基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的製作方法
2023-10-26 07:03:22 1
專利名稱：基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及網絡通信的終端領域，具體是基於乙太網的大容量多路數 字音頻網絡終端。
技術背景長久以來，專業音頻傳輸是以模擬信號來進行的。以模擬方式進行音頻信 號傳輸，構架音頻網絡有著很多的局限性。 一方面，必須使用專用的線路，一 路信號對應一條線路，對於信號源較多而且輸出較分散的場合，布線會非常復 雜，而且不容易維護。為了實現信號音頻切換，必須將所有輸入、輸出音頻信 號接入路由控制中心，大量音頻線纜的布線，既增加的施工成本和施工難度， 更加重要的是會給系統的穩定性和可靠性帶來很大的影響。另一方面，對模擬 信號的處理，如混音及各種特效處理等是專業音頻領域經常要做的，需要增加 大量昂貴的附屬設備。此外，音頻輸入/輸出設備在空間上一般比較分散，對於 模擬音頻設備的管理和監視一直沒有較好的解決方法，設備出現故障時，對故 障的診斷，以及備份設備的自動切換等等都難以實現。為了保證設備運轉可靠， 通常只能採用主、備兩套設備，大大增加了系統的實現成本。模擬音頻傳輸的 種種不足以及近年來對多路音源、報警聯動、鄰層報警等要求的提高，突顯了 對音頻傳輸方式進行變革的重要性。與此同時，網絡技術在高速發展中取得極大的突破。自從20世紀60年代 初，出現第一代計算機網絡以來，隨著計算機用戶的迅速增長，網絡的速度也 以令人驚訝的速度不斷向上提升。以乙太網為例，從以前的10Mbit/s到現在 100Mbit/s走向普及，而1Gbit/s的乙太網也已出現。網絡速度的提升，為多媒 體與網絡的結合提供了客觀條件。音頻信號的數位化、網絡化，為構建集音頻 傳輸、音頻路由(交換)、音頻監測監視和應急控制一體化的現代音頻系統提供 了基礎。實用新型內容本實用新型的目的是克服傳統模擬信號傳輸專業音頻信號的不足，提出一 種在基於乙太網的大容量多路數字音頻傳輸系統中應用的，具有數字功率放大 功能的，實現整個廣播系統的全數位化運行的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端。本實用新型是這樣實現的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端， 包括網絡數位訊號處理模塊、音頻信號處理模塊和鍵盤顯示電路模塊，所述的 數位訊號處理模塊包括網絡接口電路、MCU微控制器、數據存儲電路、控制接口、地址碼接口和MP3解碼電路，網絡接口電路、MP3解碼電路、數據存儲 電路、地址碼接口以及控制接口與MCU微控制器連接，音頻信號處理電路與 MP3解碼電路連接；所述的鍵盤控制顯示模塊包括顯示驅動電路，鍵盤電路和 LED顯示電路，鍵盤電路和顯示驅動電路與網絡數位訊號處理模塊中的控制接 口連接，LED顯示電路與顯示驅動電路連接；所述的音頻處理模塊包括音頻信 號放大電路，音頻信號放大電路與網絡數位訊號處理模塊中的音頻信號處理電 路連接，音頻信號放大電路與音量調節電路連接；音量調節電路的輸出端後設 有數字功率放大電路，數字功率放大電路與音量調節電路連接，數字功率放大 電路包括數字功放IC晶片和差分放大電路，差分放大電路與數字功放IC晶片 的輸入端連接。所述的音頻處理模塊可以設有話筒信號放大電路，話筒信號放大電路與音 頻信號放大電路混合後與音量調節電路連接，音頻信號放大電路與靜音電路與 連接，靜音電路與話筒信號放大電路與數字音頻信號放大電路的混合電路連接, 話筒信號放大電路設有話筒接口 。所述的音頻處理模塊還可以設有線路信號放大電路，線路信號放大電路與 音頻信號放大電路和話筒信號放大電路混合後連與音量調節電路連接，線路信 號放大電路與靜音電路連接，靜音電路與線路信號放大電路、數字音頻信號放 大電路和話筒信號放大電路混合電路連接，線路信號放大電路設有線路輸入接 卩。所述的音頻處理模塊內可以設有控制功率放大電路開閉的自動節能控制電 路，當三路輸入端均無信號輸入時，在設定的時間內關閉功放電源。所述的數字功放的IC晶片可以為TDA8922B。所述的MCU微控制器的IC晶片可以為STC89C516R。所述的網絡接口電路的IC晶片可以為RTL8019AS，MP3解碼晶片的IC芯 片可以為SPCA751A。本實用新型基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端是連接交換機或路 由器等終端設備，將伺服器送來的信號經網絡數位訊號處理模塊內的MCU微 控制器進行音頻信號和控制信號分離，音頻信號經MP3解碼電路處理後送入音 頻處理模塊的音頻信號數字放大電路數字放大處理後通過揚聲器播放出來。整 個傳輸以及處理均是基於數位訊號，特別而且採用數字功率放大技術進行功率 放大，既提高數字功放的保真度，又同時提高效率，在保證音質保真度的同時 使壓縮率大大提高，而且使能耗效率得到極大得提升。實現了基於乙太網的大 容量多路數字音頻的實時、穩健傳輸，整個廣播系統的全數位化運行；根據系 統的實際運行環境，在客戶需求的基礎上，制定了靈活的控制機制，實現多種 模式下的集中控制和分散控制。
圖1為本實用新型基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的原理方框圖；圖2為本實用新型基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的網絡數字 信號處理模塊的電路原理圖1;圖3為本實用新型基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的網絡數字 信號處理模塊的電路原理圖2;圖4為本實用新型基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的網絡數位訊號處理模塊的電路原理圖3;圖5為本實用新型基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的音頻信號 處理模塊的電路原理圖；圖6為本實用新型基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端的數字功率 放大電路的原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細的說明。基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端是應用於基於乙太網的大容量 多路數字音頻傳輸系統中的主要網絡終端設備，其接收主機伺服器經網線傳送過來封包後的MP3流和控制信號，經處理數字放大後通過設定的揚聲器播放出來。如圖1所示，基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端主要包括網絡數 字信號處理模塊、鍵盤顯示電路模塊、音頻處理模塊。數位訊號處理模塊主要包括網絡接口電路、MCU微控制器、數據存儲電路、音頻信號處理電路、控制 接口、地址碼接口和MP3解碼電路，網絡接口電路、MP3解碼電路、數據存 儲電路、控制接口以及地址碼接口與MCU微控制器連接，音頻信號處理電路 與MP3解碼電路連接。網絡接口電路與外圍網絡中的交換機或路由器連接，接 收遠程主機伺服器傳送過來的網絡音頻控制信號，然後將接收到的網絡音頻控 制信號傳送到MCU微控制器進行處理。網絡接口電路的控制晶片為 RTL8019AS。 MCU微控制器的輸入端接收到音頻控制信號後，經處理將音頻信 號和控制信號分離出來，通過輸出端將音頻信號傳送給MP3解碼電路、控制信 號傳送給控制接口電路。MCU微控制器的晶片為STC89C516R。控制接口電路 的晶片為74LS165,接收到MCU微控制器傳送來的控制信號後傳送到鍵盤控 制顯示模塊的顯示驅動電路。晶片可以為SPCA751A的MP3解碼電路接收到 MCU微控制器送過來的音頻信號後，進行解碼處理，處理完後通過輸出端將解 碼後的音頻信號傳送給音頻信號處理電路。音頻信號處理電路為數模轉換電路， 其將接收到的數位訊號進行數模轉換後還原成模擬音頻信號，然後通過輸出端 送入音頻處理模塊中的音頻信號數字放大電路進行數字放大處理。電路原理圖 如圖2、圖3和圖4所示。鍵盤控制顯示模塊主要包括顯示驅動電路，鍵盤電路和LED顯示電路，鍵 盤電路和驅動電路與控制接口電路連接，LED顯示電路與顯示驅動電路連接； 鍵盤電路輸入的控制信號經控制接口電路傳送到MCU微控制器中，再送入存 儲電路存儲起來，以免控制無效。顯示電路將鍵盤電路的操作過程和結果通過 LED顯示電路顯示出來。LED顯示電路可以為三段LED顯示電路，以更方便 的顯示鍵盤的操作過程和結果。音頻處理模塊主要包括音頻信號數字放大電路，為了方便臨時信息的發布， 可以增加輸入話筒接口和話筒信號放大電路；為了方便插入其他媒體介質信息 的發布，可以增加線路輸入接口和線路信號放大電路。音頻信號數字放大電路 與網絡數位訊號處理模塊中的音頻信號處理電路輸出端連接；話筒放大電路與 話筒接口連接；線路信號放大電路與信號輸入接口連接。音頻信號數字放大電 路、話筒信號放大電路以及線路信號放大電路混合連接後與音量調節電路連接。 為了防止各路輸入的音頻信號互相干擾，在音頻信號數字放大電路和話筒信號 放大電路上分別設置有靜音電路。音頻信號數字放大電路與靜音電路連接，靜 音電路與三路放大電路的混合電路連接。話筒信號放大電路與靜音電路連接， 靜音電路與三路放大電路的混合電路連接。為了節約電源，加設自動節能控制 電路，自動節能控制電路與三路放大電路的混合電路連接，與數字功率放大電 路連接。自動節能控制電路當三路輸入均無信號輸入時，1分鐘內自動關閉數 字功率放大電路的電源，以節約能源。電路原理圖如圖5所示，網絡數字處理 模塊處理後的音頻信號通過J4(OUTPUT)輸出，經NCXIN接口輸入，由運算放 大器U2A，U2B組成的放大電路進行信號放大。話筒信號由MIC接口輸入，經 三極體Q6處理後經U4A、 U5AH和U5B進行放大。線路輔助信號由AUX接 口輸入，通過U8A和U8B進行放大。三路信號放大後經電阻R14、 R15、 R44、 R45、 R46、 R48、 R49和R53混合後送入音量調節電路，音量調節電路由電阻 W1A和W1B組成，其作用的總體調節混合後信號的音量。總體調節音量後的 信號再輸入U3A和U3B組成的放大電路進行放大，以滿足數字功放的輸入靈 敏度，然後通過輸出接口向數字功放電路輸出。為了避免三路信號同時輸入時 產生相互幹擾，影響正常信息的傳播，在三路輸入中設置了自動壓線電路，其 壓線權為網絡輸入〉話筒輸入〉線路輸入。當接收到網絡信號時，信號經U1A和 U1B放大電路將左右聲道的信號混合，然後傳送到U4B進行再次放大，放大後 的音頻信號經二極體、電容整流濾波形成直流電壓控制三極體Ql和Q2的導通 與截止達到抑止話筒信號和線路信號的輸入，其抑止權限為最高優先級。這也 就是連接音頻信號放大電路的靜音電路。連接話筒信號的放大電路原理如下 當輸入話筒信號時，話筒信號先通過由U7A組成的放大電路放大，放大後 的音頻信號經過二極體、電容整流、濾波後形成直流電壓，控制三極體Q3和 Q4的導通與截止以達到抑止線路輸入信號。輔助的線路輸入沒有優先權。自動節能控制電路當三路均無信號輸入時，1分鐘後自動關閉數字功率放大電路的 電源。其工作工程是當三路輸入端任意一路有信號輸入時，信號經過U6A和U6B組成的電路將左右聲道的信號混合，然後經U7B組成的放大電路進行放 大，放大後的音頻信號經過整流、濾波形成直流電壓控制三極體Q5的導通， 使繼電器吸合接通數字功率放大電路的電源。沒有信號輸入三極體Q5截止， 使繼電器放開關閉數字功率放大電路的電源。數字功率放大電路連接與音量調節電路合自動節能控制電路連接。自動節 能控制電路在三路沒有信號輸入時，自動關閉數字功率放大電路的電源，大大 降低能耗，符合社會節能降耗的大趨勢。如圖5所示，CN1 (INPUT)接口與 OUTPUT接口連接，經U3A和U3B放大電路放大的信號經U1A、 U1B、 U2A 和U2B組成的差分電路進行差分後分別輸入數字功放IC的兩路輸入埠，數 字功放IC為TDA8922B，音頻信號在數字功放IC內進行PWM調製、延遲、 功率放大後，經調製解調將放大後的數位訊號還原成模擬信號，然後通過揚聲 器還原出音質良好的原聲，這樣既提高數字功放的保真度，又同時提高效率， 在保證音質保真度的同時使壓縮率大大提高6~30倍，而且使能耗效率從原來的 40%以下提升到75%以上。本實用新型應用在於基於乙太網的大容量多路數字音頻傳輸系統中， 一方 面，可以高質量滿足辦公樓、商業寫字樓、學校、醫院、鐵路客運站、航空港、 車站、銀行及工廠等建築物業務和行政管理為主的業務廣播要求；另一方面， 可以高質量滿足賓館、商場娛樂設施及大型公共活動場所設置背景音樂和客房 節目廣播的要求，為人們提供CD立體聲品質的欣賞性音樂類廣播節目，起到放 鬆緊張心情和消除疲乏的作用。另外可以高質量滿足火災發生時的緊急廣播要 求。在消防控制室的消防人員通過火災事故廣播引導人們迅速撤離危險場所。 它的推廣和應用有利於進一步推動相關行業的服務水平和人們滿足度的提升， 推動社會主義和諧社會的加快建立和進一步完善。可以徹底解決傳統廣播系統 存在的音質不佳容易受幹擾，維護管理複雜，互動性能差等問題，實現智能廣 播的定時、尋址、分組等功能。數字音頻傳輸系統抗幹擾性能好，可以消除信 號傳輸過程中的噪聲和失真，而傳輸中出現的差錯也可以被修正，直接提供CD 立體聲品質，是公共廣播一種全新的理想的升級換代產品。
權利要求1、基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端，包括網絡數位訊號處理模塊、音頻信號處理模塊和鍵盤顯示電路模塊，其特徵在於所述的數位訊號處理模塊包括網絡接口電路、MCU微控制器、數據存儲電路、控制接口、地址碼接口和MP3解碼電路，網絡接口電路、MP3解碼電路、數據存儲電路、地址碼接口以及控制接口與MCU微控制器連接，音頻信號處理電路與MP3解碼電路連接；所述的鍵盤控制顯示模塊包括顯示驅動電路，鍵盤電路和LED顯示電路，鍵盤電路和顯示驅動電路與網絡數位訊號處理模塊中的控制接口連接，LED顯示電路與顯示驅動電路連接；所述的音頻處理模塊包括音頻信號放大電路，音頻信號放大電路與網絡數位訊號處理模塊中的音頻信號處理電路連接，音頻信號放大電路與音量調節電路連接；音量調節電路的輸出端後設有數字功率放大電路，數字功率放大電路與音量調節電路連接，數字功率放大電路包括數字功放IC晶片和差分放大電路，差分放大電路與數字功放IC晶片的輸入端連接。
2、 如權利要求1所述的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端，其特 徵在於所述的音頻處理模塊設有話筒信號放大電路，話筒信號放大電路與音 頻信號放大電路混合後與音量調節電路連接，音頻信號放大電路與靜音電路與 連接，靜音電路與話筒信號放大電路與數字音頻信號放大電路的混合電路連接， 話筒信號放大電路設有話筒接口 。
3、 如權利要求2所述的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端，其特徵在於所述的音頻處理模塊還設有線路信號放大電路，線路信號放大電路與 音頻信號放大電路和話筒信號放大電路混合後連與音量調節電路連接，線路信 號放大電路與靜音電路連接，靜音電路與線路信號放大電路、數字音頻信號放 大電路和話筒信號放大電路混合電路連接，線謝言號放大電路設有線路輸入接口。
4、 如權利要求2或3所述的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端， 其特徵在於所述的音頻處理模塊內設有控制功率放大電路開閉的自動節能控 制電路。
5、 如權利要求1所述的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端，其特 徵在於所述的數字功放的IC晶片為TDA8922B。
6、 如權利要求1所述的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端，其特 徵在於MCU微控制器的IC晶片為STC89C516R。
7、 如權利要求1所述的基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端，其特 徵在於所述的網絡接口電路的IC晶片為RTL8019AS， MP3解碼晶片的IC芯 片為SPCA751A。
專利摘要基於乙太網的大容量多路數字音頻網絡終端，包括網絡數位訊號處理模塊、音頻信號處理模塊和鍵盤顯示電路模塊，音頻信號處理模塊加設有話筒輸入功能和線路輸入功能，同時還設有數字功率放大電路，數字功率放大電路與音量調節電路連接，數字功率放大電路包括數字功放IC晶片和差分放大電路，差分放大電路與數字功放IC晶片的輸入端連接。本實用新型整個傳輸以及處理均是基於數位訊號，特別而且採用數字功率放大技術進行功率放大，既提高數字功放的保真度，又同時提高效率，在保證音質保真度的同時使壓縮率提高6～30倍，而且使能耗效率從原來的40％以下提升到75％以上。
文檔編號H04L12/28GK201114109SQ200720057858
公開日2008年9月10日 申請日期2007年9月30日 優先權日2007年9月30日
發明者張俊濤, 劍 方, 楊學良 申請人:張宇虹;蔡 力;楊學良