传输音频信号（精选十篇）
传输音频信号 篇1
自电子线路实现混沌同步以来,混沌加密便成为信息安全和混沌应用中最热的研究领域[1,2,3,4,5]。目前混沌加密主要有两种方式:一种是利用混沌同步来进行加密,主要用混沌电路对模拟信号进行加密;另一种是非同步的方式,主要利用混沌系统的数值仿真或迭代产生的伪随机序列对数字信号进行加密。这两种方式都有各自的优缺点:前者的混沌信号随机性好,有无穷长周期,但加密时需要额外传送混沌同步信号,所以很少用在数字信号的加密上;后者易于数字器件实现,但所得的密钥序列具有周期性,容易受到攻击。
混沌映射的Dead-Beat同步法指出,对于一个m维离散混沌系统而言,只需m步就可达到完全同步;混沌同步在一定程度上具有自保持性。受此启发,在有微小干扰的信道里,我们可以通过间断地发送少量的同步信号来实现一定误差范围内的混沌近似同步。基于这种思想,本文将混沌加了密的音频信号的冗余信息替换成加了密的混沌同步信号,从而把这两种加密方式有效的结合起来,取长补短,提出一种用于数字音频混沌加密的新方案。由于加了密的音频信号和混沌同步信号都具有随机性,所以最终加密信号也具有随机性。密钥序列如果与同步信号的有效数字高位部分有关,那么近似的同步就可以恢复出密钥序列,实现解密。最后将丢弃的冗余音频信号恢复出来,得到解密音频。本文以一类二维超混沌映射为例,通过数值仿真,说明该方案的有效性。
2 加密方案
2.1 加密方案
整个加密系统的原理如图1所示。加密时,对混沌系统引入随机微扰εn,破坏由有限字长所造成的数值迭代的周期性,从而使混沌系统的状态变量xn具有更高的随机性。首先,分析音频序列{sn},找出冗余信息的位置。然后,对于冗余的位置,将同步信号yn以加密算法R进行加密,得到加密的同步信号{rn};对于非冗余的音频信息,用xn以算法K生成密钥序列{kn},并利用该序列以加密算法C对这些音频加密,得到加密的音频{cn}。{rn}和{cn}直接合并即为最终的加密音频{Sn}。解密过程刚好相反,对于接收到的音频序列{S′n},首先要从中区分出混沌同步信息和音频信息,对于加了密的同步信息{r′n},以R的逆运算解密出{y′n},代入混沌近似同步系统以达到并保持近似混沌同步;对于加了密的音频信息{c′n},可以先用同步状态变量x′n以方式K产生解密序列{k′n},然后以C的逆运算进行解密,得到非冗余的解密音频,最后将丢弃的冗余音频信息恢复,便可得到完整的解密音频信息。
从上述的加密和解密过程可以看出,该方案密钥除了可来自混沌系统的参数之外,还可以来自加密过程K,C和R,所以本方法拥有广阔的密钥空间。另外,C和R还可以采用现有的数字加密算法。每一个环节在解密时都必须正确无误,所以本方案具有很强的抗破解能力。
本加密方案中,有三个关键问题需要解决:
(1) 采用何种混沌同步方法,使在传输尽可能少的同步信号的情况下,得到更小误差范围内的近似同步;
(2) 如何确定冗余信息的位置,从而在保证能够实现混沌近似同步的情况下,尽可能缩小恢复音频与原始音频之间的差别;
(3) 如何从{S′n}中区分出同步信号来。这三个问题直接决定了通信的质量。
下面以二维超混沌映射为例来进行详细说明。
2.2 一类二维超混沌映射的近似同步
现在,以一类二维超混沌映射的某组参数为例来进行讨论。该类超混沌系统方程为[6]:
undefined
其中xn=[xn,1xn,2]T∈R2是状态变量,yn是标量输出,g:R2→R是非线型函数,A∈R2×2,b,c,K∈R2为参数。表1为一些超混沌参数和系统的Lyapunov指数[6]。
根据Dead-Beat同步方法[7],它的同步系统为:
undefined
则其同步误差undefined,有en+1=(A-bKT)en,显然,若undefined满秩,A-bKT的所有特征值可以通过K任意配置。即存在一个K使A-bKT的所有特征值都为0,经n步迭代,e(k)=0,达到完全同步。
在本加密方案中,对式(1)引入随机微扰:
undefined
同步系统为:
undefined
如果εn充分小,有同步信号时,经l1步达到误差接近undefined的近似同步;没有同步信号时,经l2步这个误差会慢慢放大至恢复密钥序列所容许的误差范围的边界附近。对于这类二维超混沌系统而言,l1约为2或3,而l2远大于l1。这样一来,只要每间隔不超过l2步,发送3步混沌同步信号就能准确恢复密钥序列实现解密。
2.3 音频样点是否冗余的自适应判别方法
若相邻三样点sn,sn+1,sn+2冗余,则取其前后各2个样点组成四个采样点,用三次多项式插值恢复出的三个样点信息为:
undefined
定义误差距离为:
undefined
判别相邻的三个样点是否为可替换成同步信号的冗余音频,其自适应算法如下:
(1) 信号开头的三个样点可直接替换成同步信号;
(2) 计算dn+l2/2+3～dn+l2+3,找到其最小值di。令n=i,sn,sn+1,sn+2为冗余音频样点,可替换成混沌同步信息。重复该步直到音频信号结束。
2.4 同步信号的自动判别算法
在解密时,首先要从接收到的加密信号S′n中分离出混沌同步信号,并进行混沌同步。其算法如下:
(1) 令混沌同步标志T=0。
(2) 若信号结束,算法完成。若信号没有结束,假设S′n,S′n+1,S′n+2是混沌同步信号,令yn=R-1(S′n),将yn和yn+1代入式(4)进行同步,算出undefinedn+2。
undefined,说明假设不成立,令n=n+1,返回(2),否则进入(4)。
(4) 若T=0,令yn+2也为同步信号,代入式(4)迭代一步,然后在没有同步信号的情况下迭代l2次,将得到输出序列undefinedn+l2/2+3,…,undefinedn+l2+2,undefinedn+l2+3,与序列yn+l2/2+3,…,yn+l2+2,yn+l2+3逐个比较。如果存在三个相邻元素的误差平方和小于δ2,则假设成立,令T=1、n=n+l2/2+3,返回(2);否则,假设不成立,令n=n+1,返回(2)。
若T=1,令yn,yn+1,yn+1为非同步信号,用式(4)计算出undefinedn,undefinedn+1,undefinedn+1,若误差平方和小于δ2,则假设成立,令T=1,n=n+l2/2+3,返回(2)。
3 数值仿真结果
数值仿真时,我们对一段长105,22 050 Hz抽样率、16 b音频进行加密,其波形如图2所示。混沌系统选取表1的第一组参数,方便起见,随机微小扰动取εn=10-8sn。令K=[-1/13;-339/286]T,则A-bKT所有特征值为零,数值仿真表明,l2约为16。取undefined。将150 (xn+[1.2,0.5]T)的整数部分后8位,即两行二进制数按列[1,2,3,4,5,6,7]的顺序组合起来构成16位二进制数kn=K(xn)。C取加密算法:
undefined
则其逆运算(解密运算)为:
undefined
加密仿真的结果如图2所示,从加密后的音频样点S分布和S的功率谱密度可以看出,加密后的信号具有良好的随机性;解密时,混沌同步误差e始终保持在10-3以内,解密音频s′与原始音频波形一致。整个加密方案对音频所引入的误差功率比为:
undefined
说明该加密方案尽管额外传输了混沌同步信号,但是几乎没有改变原始音频信号。
4 结 语
本文利用混沌映射的近似同步,提出了一种基于混沌同步信号自适应传输的数字音频加密方案,并以二维超混沌映射为例,通过数值仿真,说明其有效性。该方案巧妙地利用了语音信号的冗余信息,实现了混沌同步信息的传输,从而把传统的两种混沌加密方式(混沌同步模拟加密和非同步数值加密)结合起来。不但有效地解决了同步信号的传输问题,而且消除了密钥序列的周期性。这种加密思路是一种新的尝试,对将来混沌加密的研究有参考价值。由于本方案可采用离散混沌系统较多,有较强的实际应用价值,可应用于语音加密存储、网络会议和VoIP等领域。
摘要：利用混沌同步进行加密是当前信息安全的一个热门研究领域,它不但具有良好的实时性,而且可以有效地避免混沌密钥序列的周期性,其主要难题是如何传输混沌同步信号。提出一种数字音频的混沌加密方案,通过把音频信号的冗余信息自适应地替换成混沌同步信息,从而有效地解决了混沌同步信号的传输问题,并在解密时获得容许误差范围内的混沌同步,进而恢复出密钥序列进行解密,最后将丢失的冗余音频恢复得到最终解密音频。最后以二维超混沌映射为例,通过数值仿真说明该方案的有效性。
关键词：音频信号,加密,混沌同步,超混沌
参考文献
[1]Kocarev L.Chaos-based Cryptography-a Brief Overview[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems,2001,1(3):6-21.
[2]Zhang Y,Dai M.Hyperchaotic Synchronization Scheme forDigital Speech Communicaition[J].Electronics Letters,1999,35(24):2 087-2 089.
[3]邓浩,华一满.混沌伪随机序列和数字语音保密通信[J].通信学报,1999,20(4):29-35.
[4]Li K,Soh Y C,Zhang C.A Frequency Aliasing Approach toChaos-based Cryptosystems[J].IEEE Transactions on Cir-cuits and Systems I,2004,51(12):2 470-2 475.
[5]韦鹏程,张伟杨,华千.一种基于H啨non映射和m-序列的混沌序列密码算法研究[J].计算机科学,2005,32(6):69-72.
[6]彭飞,丘水生,龙敏.基于二维超混沌映射的单向Hash函数构造[J].物理学报,2005,54(10):4 562-4 568.
传输音频信号 篇2
LabVIEW声卡数据采集信号分析音频信号虚拟仪器
摘要:虚拟仪器是20世纪80年代兴起的一项新技术，是现代仪器仪表发展的重要方向，在建模仿真、设计规划和教育训练等方面都有应用目前NI公司所提供数据采集设备性能好，但是价格昂贵，构建信号分析系统成本偏高计算机声卡具备数据传输和AD转换功能，作为数据采集卡具有价格低廉、开发容易和系统灵活等优点 基于上述分析，本文用计算机声卡代替普通采集卡作为硬件，在LabVIEw平台上设计了一个信号分析系统，并在信号分析实验中进行了应用主要贡献为下述几点 1提出了采用声卡作为数据采集设备构建虚拟音频信号分析系统并应用于实验教学的设想通过高校实验室现状的调研和对声卡性能的分析，分析了由声卡组建可以用于实验教学的信号分析系统的必要性和可行性 2构建了基于LabVIEw的音频信号采集分析系统，具有信号采集、分析、波形显示、存储以及数据文件再调用分析等功能分析、解决了设计及实现过程中出现的问题 3对提出的设计方法进行了大量的仿真实验，通过实验结果证明了系统设计的合理性和可行性 所生成的采集软件交互性好、操作方便，并且可以根据用户的需求进行功能扩充，为低成本下构建数据采集系统提供了一种思路，可以应用到语音识别、环境噪声监测和实验室测量等多种领域，应用前景广阔
标题:LabVIEW声卡数据采集信号分析音频信号虚拟仪器
传输音频信号 篇3
摘要：个人移动设备中的音频系统能够将多种功能集成为一体，不过由于选择众多，满足这些需求比较困难。一种有效的解决方案是使用音频子系统，该子系统可以使系统便捷五连并且提供出色的音频性能。性能改善的主要领域是扬声器的输出功率、电源抑制和高动态范围编解码器。
关键词：混合信号；音频；子系统；便携式；路由
引言
功能手机、智能手机、PDA以及其它许多手机派生产品正在取代许多便携式电子设备的地位。这种功能融合，在减少消费者携带设备数量的同时，扩大对系统的音频要求，并增加了设计人员解决音频难题的负担。
随着音频需求的增加，系统设计人员可以选择使用分立音频功能模块的方法。然而，在混合信号系统中采用这种方法是多线作战。在数字领域，提供多种采样率、格式和数字式电平会使复杂性呈指数级增长。在模拟领域，信号偏置于不同的电平水准，同时需要混合和切换、放大和衰减，且容易拾取噪音。事实上，目前便携式媒体设备具有10～20条不同的音频信号路径非常普遍。在这种迷宫中找到一条道路是一项艰巨的任务。混合信号子系统通过集成多种有效要素，帮助解决这类问题。
信号路由
混合信号子系统的最显著的特点是它能够将许多信号路由到多个地方。凭借使用路由信号，便携式媒体设备或手机能够执行许多任务。混合信号音频子系统的示例如图1所示。
例如，考虑一个同时具备手机和数字音频播放器功能的系统。来自手机基带的脉冲编码调制(PCM)数字信号需要连接到数模转换器(DAC)，继而连接到耳机放大器供耳机使用。同一耳机放大器也适用于数字音频播放器，这是一个I2s数据流，通过DAC播放然后连接到耳机。具有双数字音频端口的混合信号子系统可以轻松完成此任务。
具备多路复用能力的混合信号音频子系统的男一个优点是能够处理模拟FM收音机信号。虽然调频收音机信号电平通常是受到控制的，但它们常常超出规格。这些超出规格的电平通常比预期大得多，这可能会导致扬声器损坏。混合信号音频子系统可以将FM信号数字化。使用DsP从而提供自动电平控制(ALC)和均衡，然后转换回模拟信号以便放大给扬声器或耳机。此外，混合信号子系统可以将数字化的信号传递给基带处理器，以便进行更多DSP处理。
除了音频路由和处理之外，混合信号子系统还可以混合多个音频流。通过将来自麦克风的信号混合到耳机中，由此产生侧音。同样，可以在听音乐的同时播放铃声，而无需使音乐静音。
拥有两个数字音频端口可以使混合信号音频予系统成为在系统内连接数字音频的强大工具。例如，I2s数字音频流可转换为PCM并发送到基带。或者，可以使用相同方法将48kHz的I2S接口数据流转换为44.1kHz信号。
受益于双数字音频端口和采样率转换的一种应用是蓝牙桥。混合信号音频子系统提供从蓝牙收发器到基带的连接桥。如果需要，可以执行采样率转换，以及数字均衡。这种连接的示例如图2所示。
通过混合信号音频子系统连接到蓝牙收发器使许多案例成为可能。显然，电话机能够处理双向语音。蓝牙收到的音频信号能够发送到扬声器或耳机中。FM收音机信号在混合信号子系统中进行数字化并发送到蓝牙耳机。基带处理器可以将来自闪存的数字音频通过混合信号子系统发送到耳机或放大器，如具有蓝牙功能且能够帮助实现汽车中立体声效果的扩充口或耳机。
D类输出功率
D类扬声器放大器凭借其高效率正在成为智能手机和多功能手机的业界标准。D类放大器的优势在于输出功率。高输出功率的D类放大器能够实现手机扬声器达到响亮清晰的水准。在环境噪音较大的区域(如火车站和机场)，通常需要迅速分辨铃声。
功能手机或智能手机也常常用于媒体资源共享。比如，与朋友分享一首歌或与同事共享信息。
混合信号音频子系统拥有高功率的D类放大器。例如，LM49352通常可用4.2v信号将970mW传递到8负载，总谐波失真及噪音(THD+N)仅为1％。这样出众的输出功率确保在较高的音量水平下清晰传递消息。
一项最新应用在手机中的功能是微型投影仪。微型投影仪在高输出功率标准下，可以实现与一群人共享视频。
PSRR
移动电话凭借开关模式电源(SMPS)高效提供多种电源电压。除了SMPS电源产出高频噪音之外，手机本身也会借助KF功率放大器(PA)循环供电。这种PA循环频率发生在音频频带中，通常为217Hz。
所有这些噪音源会降低手机的音频质量，有时会非常严重。混合信号音频子系统中一个最主要的特性是对这些噪音具有高抵抗力。混合信号音频子系统的电源抑制比(PSRR)可达90dB或更高，最大限度地减少了这些来源导致的任何噪音。例如，混合信号音频子系统LM49350的耳机放大器的PsRR测试结果表明，该器件在217Hz时的PSRR为95dB，且在较高频率区域的保持高音频质量。
高PsRR对系统具有巨大的价值。混合信号音频子系统的模拟电源可以直接连接到电池，源自SMPS的数字电源可用于产生其它数字核心电压。由于混合信号音频子系统本身能抑制噪音，因此不需要额外的低压降稳压器(LDO)或被动式滤波器来消除噪音。
单独的耳机电源
几乎所有便携式媒体设备具有的通用功能是其立体声耳机连接。与耳机的连接一般采用标准的3.5mm插孔、专用连接器或迷你USB接口的变形。在所有这些情况下，耳机阻抗通常约为32。一个充电泵产生负电压的真正接地的耳机放大器，只需施加1v电压到32负载，即可提供16mW的功率。对大多数用户来说，16mW"已非常响亮，所以实际所需的电压要低得多。
因为耳机放大器是AB类，所以单独及较低电源电压的耳机需要具备显著的功率优势。在图3中，两条曲线显示具有AB类输出的单通道理想放大器。只需将耳机电源从3.3V降低到1.8V，即可节省能耗45％。虽然D类放大器在理论上将节省更多能源，但它需要体积较大且比较昂贵的LC输出滤波器。而且，未知的耳机线长度和负载阻抗也会使滤波器的设计变得非常困难。
高SNR数据转换器
高性能的数据转换器是使几何处理技术水平日益下降的一个因素。遗憾的是，手机中的基带Ic凭借先进的处理技术，可以在最小尺寸和最低功耗水平下提供较高的性能。虽然它实现了这些优点，但是在基带DAC和ADC中维持较高的信噪比(sNK)变得越来越难。
手机的多功能融合加剧了这种性能的下降。如果它们只是用作手机，就没有太大的问题。然而，对许多人来说，手机也是他们的便携式音乐播放器。这使信噪比要求特别是在使用高品质耳机的时候，从电信质量提高到高保真。
有人可能会提出异议。认为SNR超过90dB将造成浪费，但实际上这是不正确的。的确，绝大多数音频便携式媒体设备起源于CD音质(44.1kHz采样，16位分辨率)，且使用MP3之类的算法压缩至更低的分辨率和保真度。然而，对于正常听力水平，大多数耳机对2nlw左右的功率具有足够的灵敏度。针对SNR设定的标准是40row或更高的满载输出，因此设计人员只损失了大约26dB SNR。
由数模转换移出基带的另外一个优点是可以让DAC更贴近负载。与模拟信号相比，数字信号具有更高的抗噪能力。混合信号子系统消除了从基带DAC到外部放大器的布线，从而消除了这种噪音来源。
结语
LED可见光音频信号传输系统设计 篇4
LED具有高亮度、低功耗、灵敏度高、调制特点好等优点, 利用这些特性可以实现在照明的同时, 把信号调制到LED光中进行传输。实现利用可见光为信息载体, 不使用光纤等有线传输介质, 在空气中直接传送光信号的通信方式, 即可见光通信技术 (Visible Light Communication, VLC)
利用LED高速调试的特性将音频信号调制到LED可见光上进行信息传输, 这传输方式减少了电磁辐射对环境的影响, 适合对电磁信号敏感的区域使用。在当前节能和环保两大主题的前提下, 随着世界各国对白光照明光源的大力推广, 以及其光谱特性、一特性、调制特性等性能的提高, 基于白光可见光通信正在逐渐发展起来。
1 系统设计
系统整体由发射端和接收端两部分组成, 发射端由MP3 或音频信号发生器输入音频信号, 通过三极管放大电路将音频信号放大, 并驱动LED发光。接收端将光信号转化为电信经放大电路放大, 再由功率放大器进行功率放大, 从扬声器输出。系统框图如图1 所示。
2 电路设计
(1) 电源设计。电源输入电压为220V工频交流电, 三端稳压器采用电子设备中常用的线性稳压集成电路LM7812 和LM7912。电路如图2所示, 电路图中LM7812 和LM7912 接有一大一小两个滤波电容, 大电容低频滤波, 小电容高频滤波。跨接于LM7812 和LM7912 输入输出端的二极管D4、D5 可以保护三端稳压器不被反向浪涌电流的冲击而烧毁。
(2) 发射端设计。发射端电路如图3 所示, 当音频信号由A、B端输入, 经耦合电容C1 的隔直作用后会在三极管的基极加上一组和音频信号一样变化的电流, 在由三极管的放大作用, 驱动两个LED。因LED的发光强度与电流的大小成正比, 所以LED的发光强度与音频信号的幅度大小同步调制, 实现音频信号的发射。
(3) 接收端设计。接收端电路如图4 所示, 由光敏二极管和UA741组成的光电转换电路和音频频放大电路成。
光敏二极管与半导体二极管结构类似, 管芯是一个具有光敏特征的PN结, 工作时需加反向电压。无光源时, 光敏二极管截止, 有很小的饱和反向漏电流, 即暗电流。有光照时, 饱和反向漏电流随光照强度的增大而增大, 形成光电流。PN结受到光线照射时, 在PN结中产生使少数载流子密度增加的电子-空穴对。在反向电压的作用下载流子发生漂移, 使反向电流变大。因此, 可以利用光照强弱来改变电路中的电流, 从而实现光电信号的换。由光敏二极管接收到的信号, 经两个UA741 组成的放大电路放大后再入音频放大电路。音频放大电路采用LM386 外接原件最少的用法, 由于引脚的1 和8 开路, 集成运放的电压增益为26d B, 即电压放大倍数为20, 利用变阻器R10 可以调节音量大小。
3 结束语
经测试利用LED构建的音频信号传输系统实现了音频信号在可见光上的可靠传输。LED光源无肉眼可见的闪烁, 其通信距离在0.5m范围内, 传输角度30°左右, 音频信号清晰无失真, 并且不受自然光和室内荧光灯的影响。
参考文献
[1]朱涛.基于可见光LED的无线语音通信系统的设计[J].咸宁学院学报, 2012, 6:33-36.
[2]梁烈勇.短距离LED可见光音频传输系统设计[J].电子技术应用, 2012, 9:18-20.
[3]沈年凤, 张洪明, 姚敏玉.基于无线可见光通信的双向语音对讲系统[J].光电子.激光, 2014, 10:1900-1905.
[4]江晓明, 朱孝勇, 刘涛, 等.LED室内可见光语音通信系统设计及实现[J].激光技术, 2014, 6:807-812.
[5]刘慧芳, 王巍, 惠昭, 等.LED可见光语音信息通告系统设计[A].中国高科技产业化研究会信号处理专家委员会.第六届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C].中国高科技产业化研究会信号处理专家委员会, 2012:4.
[6]张晨亮, 苏学军, 王文, 等.基于白光LED的可见光通信系统研究[J].光通信技术, 2015, 5:44-46.
[7]苏长赞.电视伴音红外线转发与接收器[J].电子世界, 1995, 3:20-21.
[8]旷亚和.基于LED的无线数据传输技术研究与设计实现[D].大连海事大学, 2014.
视频信号传输技术要求及方案 篇5
视频监控系统－－视频信号传输方案选择
监控系统中，视频信号的传输是整个系统非常重要的一环，也是广大工程商挺挠头的一件事，随着工程中监控设备价格的透明性和工程商竞争的加剧，信号传输部分的费用越来越受到大家的重视。目前，在监控系统中最常用的传输介质是同轴电缆、双绞线、光纤等方式，对于不同场合、不同的传输距离，怎样能保证传输质量、降低费用？
一、同轴电缆传输
（一）通过同轴电缆传输视频基带信号
视频基带信号也就是通常讲的视频信号，它的带宽是0-6MHZ，一般来讲，信号频率越高，衰减越大，一般设计时只需考虑保证高频信号的幅度就能满足系统的要求，视频信号在5.8MHZ的衰减如下：SYV75-3－96编国标视频电缆衰减30dB/1000米, SYV75-5－96编国标视频电缆衰减19dB/1000米,，SYV75-7－96编国标视频电缆衰减13dB/1000米；如对图象质量要求很高，在周围无干扰的情况下，75-3电缆只能传输100米，75-5传输160米，75-7传输230米；实际应用中，存在一些不确定的因素，如选择的摄像机不同、周围环境的干扰等，一般来讲，75-3电缆可以传输 150米、75-5可以传输300米、75-7可以传输500米；对于传输更远距离，可以采用视频放大器（视频恢复器）等设备，对信号进行放大和补偿，可以传输2-3公里；另外，通过一根同轴电缆还可以实现视频信号和控制信号的共同传输，即同轴视控传输技术，下面简单介绍一下该技术。在监控系统中，需要传输的信号主要有两种，一个是图像信号，另一个是控制信号。其中视频信号的流向是从前端的摄像机流向控制中心；而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机（包括镜头）、云台等受控对像；并且，流向前端的控制信号，一般又是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对像的。同轴视控传输技术是利用一根视频电缆便可同时传输来自摄象机的视频信号以及控制中心对云台、镜头的控制信号，这种传输方式节省材料和成本、施工方便、维修简单化，在系统扩展和改造时更具灵活性。同轴视控实现方法有两类，一是采用频率分割，即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内，然后同视频信号复合在一起传送，再在现场做解调将两者区分开；由于采用频率分割技术，为了完全分割两个不同的频率，需要使用带通滤波器、带通陷波器和低通滤波器、低通陷波器，这样就影响了视频信号的传输效果；由于需将控制信号调制在视频信号频率的上方，频率越高，衰减越大，这样传输距离受到限制；另外的方法是采用双调制的方式，将视频信号和控制信号调制在不同的频率点，和有线电视的原理一样，再在前、后端解调。二是利用视频信号场消隐期间来传送控制信号，类似于电视图文传送；将控制信号直接插入视频信号的消隐期，视频信号中的消隐期部分在监视器上不显示，故对图像显示不会产生干扰，不影响图像的传输质量，通过前端视频信号的预放大和接收端信号的加权放大，可以大大延伸视频信号的传输距离，如采用75-5的视频电缆，可以实现2000米、75-7电缆实现3500米、75-9电缆5000米的视频传输和反向控制。
（二）通过同轴电缆传输射频信号
射频信号是指将视频信号调制到一定的频率上进行传输，也就是采用有线电视的传输方式，通常所讲的“一线通”、“共缆传输”、“宽频传输”等就是采用的此技术。采用该技术特别适合于监控点较多但相对集中，并与控制中心距离较远的系统。采用该系统优点是布线简
单，抗干扰能力强，但调试相对麻烦，因为是一根电缆传输多路信号，而且有的还要经过放大器放大，如果调试不好就会产生相互干扰（交调）；另外相对于光缆，视频电缆可靠性稍差，因为共缆系统是以串联为主，接头多，特别是靠近机房的部分，如果出问题将影响前面所有的信号（视频直传方案是一对一，一根电缆出问题只会影响一路信号）。所以采用该方案时，一定要将系统详细的设备位置图提供给 “共缆传输”设备生产的厂家及工程商，帮助设计系统传输方案，另外需要配备1台场强仪。
二、双绞线传输
利用双绞线传输视频信号是近几年才兴起的技术，所谓的双绞线一般是指超五类网线，采用该技术与传统的同轴电缆传输相比，其优势越来越明显。
（一）优点
1、布线方便，线缆利用率高。一根普通超五类网线，内有4对双绞线，可以同时传输4路视频信号，或3路视频信号、1路控制信号；而且网线比同轴电缆更好敷设。
2、价格便宜。普通超五类网线的价格相当于75-3视频线，室外防水超五类网线的价格相当于75-5视频线，但网线可以同时传输多路信号，其经济性用户可以根据具体情况核算。
3、传输距离远传输效果好。如果传输前将视频信号进行了放大提升，传输距离可以达到1500米。
4、抗干扰能力强。双绞线传输采用差分传输方法，其抗干扰能力大于同轴电缆。
（二）使用中注意的问题
1、选用双绞线的原则：一般选用国产超五类网线，每根网线内有8芯，每芯的直流电阻值应小于15欧/100米（国标小于10欧/100米）。
2、对于不同传输距离有不同的选择，如大楼内，一般不超过150米，可以选用无源收发器；距离在650米内可以选用前端无源发射、后端有源接收的设备，省去了前端加电的麻烦和设备损坏的可能；650米至1500米可以选用有源发射、有源接收的设备；如超过1500米，可以考虑增加中继器，在2200米内增加1个中继器可以保证效果，如再远建议选择同轴电缆或光缆传输。
3、室外布线，尽可以选用室外防水网线，虽然价格高了些，但可靠性可以保证。
4、对于干扰特强的地方，如电厂、变电站等地方，建议选用屏蔽网线或对普通网线外套金属管。如采用屏蔽网线一定要注意传输距离，一般控制在700米以内，并采用在监控室单端接地的原则。
5、对于电梯的干扰，建议选用电梯专用双绞线电缆，它的柔软性能够满足电梯电缆的要求。
6、网线的连接应采用可靠的焊接，在室外一定要做好防水处理，处理完后注意防止浸泡在水里。你可以将接头放在矿泉水瓶内，瓶口朝下，再将瓶口封好；
7、由于双绞线传输采用“虚地”技术，比同轴电缆更容易感应静电或雷电，选择双绞线传输设备，一定要注意选用具有防静电、防雷的产品，如果在多雷区，最好在前端做防雷接地。
8、双绞线传输技术并不复杂，市场上的生产厂家也很多，但真正能做好的并不多。首先，没有一定的视频测试设备，仅凭示波器和监视器想做好非常不容易，其次，由于双绞线更容易招静电和雷电的损坏，所以其保护措施非常重要（保护部分的成本占到总成本的1/4-1/3），所以建议大家可以选择生产时间较长、规模较大的公司的产品，它们产品的性能，包括稳定性更好。
9、总之，利用双绞线传输视频信号与同轴电缆相比具有明显的优势，对用户来讲有一个认识了解的过程；有些用户曾经用过，但没有选择合格的产品而全面否定该技术，其实你可以多选择几家试一下。
三、光纤传输
用光缆代替同轴电缆进行视频信号的传输给电视监控系统提供了高质量、远距离传输的有力条件。其传输特性和多功能是同轴电缆线所无法相比的。先进的传输手段、稳定的性能、高的可靠性和多功能的信息交换网络还可为以后的信息高速公路奠定良好的基础。
（一）、光缆传输的优缺点
1、传输距离长，现在单模光纤每公里衰减可做到0.2dB～0.4dB，是同轴电缆每公里损耗的1%。
2、传输容量大，通过一根光纤可传输几十路以上的视频信号。如果采用多芯光缆，则容量成倍增长。这样，用几根光纤就完全可以满足相当长时间内对传输容量的要求。
3、传输质量高，由于光纤传输不像同轴电缆那样需要相当多的中继放大器，因而没有噪声和非线性失真叠加。加上光纤系统的抗干扰性能强，基本上不受外界温度变化的影响，从而保证了传输信号的质量。
4、抗干扰性能好，光纤传输不受电磁干扰，适合应用于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中。
5、主要缺点是造价较高，施工的技术难度较大。
（二）单/多模光纤光端机的选用
1、目前常用的光纤按模式分有两大类：多模光纤和单模光纤。多模光缆用于视频图像传输时，只能满足最远3～5km左右的传输距离，并且对视频光端机的带宽（针对模拟调制）和传输速率（针对数字式）有较大的限制，一般适用于短距、小容量、简单应用的场合。单模光缆由于有着优异的特性和低廉的价格已经成为当前光通信传输的主流，但其设备价格比多模光端机高。
2、视频监控光端机在技术实现上分为模拟调制的光端机和数字非压缩编码光端机两大类。模拟光端机采用的是基带视频信号直接光强度调制（简称AM）或脉冲频率调制（PFM）技术。数字光端机主要指的是非压缩编码视频光端机，严格意义上说，是一种采用数字传输方式的视频光端机，输入和输出仍然是标准模拟视频信号。
模拟光端机发展至今已有10年以上的历史，已经是比较成熟的产品，从稳定性和可维护性上说，模拟设备在温度漂移特性，老化特性和长期工作稳定性上是显然不如数字设备。单从价格上说，目前在1～2路视频光端机上模拟的价格仍然有优势，但对于4路以上视频光端机，模拟和数字的差别已经几乎没有了，如果要求需要在视频传输的同时，还要传输音频、低
四、视频信号的干扰及解决
（一）干扰的产生可以分为下面3种情况：
1、前端电源的干扰：电梯的变频电机，工厂的大功率电机，变电站等。
2、传输过程的干扰：主要是电磁波干扰，如广播电台、电信基站等，还有电缆损坏引起的干扰及地电位差干扰等。
3、终端设备干扰：主要是设备电源产生的干扰和连接引起的干扰。
（二）干扰的解决方法
1、先判断干扰的产生位置，先从前端检查摄像机有无干扰，如有，一般是通过电源进去的（可以先用12V电瓶供电验证一下是否电源干扰），可以采用开关电源给摄像机供电，也可以安装交流滤波器进行滤波。
2、如果是通过传输过程产生的干扰，首先检查视频线的连接，屏蔽网有无破损等情况，另外可以考虑选择抗干扰器。目前，市场的抗干扰器基本原理有二种，一种是将视频基带信号调制到38MHZ或更高频率，避开干扰频率，其效果可以，但遇到干扰频率与38MHZ接近的话，那就没有办法了；另一种是采用将视频信号在前端进行幅度提升放大的办法，再在终端进行压缩，因为干扰信号的幅度是不变的，相对应的干扰信号也就被压缩了，这是一种广谱的抗干扰办法，但干扰有一定的残留，抗干扰的效果取决于视频信号放大的幅度和干扰信号的位置，幅度越大、干扰越靠近前端，抗干扰的效果越好。
传输音频信号 篇6
关键词 MP3 音频水印 同步机制
中图分类：TP393 文献标识码：A
0引言
随着数字音频技术的发展，水印技术得到越来越多的研究与关注。由于人类听觉系统（HAS）极为灵敏，音频感知冗余较小，水印同时满足隐蔽性和鲁棒性条件的困难较大，音频水印的研究相比较于图像水印更具有挑战性。
1MP3音频水印
现有MP3音频水印算法大致可以分为两类：一类为压缩中和压缩后嵌入，其实质是通过修改MP3的编码中的感知非敏感信息来嵌入秘密信息，可以获得较好隐蔽性和较大的嵌入容量，MP3Stego隐写工具就采用了这种方法但是这类算法只是“躲过”了有损压缩，本身并不能抵抗MP3压缩算法。另一类为压缩前嵌入，一般通过修改频域嵌入来获得较好的鲁棒性。此类算法都缺乏变采样率MP3编解码测试，对MP3攻击的测试也较简单，码率设置较高，压缩比较低，或者不说明压缩参数，无法证明其同样适用于高压缩比的MP3编码；且水印算法设计仅考虑了有损压缩带来的波形失真，嵌入与提取缺乏相应的同步机制虽然在音频水印系统中引入了同步信号，缺点是所用的算法对音频能量幅度的变化非常敏感，不适合压缩编码。本文采用多种MP3工具分析了编解码后信号时域和频域的变化，根据编解码前后低频能量的稳定性，通过量化相邻子帧低频能量之比比较对水印信息的影响，然后对每一帧进行了不可感知性评价。
2MP3编解码对音频信号的影响
原始音频信号经过MP3编解码后在时域和频域都发生了改变，时域变化主要受编码器影响，频域失真则与压缩采用的码率和采样频率有关。实验用原始音频都为从CD抓取的wav格式音频，44.1kHz采样频率f下文中如不特别声明，原始信号采样频率默认为44.1kHz），16bit精度，MP3工具包括了Co0ledit2000Pro，iTunes，MP3 Audio Converter，Win amp Prov5.34。
2.1时域变化
任意截取长度为0.5s的原始音频片段用Cooledit2000Pro经过128kbps，44.1kHz的MP3编解码后音频时长从O.58变为0.574s，前面增加1635个样点。这些增加的样点大部分为零值点，少量为头尾帧边缘效应数据。MP3编码时采用的MDCT为正交重叠变换，头尾帧变换时需补零，从而产生边缘效应，MP3编解码后这部分数据也被加到音频中。这里把前后增加的样点分别称为前边缘信号和后边缘信号，而把中间的样点称为有效信号。前边缘信号长度与后边缘信号大致相等，边缘信号长度与MP3编码器有关，是不同的MP3编解码工具音频的前边缘信号样点个数。经过MP3编解码后进行水印提取时，由于边缘信号的加入，嵌入位置在时域上已经改变，须要进行重定位。若有效信号本身的开始或者结尾就为一系列零值样点，那么经过MP3编解码后这些有效信号的零值样点会与边缘信号混淆，更难确定时域的提取起始点。
2.2频域失真
MP3编码是一种有损压缩，将每帧样点分为等宽子带，每个子带根据心理声学模型计算信掩比，再根据编码码率进行比特分配，得到量化因子，最后对MDCT系数进行量化和Huffman编码。若进行变采样率MP3压缩，还会对信号进行减采样。MP3编码主要是利用声音的频域掩蔽效应，使量化噪声处于频域的掩蔽阈值之下，去除了音频中的感知冗余成分，包括一些能量很小的频率成分。低频（<3kHz）部分集中了音频信号大部分能量，可感知的频率成分最多，虽然掩蔽阈值较大，但信掩比（signal-to-mask ratio，SMR，表示信号声强与最小掩蔽阈值之比1相对较大，所以低频能量经过MP3编解码后失真很小。反之高频（>10kHz）部分能量很小，可感知的频率分量也相对较少，虽然掩蔽阈值较小，但信掩比相对较小，高频能量经过MP3编解码后失真较大。如果采用变采样率MP3编解码，随着采样频率的降低，高频部分损失会进一步增大。随着编码码率和采样频率的降低，压缩比增大，高频能量失真幅度也显著增大，而低频能量失真很小且几乎稳定。由此可见，经MP3编解码后，10k以上频率能量变化幅度最大可达到33.24%，而3kHz以下频率能量变化幅度最大只有4.19%。更多实验显示，若音频信号本身能量较大且高频成分丰富，例如～段节奏很快的摇滚乐，经MP3编码后，10kHz以上频率能量变化幅度最大可以超过90%，而3kHz以下频率能量变化幅度仍然不超过4%。故音频的低频能量对MP3编解码具有很好的鲁棒性。
3结束语
本文主要分析了MP3编解码对于水印的影响，通过分析如果在原始音频中嵌入水印再编码，这种水印在采样和量化环节的失真比较严重，故在低频中嵌入水印有更好的鲁棒性。
参考文献
[1] Katzenbeisser S，Fabien A Petit colas P编，吴秋新，钮心忻，杨义先，罗守山，杨晓兵译，信息隐藏技术—— 隐写术与数字水印.北京：人民邮电出版社，2001：104—105.
[2] 刘伟，王朔中，张新鹏一种基于部分mp3编码原理的音频水印.中山大学学报（自然科学版），2004年，43增刊（2）：26—33.
[3] 项世军，黄继武，王永雄.一种抗AD/DA变换的音频水印算法.计算机学报，2006年，29（2）：308—316
传输音频信号 篇7
1 音频信号平衡和不平衡连接问题
在进行音频信号的传输中, 一般来说, 包括平衡与非平衡的类型。前者的接法就是将一对平衡的信号通过两条信号线进行传送, 在这种方式, 由于这两条信号线具有同样大小的干扰程度, 考虑其相反的相位特点, 能够抵消其干扰。另外, 考虑到音频频率具有比较低的范围, 经过较长距离传输影响, 则会受到一定的干扰影响。所以, 针对发射台的广播音频信号传输问题, 能够具有一定抗干扰性质的平衡接法经常被采用。在不平衡的接法中, 信号传送则是通过一条信号线进行连接, 这种方式则具有较强的干扰性影响, 一般在传送广播音频信号过程中, 并不经常采用。
卡侬头则是比较常用的平衡式接法, 其中的输出以及输入端口都是利用3个脚位的连接插件, 通过相反的相位的抵消作用, 能够有效降低在进行传输中的干扰作用, 较为适用于较长距离的信号传输。分析平衡传输线的内部结构, 其中是三芯结构分别表示:正半波讯号、负半波讯号以及地线的传输信号。当在正和负两端, 一般会出现串进电缆的噪声, 也就是我们所谓的共模噪音。在如何有效抑制共模噪音的研究中, 可以利用波形两端的信号差的原理, 也就是相应的电压差异来处理, 往往能够获得较好效果。可以看出, 相比于非平衡方式, 平衡传输具有明显的抗干扰优势, 另外, 要想保证音质水平较高, 则应该注重应用平衡式传输, 但是, 同样也应该利用平衡电路设计来实现, 不应该忽视后者[1]。
在非平衡式接法中, 两芯连接插件在其输出以及输入接口中采用, 其中只有两个端口, 分别为接地端以及新号段。考虑到其容易受到干扰的作用影响比较大, 在进行广播节目信号传输中, 大都利用平衡式传输方式进行。一般来说, 这里主要采用XLR (卡侬头) 平衡插头的方式比较多。其中, 分析卡侬头的3个接点中, 应该主一定的规则要求, 分别可以看出, 其通过1, 2, 3的编号来标示相应的节点, 其中, 地线则是接在1号接口, 相比于2、3号孔来说, 卡侬头母头或母座1号孔内具有较长的金属接触片, 在这样的条件下, 则是往往能够保证地线首先进行接触, 同样, 在分离过程中, 地线则是更晚时间才进行分离。
2 音频信号的接地问题
2.1 过压保护接地
这种方式主要是为了有效预防雷电所设置, 一般来说, 避雷器则是最为常用的防雷装置, 通过建筑顶部铁塔或者钢筋入地进行避雷针的安装, 利用专用地线入地连接来安装避雷器。可以看出, 在节目传送机房内, 避雷装置必不可少, 这样能有效防止出现卫星天线中的高频头出项雷击的问题。
2.2 保护接地
在进行接地判定过程中, 接地电阻则决定着接地的效果, 一般来说, 阻值则是越小越好, 其影响因素则是包括客观周边环境、土壤物性以及接地装置等方面。根据规定要要求, 则是规定电阻值在10Ω以下。在有条件情况下, 单独地线最好能够在音频设备中采用。因为, 如果采用质量不过硬的地线, 这样也会出现接地噪声的问题, 不能混淆相应的220V电源的音频以及零线信号, 如果将其混为一点进行处理, 则会造成一定干涉问题[2]。
2.3 屏蔽接地
通过有效屏蔽, 能够有效防止外界干扰, 同时, 利用屏蔽效应, 形成对外界的干扰, 另外, 也应该保障防电磁干扰在各个电器元件中设置。应该保证信号线的屏蔽层实现一端接地处理, 一般情况下, 接地的则是利用信号传输线的末端, 在进行接地端口选择中, 则应该尽量用平衡的一段进行接地, 在此过程中, 应该注意屏蔽线的两端接地的问题, 这样就会出现地环路问题, 出现干扰。
2.4 信号接地
利用低阻抗的导线, 在设备以及系统间实现信号接地, 能够提供具有相同的电位信号, 并实现通路要求, 这样就能够保证经过该地线的电流信号并没有受到影响。相比于保护接地, 信号接地有所不同, 主要是消除外界或者其他设备方面的干扰。
3 音频信号传输中的阻抗问题
相比与模拟信号, 数字信号具有不同的传输频率, 这样也不具备匹配的阻抗。当数字信号利用模拟电缆进行传输中, 则可能出现驻波反射问题, 另外, 数字脉冲信号频率波动还会影响到模拟线路的电容的分布情况, 使得电缆的高频响应有所降低, 这样就会造成容易解读信号出现错误, 产生误码情况, 不能保证音频传输质量。
为了有效传递数字音频信号, 应该采用和发送、接受装备相互匹配的数字电缆, 要求电缆基本能够恒定110Ω的阻抗, 其容抗大约13p F/ft, 通过有效措施, 避免不能完全吸收电波能量, 而所出现的误码情况。由于数字电缆能够具备高阻抗、低电容的分布特性, 基本能够实现模拟信号的频率范围, 能够完全实现模拟信号的传输, 部分人就认为用模拟电缆来替代数字电缆, 有时候也能凑合使用, 但是, 这种做法是错误的。这两种电缆具有不一样的阻抗要求, 对于模拟电缆来说, 不同的长度决定着电缆各点的阻抗基本上在30Ω~90Ω中变化, 音频的音质并不随着阻抗的不同而变化。但是, 相应的数字音频就完全不是这样, 其具有很高的频率, 约为3MHz, 要实现信号的准确传输, 就应该保证其要和接受、发送设备相一致匹配, 阻抗具有一致性。
4 结论
除上述分析的问题, 还应该保证音频连接线的制作, 保证选择带屏蔽的音频电缆, 并保证焊接或者压接的质量。在广播节目传送中传输音频信号看似简单, 其实, 结合实际的应用情况, 还有着需要注意的很多问题, 应该在今后的工作中不断思考。
摘要：本文结合工作实践经验, 就广播节目传送中传输音频信号进行分析, 探讨了音频信号平衡和不平衡连接问题, 以及音频信号的不同接地方式分析, 最后还论述了音频信号传输中的阻抗问题, 希望对于今后的广播节目传送中传输音频信号技术发展具有一定帮助。
关键词：音频传播技术,音频信号,连接方式,接地问题,阻抗分析
参考文献
[1]张迪扬.如何有效地使用音频处理器[J].电声技术, 2000 (9) :48-49.
数字音频信号接口技术 篇8
在采用电缆连接不同的电视设备传输数字音频信号时, 有两种接口类型。第一种双绞线的平衡方式传输信号, 电缆连接头是XLR型, 由AES/EBU (Audio Engineering Society即美国音频工程协会和European Broadcast Union即欧洲广播联盟) 规定;第二种是使用同轴电缆的非平衡方式传输信号, 电缆连接头是BNC型, 由SMPTE 276M建议规定。
我国广电总局行业标准GY/T 158-2000《演播室数字音频信号接口》 (Digital audio signal interface for broadcasting studios) 是参照AES/EBU标准制定的。
1 数字音频接口
1.1 AES/EBU数字音频接口
如图所示为一个AES/EBU编码器对数据样值进行编码的简单框图 (图1)。
AES/EBU数字音频接口标准时传输和接收数字音频信号的数字设备接口协议。标准中规定, 音频数据必须以2的补码编码, 传输介质是电缆, 在串行传输16bit-20bit的并行字节时先传输最低有效位, 必须加入字节时钟标志以表明每个样值的开始, 最后的数据流为双相标志码编码等。
1.2 接口信号格式
接口可以对取样频率为48Khz, 44Khz和32Khz, 量化比特数位24, 20, 16的数字音频信号进行实时传输, 并能提供辅助信息, 这些辅助信息可以向接收端提供所传输数据的各种重要参数, 如误码检测和同步信息等。
2 数字音频数据的结构
2.1 数字音频数据的帧结构
一个音频帧包括两个32比特的子帧 (子帧1和子帧2) , 一个子帧只包括一个音频声道的一个样值数据:20比特同步数据和4个附加比特。如 (图2) 所示。
4个附加比特:
有效比特 (V) :样值数据是音频且可进行D/A转换, 则此比特置0。否则样值有问题, 接收设备将输出静音。
用户比特 (U) :送至一个28×8bit的存储器。一个音频块中每个声道有192个子帧, 因而该存储器中有192个用户比特。
通道比特 (C) :送到一个28×8bit的通道状态存储器。此比特对于音频数据内容的标识非常重要。
通道状态存储器描述了在AES/EBU数据流通道中比特分配及其含义。例如的字节0的比特0表示是家用级还是专业级, 如果通道用于消费, 字节0中比特0置0;用于专业时置1。
奇偶校验比特 (P) :通常为偶校验。偶校验确保在一个子帧的64个双相标志码元中1的数目是偶数。奇偶校验比特可以检测在传输中发生的奇数个错误。一些设备忽略此比特或者没有正确地处理这种标识。
2.2 数字音频的块结构 (Block Structure)
每192个音频帧构成一个块。在数据流中用标志符Z标识每个块的开始。在一个48kHz抽样的系统中每个音频帧的时间是20.83s。一个AES/EBU块的时间为20.83s×192=4000s。
三种4比特的同步数据的意义:Z:表示每个音频块第一帧的开始。X:表示一个块内其余每帧的开始。Y:表示每个帧的子帧2开始。
这些同步数据长度均为4比特, 与子帧中其它数据结构不同, 不用双相标志码编码。
3 AES/EBU数据特性
抽样频率为48Khz时总数据率为32×2×48000=3.072Mbps。在双相标志码编码后, 数据传输率提高到两倍为6.144Mbps。双相标志码的频谱能量在6.144MHz的倍频处为0。
同步字包括三个低单元和随之而来的三个连续的高单元。在AES/EBU信号频谱中占据一个低的基频, 3.072/3=1.024MHz。
每个音频帧包括64bit, 每20.83s发出一帧。帧中的一个数据比特持续时间为325.5ns, 一个双相标志码比特单元时间为163ns。由一些数据流比特叠加产生的眼图眼宽时间为163ns
3.1 通道编码
为了减少传输线上的直流分量, 利于数据流中恢复时钟, 并使接口不易受连接极性的影响, 每个子帧32个bit的后28个bit (4～31) 采用双标志编码。双标志编码的编码特点是在码元“0”或“1”的边沿都有电平跳变, 而对于码元“1”, 在每个比特周期的中央又有一次跳变, 这种码的数据信号内没有直流分量, 因而可用变压器耦合, 而且不怕相位反转, 有容易从输入数据流中根据跳变提取时钟。
3.2 前置码
前置码是个特定的格式, 用于子帧、帧和块的同步和识别。
为了能够在一个取样周期内实现同步, 并使这种处理完全可靠, 前置码采用与双相位标志码不同的规则, 从而避免出现与前置码相似的数据状态。
有三种前置码, 前置码分配在每个子帧的前4个比特传输, 并用8个连续的状态表示。前置码的第一个状态总是不同与前一个比特 (奇偶校验比特) 的第二个状态。根据这个状态限定方法, 前置码如 (表1) 。
4 平衡传输接口电特性
连接电缆应采用屏蔽层的平衡电缆, 在0.1MHZ～6.0MHZ频率上电缆标称特性阻抗为110欧姆。从结构上看, 接插件使用了常见的XLR型接插件。平衡信号由平衡的双绞线和带屏蔽层的传声器型电缆传送。输入和输出都规定为变压器耦合, 而且不接地。双绞线特性阻抗为110欧姆, 发收两端必须有110欧姆匹配电阻。这种连接的电缆长度可达到100米, 不致对信号造成过分的劣化。
AES/EBU专业格式接口特性如(表5) :
5 数字音频嵌入数字视频频数据流
数字音频数据可以嵌入数字音频SDI流得每一行的HBI (行逆程) 中的辅助数据空间中传送。对于如何将音频和视频在同一条信号中传输, ITU-R BT.1305号建议书对此作出了规定。我国广电总局的行业标准GY/T 161—2000《数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范》等效采用了ITU-R BT.1305号建议书。
按HBI计算, 一行中可容纳的辅助数据为:144-8-6=130B或1040bit (按8bit计算)
公式中的8B为EAV和SAV占用, 6B为紧随EAV之后固定的定时基准码占用。由此可以计算出数字视频HBI期间可以传送的辅助数据码率为:1040×625×25=16.25Mbit/s
由于一路立体声的码率为:48000×20×2=1.92Mbit/s
由此可以计算出在数字视频SDI流最多可以嵌入8路无压缩的数字立体声音频信号。
标准规定, 除了第7, 320, 5, 318行外, 音频数据可以出现在大多数行的HBI期间, 并应在整个帧内平均分布。当一路48khz取样的音频信号嵌入一帧内时, 相当于H B I内传送该路声音的4 8 0 0 0/15625=3.072个样值, 具体是在多数行内传3个样值, 在少数行内传4个样值。
6 其他接口协议格式
除了占极大优势地位的AES/EBU协议外, 其他3种接口格式也被广泛使用, 他们是MADI (多通道音频数字互联) 、SDIF2 (SONY数字接口格式) 和SPDIF (SONY Philips数字接口) 。
6.1 MADI格式
MADI格式在标准文件《AES 10-1991》中规定。它可以容纳直到56个符合AES3-1992标准的32位信号。最初开发的MADI是作为点对点操作系统, 用以将多道录音机到数字音频控制台或处理。其他的应用包括数字路径选择系统和演播室之间的互联。
MADI信号可以容易地转换为AES/EBU子帧, 因为只有开始的前4位不同。56个子帧被串行化以组成MADI帧, 然后4/5方案编码, 该方案在串行数据流中采用4位的组并通过检查表将其转换为5位字, 这样可以减少编码数据的直流含量。于是每个编码的子帧的长度为32+8=40位。使用±12.5%的可能变化支持32～48KHz的抽样频率, 这样可以允许对录音机进行变换操作。数据传输率则被固定为125Mbit/s, 用以为编码数据流提供足够的带宽 (56通道×40位48KHz×1.125=121Mbit/s) 。
传输介质可以使宽带宽的同轴电缆 (长达50m) 或光纤链路 (超过50m) 。
6.2 SDIF2格式
这种格式是由Sony开发的, 用于专业和半专业的原版片制作和记录。它用于互连44.1KHzK和48KHz的单通道链路, 并且由32比特长的音频字组成。开始的20bit专留作音频样本值。紧接的9bit用于创建控制字, 剩余的3bit将同步信息添加到32bit字。控制字提供有关预加重、正常音频或非音频数据、禁止复制、SDIF音频块同步信息 (每256音频字) 和用户数据信息的音频通道信息。
传输介质为75欧姆同轴电缆, 在晶体管-晶体管逻辑 (TTL) 电平上工作且数据传输速率为1.54Mbit/s。它是点对点操作互连系统。需要3条同轴电缆分别用于传送左通道数据、右通道数据和字时钟信号。
6.3 SPDIF格式
这种格式是一家厂商的专利商品名, 用于AES/EBU格式协议的消费者模式。开发这种格式用于在半专业和消费者设备间进行数字音频数据的串行传输。在AES3专业模式和AES3消耗模式设备之间需要有格式转换器 (用于数据和电平转换) 。
参考文献
[1]李栋.数字声音广播[M].北京广播学院出版社, 2001.
[2]曹志刚, 钱亚生.现代通信原理[M].清华大学出版社, 1992.
一种红外音频传输实验系统设计 篇9
1 红外音频传输实验系统总体设计
语音信号通过麦克输入, 经过同相放大器进行放大, 再经带通滤波器对放大后的信号进行滤波, 经红外发射管发射, 接收端由红外接收管接收, 经同相放大器放大, 带通滤波器滤波后再由功率放大器放大经扬声器输出。系统原理框图如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 中央控制模块
该文提出的红外音频传输实验系统采用STM32单片机作为中央控制单元。该款单片机资源丰富, 内部集成了AD、UART、SPI等常用模块, 抗干扰能力强, 运行稳定可靠, 其主频最高可达72M, 运行速度远远高于普通51单片机。使用STM32作为本系统的控制器可大大简化系统复杂度。
2.2 语音信号放大模块
本系统选用NE5532芯片作为语音信号放大模块核心器件。NE5532是高性能低噪声双运算放大器 (双运放) 集成电路。输入的语音信号需要经过同相放大器进行放大, 如图2所示。声音信号由NE5532的3脚 (同相输入端) 输入, 输出经R9和R10反馈回输入端。本系统选择R12=1K, R9=10K, R10为100K滑动变阻器, 从而实现增益可变。
2.3 有源带通滤波电路
图3为带通滤波电路, 其中R4、C6组成低通网络, C1、R6组成高通网络, 两者串联就组成了带通滤波电路。
2.4 红外通信模块
为使发射的功率较大, 发射距离较远, 选择9个红外发射管作为发射, 我们采用的功率较大的三极管TIP41。但该三极管的放大倍数过低, 因此需要在前级加一路放大, 用LM386的输出对三极管驱动, 又由于LM386具有很强的功率放大作用, 为了防止三极管饱和, 在LM386输入端加滑动变阻器对输入信号进行衰减, 这样就能很好地驱动三极管。如图4所示为红外发射电路, 图5所示为红外接收电路。
3 结语
该文提出了一种红外音频传输实验系统设计方案。通过实验证明该系统可以较好地完成语音信号的采集、处理、发射、接收、还原。满足电子信息类学生综合设计性实验的要求, 且成本低、易实现。
参考文献
[1]余义雄, 肖飞, 谭军一.基于调频技术的红外音频传输设计[J].电子制作, 2014 (5) :64.
基于调频技术的红外音频传输设计 篇10
信号的调制有三种方式,分别是调幅,调频与调相,其中幅度调制比频率调制效率低,抗干扰性弱,带宽窄,并且频率调制具有比相位调制经济等优点,因此我们平时大多采用频率调制。PLL( 锁相环技术) 是一种闭环自动控制系统能自动跟踪输入信号的相位,PLL技术在广播, 通信,导航,电视,雷达,计算机与仪表等领域具有非常广泛的应用,CD4046(锁相环集成电路)是一种通用的CMOS锁相环集成电路,它的特性是电源电压为3~18v, 输入阻抗高达100MΩ,最高工作频率约1.3MHz,动态功耗小,属微功耗器件。故其在很多方面得到了应用,比如:调频与解调,电视机彩色副波提取,FM立体声解码,遥控系统等。
1系统结构框图(图1)
2红外发射模块
声音信号通过两个47k的电阻叠加到一起后,通过电容耦合到共集电极电路,此时变化的交流信号叠加到了三极管的静态直流上。信号到达集成锁相环后, 把变化的电压信号转化为变化的频率信息然后通过发射驱动光电二极管。
2.1原理电路图( 图2)
3红外接收电路
红外接收电路把携带信息的红外信号转化为同样频率的电压信号,整形电路把红外接收电路接收到的电压信号通过整形为标准的方波信号。集成锁相环通过对方波频率信号的跟踪,把频率信号还原为声音信号,送到功放电路进行放大。音频信号有左右两个声道, 通过两个47K的电阻叠加到一起. 叠加到一起的信号通过电容C1耦合到共集放大电路.C1的作用是不影响共集放大电路的静态工作点。共集电极放大电路的作用是把交流信号耦合到静态工作点的直流上, 让交流信号在一个直流量的基础上变化。不同的电压值就对应了不同的频率。电容C2和变阻器R6的作用是共同决定了CD4046的振荡频率。叠加在直流上的交流信号,对应不同频率的方波信号在锁相环的4脚输出。 然后再发射管上得到相应频率的信号。
接收电路把光信号转化为电流信号, 变化的电流信号通过电阻转化为变化的电压信号。LM311是一个电压比较器,通过过0比较,把电压信号整形为标准的方波信号输出。接收电路中,中心频率要与发射电路的中心频率一样,由电容R4和电阻R13决定。R12和电容C5对频率信号进行滤波然后由源跟踪器10脚输出模拟信号,R15和LED2起指示灯的作用。
3.1电路原理图(图3)
4调试技巧
红外发射电路可以通过调节共基放大电路射级的滑动变阻器,把静态工作点调节到一个合适的电压,使晶体管处于放大区,VCE电压在1v左右。此时调节CD4046的滑动变阻,使没有声音信号输入的时候的静态工作点电压对应60K的频率。当声音的交流信号叠加到直流上时,CD4046的输出电压以60K为中心频率波动。从4脚的输出看到,没有加入声音信号时稳定在60k HZ,当叠加上声音信号后,可以看到频率在60Khz附近波动。
5 PLL
PLL是一种闭环的自动跟踪负反馈系统, 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪,所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。该技术在频率调制方面应用十分广泛, 遍及广播、电视、通信、雷达、导航、计算机及仪表等领域。
在工作的过程中,当锁相环的输出信号的频率与输入信号的频率相等的时候, 输出电压与输入电压保持特定的相位差值,也就是输出电压与输入电压的相位被锁住,这就是所谓的锁相环。
PD :PD是用来检测输入信号与输出信号的相位差,并且把检测出的相位差信号转换成u D(t)。
LF: 该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u C(t)。
VCO: 电流控制振荡器其对振荡器输出信号的频率实施控制,VCO在锁相环系统中起着关键功能模块作用,它的性能对整个PLL系统起着决定性作用,具有高性能的VCO要求其相位噪声比较低,并且具有调节范围比较宽和调节线性度比较好。
6结束语
