行, 则说明在HDSDI信号的第20行开始嵌入杜比E数据, 在泰克仪器上可以清楚看到第20行的相关数据。
实际测试线路如图6所示, 两个测试点:录像机输出的嵌入音频的HDSDI信号和视频服务器输出的嵌入音频的HDSDI信号。
DM-100测试结果:录像机输出的嵌入音频的HDSDI信号中杜比E的音频的起始位置为11行, 属于正常范围, 而视频服务器输出的嵌入音频的HDSDI信号中杜比E的音频的起始位置为313行, 严重超出正常范围, 势必造成杜比E音频保护带严重错位。多次测试结果基本相同。
将几个杜比E音频起始位置在正常范围的HDSDI信号输出到切换器进行切换, 无爆音现象发生。将几个杜比E音频起始位置在300多行的HDSDI信号输出到切换器进行切换, 都有爆音现象发生, 这是因为切换区域有杜比音频数据, 切换时, 杜比音频数据被破坏导致。这也能解释在同一个视频服务器中按照顺序播出两条素材时, 在素材切换点产生爆音的现象。
5 问题根源及解决方案的HDSDI信号输出到切换器进行切换, 无爆音现象发生。将几个杜比E音频起始位置在300多行的HDSDI信号输出到切换器进行切换, 都有爆音现象发生, 这是因为切换区域有杜比音频数据, 切换时, 杜比音频数据被破坏导致。这也能解释在同一个视频服务器中按照顺序播出两条素材时, 在素材切换点产生爆音的现象。
通过以上测试和分析, 我们找到了问题的原因, 但是究竟为什么视频服务器输出的HDSDI信号中嵌入的杜比E音频起始位置 (300多行) 严重超出理想范围呢?
研究了编码器和视频服务器两个设备的参数设置和使用要求后, 我们确定是编码器TANDBERG E5782与Omneon视频服务器配合工作上有问题。两个厂商的设备在工作模式上有不匹配之处。
我们发现, TANDBERG E5782音频设置中有这样两个参数, Coding Standard (编码格式) 和Audio Alignment (音频对齐) 。当时, 杜比E音频有问题时的编码器的设置如下:
Coding Standard (编码格式) :linear PCM (线性PCM)
Audio Alignment (音频对齐) :Aligned to PES Header (按照PES头对齐)
在此方式下, 编码器对20bit和16bit Dolby E音频都支持, 但是视频服务器采集的素材解码输出的嵌入音频的HDSDI信号中杜比音频起始位置不对, 达到300多行, 导致切换时有爆音。这样的参数设置显然是有问题的, 对杜比E音频来说, Coding Standard (编码格式) 不应该是linear PCM (线性PCM) , 而应该是Dolby E Pass-Thru (杜比E直通) 。
我们将参数重新设置如下:
Coding Standard (编码格式) :Dolby E Pass-Thru (杜比E直通)
Audio Alignment (音频对齐) :unaligned (不对齐)
在这样的设置下, 编码器对20bit和16bit Dolby E音频也都支持。这样的设置也是我们2006年建设的旧的高清播出系统中上载编码器的设置, 系统运行两年都没有任何问题。但是Omneon视频服务器不支持Audio Alignment (音频对齐) 参数为unaligned (不对齐) 的方式, 这种方式下, 两个设备无法配合工作。
经与Omneon工程师确认, Omneon视频服务器要求编码器必须采用的音频方式是:
Coding Standard (编码格式) :Dolby E Pass-Thru (杜比E直通)
Audio Alignment (音频对齐) :Aligned to PES Header (按照PES头对齐)
但是经过测试, 我们发现, 在此方式下, TANDBERG E5782编码器支持20bit Dolby E音频, 但不支持16bit Dolby E音频。我们录像带上的节目如果采用20bit Dolby E音频, 则经过上载编码器和视频服务器后, 解码输出的HDSDI信号中杜比E音频的起始位置没有任何问题。但是我们大部分节目源采用的都是16bit Dolby E音频, 上载编码器总是报警, 不能正常工作, 所以此系统仍然无法使用。
多次协调后, 两个厂商的设备仍然不能很好地相互配合使用, 后来, 我们将上载编码器更换为Omneon编码模块, 即采用同一厂商设备, 问题彻底得到解决。
Tandberg和Omneon都是广电行业知名厂商, 他们的设备质量都是过得硬的, 是行业认可的, 我也非常认可。但从这件事, 我们得到一个教训:不同厂商的设备如果要紧密配合使用, 一定要在购买前进行全面详细的测试, 否则会发生意想不到的问题, 当然我们也从中学到很多杜比音频知识, 受益匪浅。如果没有这次经历, 我们对杜比E音频的了解只是口头上的, 对杜比E音频保护带的认识绝不会这么深刻。
6 结束语
发射台主备音频自动切换系统的设计 篇6
为实现发射台机房“无人值班、有人留守”，发射机房必须安装主备音频节目源自动切换系统，以确保在主用音频节目信号源故障无信号时，自动投入备用节目源，确保发射机正常播出。然而，音频信号是个随机信号，要想使用一种简单方法，来完成主备音频节目信号自动切换是一个比较困难的事情。目前，实现音频自动切换的设备比较多，多采用单片机和DSP等处理办法。在实践中，这些办法实现处理比较复杂，有时稳定性、可靠性不够，维护不方便；有的不适合发射台的具体情况。下面针对我台信号源相同的特点，介绍一种使用PLD巧妙实现发射台主备音频自动切换系统的设计方法，这种方法既稳定可靠，维护又方便，对于具有相同主备音频信号源的广播发射机房特别实用。
2 实现音频自动切换基本原理
音频节目主通道采用DPDT双刀双掷继电器实现。该设计方法关键是控制继电器切换电平的产生。下面从音频信号源取样开始分析。
音频节目源由节目信号和节目间隙组成，节目信号通过取样、整形和比较，可以把它和节目间隙区别开来，如图1所示。在图1中，1表示节目信号期，2表示节目间隙期。处理后，理想波形如图1所示的整形后方波波形，设低电平表示节目信号期，高电平表示节目间隙期。节目信号可以连续不断，时间有长有短，音乐节目则很长，语音节目短些；而节目间隙也有长有短，最长一般不超过20s。
发射台同一部发射机配有两路来自音频处理器的信号源，一路主用，一路为备用，且主备信号源相同。要实现主备信号源自动切换，工作步骤分以下四步：
(1）当主备信号均有，使用主用信号；
(2）当主用信号有，备用信号无时，使用主用信号；
(3）当主用通路设备故障造成主用信号中断时，而备用信号正常时，自动切换到备用信号；
(4）当主用信号再次来到时，自动切回到主用信号。
要实现上述音频自动切换功能，关键一点是要区分节目间隙及判断节目是否中断。只有节目中断了才能切换，否则，处理不好会造成主备信号的来回切换，带来切换噪声，影响广播收听效果。
要寻找一个参考信号，通过主用信号与参考信号的对比，来判断出主用节目是否中断，这是问题的关键。这个参考信号就是主备用信号的和（主备信号反相的和的反相），如图2所示。设DT1、DT2分别为主用、备用信号，则AND为主备信号的和。用CUPL语言可表示为：
该信号最大表示了两路信号的节目信号期。如果主用信号和它一样，表示节目正常，如果主用信号中断，备用信号正常，则主用信号DT1和AND信号有差别（差别来自于DT2的节目信号期），这个时候产生一个差别信号来，通过对差别信号的处理，使驱动继电器切换，那么自动切换功能就实现了。
这个差别信号通过DT1和AND的异或逻辑来产生。设该信号为NOADC，则：
NOADC=DT1$AND;
得到的NOADC信号如图2所示。图2中，周期1表示主备信号均正常的情况；周期2表示主用信号正常，备用信号无的情况；周期3为切换周期，是表示主用异常，备用信号正常的情况；周期4表示主备信号均异常情况。从NOADC信号可以看出，主备信号相同时，为低电平，不同时为高电平。如果用这个信号直接驱动继电器吸合显然会造成来回切换，必须使该信号在此器件保持高电平才能得到稳定的控制继电器的信号。为了实现方便，先对NOADC信号进行反相得到!NOADC信号，然后对反相的信号通过快速放电，慢充电的方法来解决，经过一个比较器后，就能得到稳定的控制继电器的驱动信号。
由于节目间隙最长到20s，为保证20s期间充电电压低于比较器的阀值电压，采用了12V电源，以方便满足调整时间的要求。通过上述分析，就可清晰了解信号的处理方法了。
3 实际中遇到和解决的问题
上述音频输入信号是理想波形，在实际工作中，DT1和DT2信号肯定在相位和宽度上不可能保持绝对一致。在DT1信号正常期间，如果AND信号和DT1信号有差异，则会输出尖峰脉冲，这个输出的脉冲达到一定宽度时会造成继电器误动作。为了解决这个问题。必须减少在DT1信号正常期间DT1与信号AND的差异。可以通过提高DT1信号的节目信号期、缩小它的节目间隙期来实现。AND信号主要表现的是DT1的信号。DT2信号主要是为了在切换期间使用，调整时，将DT2节目信号期调整得比DT1短，但又要求不影响完成切换的时间。从图3可以看出，DT2信号包含在DT1的信号中，这样AND信号就和DT1信号相同。得到的异或信号NOADC就不会有尖峰出现。
实现图3波形，可以通过对音频信号采样、整形和比较得到，因此，对上述电路设计也是一个关键。信号处理采用平衡放大器输入，然后增加一级可调放大，满足不同发射机信号电平的要求。我台甲机房设置ORBAN9300音频处理器模拟输出为10dBu，此时第二级放大为跟随器即可。这样，信号放大后，可以满足信号整形比较的要求。
放大后的音频信号经过半波整流，送入到比较器电路工作，比较器设置一个可调整的参考电平。通过调整阀值电平得到图3的实际工作波形。在实际工作中，主用和备用阀值电平在0.1V左右的差别比较合适。
这种设计可以保证在主用信号没有的时候，会很快切换到备用信号工作（严格地说在备用节目信号期到来后毫秒级，图2中AOC信号的T0时刻，电平下降到参考电平的时间）。当主用信号再次到来时，此时要对电容进行充电，T2-T1的时间即为切回主用的时间。这个时间可以通过调整时间常数中的R来满足节目间隙的要求。时间常数小时，切回主用信号的时间就短；但是在切换周期（T0～T1时间周期）可能因为DT2信号的节目间隙时间大于时间常数，而导致在切换周期来回切换，因此这个时间常数是一对矛盾。调整时要抓住主要矛盾，一般调整在8s左右。毕竟在T1～T2期间，切回主用时，备用信号突然没有是个小概率事件。
4 结束语
通过对主备音频信号的取样、处理和分析，找出信号节目间隙和主用节目故障时的不同点，这是解决问题的关键。信号处理部分的设计，采用一片可编程逻辑器件GAL22V10，方便修改内部逻辑。我们认为该设计方法巧妙，具有创新性，值得和广大广播战线的技术人员相互交流。
摘要：本文介绍了一种使用PLD实现发射台主备相同信号源的音频自动切换系统的设计, 重点介绍了实现主备音频自动切换的控制方法和实际工作中遇到和解决的问题。
关键词：发射台,主备音频自动切换,基本原理,问题,解决方案
参考文献
[1]清源计算机工作室编著.Protel99仿真与PLD设计.机械工业出版社, 2000年5月.
音频切换矩阵 篇7
在试验针对图像信号进行显控的过程中, 视频矩阵切换器的应用已经成为试验显控系统中的核心, 随着外部视频信号源的不断增加以及各级指挥岗位的需要, 以矩阵切换器为转折的信号切换尤为重要。矩阵切换器的功能是在多路信号输入的情况下, 可独立地根据需要选择一路或者多路信号进行输出, 完成信号的选择。为了满足不同场合的需求, 通常会使用多种不同的视频信号源和显示终端, 虽然这些视频信号源和显示终端也可能会同时具备复合视频、分量视频甚至数字视频的接口, 但目前普遍使用的还是复合视频矩阵。以复合视频格式输出的主要设备有摄像机、远程监视仪器、磁带录像机、DVD光碟机等, 视频矩阵在系统中介于视频源与显示或复用终端之间, 负责将不同的视频信号源按试验任务需求进行集中调控。设计一个视频矩阵的基本原则是根据信号源和显示终端数量的多少来决定矩阵的通道数, 按照输入、输出通道的不同, 常见的视频矩阵一般有8×2、8×4、8×8、16×4、16×8、16×16、32×8、32×16、32×32、64×16、64×32、64×64、128×128等。常规的理解是乘号前面的数字代表输入通道的数量, 乘号后面的数字代表输出通道的数量。不论矩阵的输入输出通道有多少, 它们的控制方法都大致相同:前面板按键控制, 分离式键盘控制, 以及第三方控 (串口数据) 。在试验显控系统中, 视频矩阵需要考虑的有下面几个技术指标。
1.1 视频信号的带宽
复合视频信号根据制式的不同, 信号的带宽也有一定的差异, 见表1。由于复合视频的传输带宽相对比较窄, 目前在系统设计中并不是一个主要的考虑因素, 但在设计时需要考虑整个系统传输的带宽瓶颈。专业的视频矩阵目前普遍都高达150MHz (-3dB, 满负载) 的带宽, 由于应用的要求不同, 大部分监控矩阵都不会提供带宽的参数, 偶然提供的标称带宽也比较含糊, 极有可能是内部某个芯片的带宽而已, 但因为视频矩阵的电子线路涉及大量的信号分配与切换, 这种矩阵的标称带宽会存在很多的瓶颈, 真正使用中会暴露许多带宽不够引发的问题。
1.2 满负载-3dB衰减点
如图1所示, 视频信号在理想效果内的传输带宽范围或传输距离称为-3dB点, 也称为1/2功率衰减点。在-3dB点范围内, 信号不会在处理或传输的过程中产生严重损失, 任何有信号输入输出的器材都会存在带宽的限制, 视频信号平坦的频率响应在-3dB点之前, 同时还要注意所选择的器材带宽是否在“满负载 (Fully Loaded) ”的状态测试。因为有很多品牌的标称参数是在“点对点”的状态下测试, 当系统在满负载下运行时, 传输带宽会大打折扣, 这种标称的参数就显得没有任何意义。表2归纳了不同衰减点对实际信号电平的对应值。
1.3 输入输出阻抗
输入输出阻抗是描述矩阵技术规格的重要参数之一, 它为信号的正确传输流程建立了基线。这个信号的流程维护了整个系统的动力转换。阻抗失配会造成电子信号的反射, 传送波与反射波相互干扰的结果使电压幅度形成驻波, 传输波与反射波电流的比值用VSWR (电压驻波比) 表示:阻抗匹配误差越大, VSWR的比值也越大, 器材或电缆造成的回波损耗 (Return Loss) 就越高。较低的阻抗失配可能不会明显作用与传输普通的复合视频信号, 但传输信号的频率越高, 造成的影响会越明显。
在视频系统中, 阻抗匹配是系统设计中需要严肃看待的问题。早期BNC类型的连接头同时存在50Ω和75Ω两种规格, 现在视频阻抗统一75Ω, 50Ω阻抗的电缆和连接头仅会应用于射频信号传输, 但由于50Ω阻抗的BNC接头制作成本较低, 目前仍有不少50Ω阻抗的BNC接头用在视频系统中。短距离的阻抗失配会影响图像的高频细节, 引起画面出现“鬼影现象”。
1.4 通道串扰
通道串扰是由二个或多个信号之间的相互干扰引起, 通常从一个毗连的通道把额外的信号加入有效的信号, 会引起画面出现“鬼影现象”。电磁辐射、容抗感应、屏蔽不良是引起通道串扰的主要原因。通道串扰常用表示单位也是dB, 而且绝对是负数, 这个数值越小, 通道隔离的效果越好, 信号串扰的相对作用更小。任何视频矩阵在不同频率下的通道串扰数据会有区别, 一般频率越高, 数值越大:比如某矩阵的通道串扰在10MHz时测试是-55dB, 在30 M H z时测试已经达到-45d B, 在100MHz时测试已经高达-37dB, 可见这个矩阵的通道串扰在传输100MHz信号时要比传输10MHz信号略高。
2 视频矩阵切换的原理
矩阵切换原理就是选择, 选择的方式有很多种:最简单的就是将信号线直接接在一起, 比如接线板, 利用人工将输出信号线跳接在输入信号线上也可完成选择, 或利用琴键开关完成接通与断开, 当然这是人工操作的, 机械的, 不存在指标等技术问题, 故不作为矩阵切换讨论;第二种方式, 利用继电器也可完成选择, 利用电平控制继电器的通断, 可完成输出线与输入信号之间的断开与联接, 也可完成信号的选择;第三种方式是根据电路原理, 利用芯片内部电路的导通与关闭进行接通与关断, 并可通过电平进行控制完成信号的选择。继电器方式与芯片方式各有优缺点。继电器方式:如果不考虑输入匹配与输出驱动的电路部分的话, 它与联线方式一致, 是靠物理接触进行接通与断开, 从这个角度上讲, 是没有什么指标概念的 (最多有接触电阻和反应时间) ;其缺点在于稳定性较差, 毕竟是靠物理接触;继电器有一定寿命, 原则上讲, 有8万次平均无故障操作且操作时有声响, 由于线路板走线原因, 不能做的规模较大。芯片方式:由于靠电路进行接通与关断, 芯片本身存在技术指标 (在输入匹配与输出驱动一样的情况下) , 因此要保障技术指标, 就要选择专用的切换芯片, 稳定性好, 可形成的矩阵规模较大。在试验显控系统中, 由于信息源种类繁多且通道数量大, 因此要选择芯片方式的切换原理, 但该切换原理需要相应的技术指标作为保障。
(1) 随机信噪比
信号通过任何设备, 都会因为引入“噪声”而使质量变差, 信噪比就是指信号与所产生的噪声的比, 该值越大, 表示引入噪声越小, 视频信号 (6MHZ以内) 信噪比要求至少达到65dB。
(2) 幅频特性
信号通过设备时, 各种频率的信号会有不同的衰减, 一般是频率越高, 衰减越大, 对视频信号而言, 一般不用带宽的概念 (衰减3dB时的频率) , 而是采用在6MHZ的频谱内 (视频信号的频谱都在6MHZ以内) 最大的衰减量, 标准要求不超过0.2dB。
(3) 路间串扰
多路信号在同一设备中, 由于空间的辐射与电源的波动, 彼此之间会形成干扰, 称为串扰。串扰不能大于-55dB。
3 视频矩阵切换器的选择
在试验显控系统中, 应选用广播级产品, 并将视频信号、VGA信号、数字信号看成三种不同的媒体。在设计方案时, 根据信号源的数量比较容易确定矩阵的输入数量, 但要考虑好独立的输出通道个数, 这是根据系统的操作模式而定, 有时可能有几台显示设备之间仅有分配关系 (彼此永远一致, 不独立) 那么就可考虑占用一个输出口再加分配器, 如果这些设备有可能是独立的, 那么还是各占一个独立的输出口好一些。
在很多情况下, 输入和输出数量很大, 如果采用大型矩阵, 造价会较高 (矩阵是越大越难作、成本也越高) 可以考虑是否能够分组使用, 例如在监控时, 可以让显示墙中某些显示设备只显示某一通道的信号, 而其它设备各自显示其它特定通道的信号, 那么就可将大规模矩阵折分成小规模的矩阵 (如将128×64折分成4台32×16) , 如果各通道之间有可能需要互传信号, 也可采用图2中的结构。
这样可使矩阵2的输出中包含矩阵1的部分输入信号, 效果虽没有全矩阵结构好, 但成本会下降。
4 结束语
在可视化的进程中, 视频信息得到了广泛的应用, 它们通过矩阵切换技术的选择和调控, 以满足试验指挥时各种共享信息和综合信息的需求, 完成视频信息的实时性、选择性和精确性。然而, 系统越庞大, 操作越是复杂。该技术将会不断充实更先进的功能, 在试验指挥控制中心将基于数字化切换技术、人工智能化技术基础上, 只需要点击触摸屏, 就可以操控一切, 充分提高整个系统的应急和指挥能力。
摘要：在显示与控制系统信息化、可视化的过程中, 视频图像信息的要求日益增加, 外部视频信号源的输入以及各个岗位的图像信号输出, 都以矩阵切换器为转折, 因此视频矩阵切换尤为重要。本文通过对视频矩阵的技术、原理及切换器的选择进行探讨, 进而达到能够对图像信号的选切准确可靠。
关键词：视频,矩阵切换,显控系统
参考文献
[1]雷雨权.多媒体电视监控与报警系统.国防工业出版社, 2004.第2章7节.
[2]翁志清, 陈伟平.数字电视制播系统.上海大学出版社, 2009.第7章3节.
