專利名稱：多通道音頻備份系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電子設(shè)備實現(xiàn)對通道音頻信號進(jìn)行備份的電子 裝置，具體來說，涉及一種利用電子開關(guān)進(jìn)行音頻切換實現(xiàn)多通道音頻 備份系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對音頻信號進(jìn)行切換，傳統(tǒng)辦法采用手動跳線的方式實現(xiàn)，反應(yīng)速 度慢，而且對操作人員的要求高，在跳線的插拔時，還會產(chǎn)生極大的脈 沖噪聲。另外，也有采用繼電器的方式實現(xiàn)，但這種方式在切換時同樣 會產(chǎn)生巨大的脈沖噪聲，也沒有提供故障自動檢測功能。
在多通道擴(kuò)聲系統(tǒng)中，節(jié)目源的制作和播放均基于計算機(jī)控制平臺， 由于計算機(jī)平臺處理的數(shù)據(jù)量大，運(yùn)行的控制軟件多而且復(fù)雜，系統(tǒng)存 在故障停機(jī)的可能，但是，在現(xiàn)場演出中，必須保證多通道節(jié)目源安全 播放。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上的不足，本發(fā)明提供了一種多通道音頻備份系統(tǒng)，對多通
道節(jié)目源進(jìn)行100%冗余備份，即采用兩套獨立的多通道節(jié)目源， 一套為
主節(jié)目源， 一套為備份節(jié)目源，兩套節(jié)目源由多通道音頻自動備份系統(tǒng)進(jìn)行連接和管理，當(dāng)主節(jié)目源出現(xiàn)故障時，能自動快速地切換到備份節(jié) 目源，確保節(jié)目源在演出中具有極高的安全保障。另外，該發(fā)明也可以 對多通道音頻處理器進(jìn)行冗余備份，當(dāng)主處理器出現(xiàn)故障時，自動切換 到備份處理器。
多通道音頻備份系統(tǒng)包括一個多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)和至少 1個至多4個多通道音頻備份系統(tǒng)切換器，每臺多通道音頻備份系統(tǒng)切換 器最大提供八路主音頻信號輸入，八路備份音頻信號輸入。多通道音頻 備份系統(tǒng)通過控制計算機(jī)實現(xiàn)多臺聯(lián)機(jī)擴(kuò)展音頻的備份通道。
多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)基于主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)檢測 信號的輸入輸出，以及故障判斷，根據(jù)判斷結(jié)果輸出控制指令，同時負(fù) 責(zé)整個系統(tǒng)的供電。多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)包括主機(jī)單片計算機(jī) 系統(tǒng)、控制信號通訊電路、檢測信號輸入電路和檢測信號輸出電路，主 機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的狀態(tài)運(yùn)算和控制，控制信號通訊電路負(fù)責(zé)
控制主機(jī)和各臺切換器之間的通訊，以及多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī) 和控制計算機(jī)之間的通訊，檢測信號輸入電路用于檢測外部受監(jiān)控設(shè)備 的運(yùn)行狀態(tài)，判斷是否出現(xiàn)故障，檢測信號輸出電路用于向受監(jiān)控設(shè)備 提供檢測信號。
多通道音頻備份系統(tǒng)切換器基于多通道音頻矩陣，實現(xiàn)多通道音頻 信號的切換。多通道音頻備份系統(tǒng)切換器包括音頻輸入緩沖放大電路、 音頻信號矩陣切換電路、音頻輸出緩沖放大電路和切換機(jī)單片計算機(jī)系 統(tǒng)，音頻輸入緩沖放大電路負(fù)責(zé)將通道的平衡音頻信號轉(zhuǎn)換為非平衡音 頻信號，并輸入給音頻信號矩陣切換電路，音頻信號矩陣切換電路實現(xiàn) 音頻信號的路由設(shè)置，音頻輸出緩沖放大電路負(fù)責(zé)將通道的音頻信號轉(zhuǎn)換為平衡音頻信號輸出，切換機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)用于切換器和控制主機(jī) 所述多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)的檢測信號輸入電路和檢測信號
輸出電路各有4個獨立的通道，所述檢測信號輸入電路的通道相同，檢
測信號輸出電路的通道相同。
所述多通道音頻備份系統(tǒng)工作故障判斷的工作原理為主機(jī)單片計
算機(jī)系統(tǒng)對檢測輸入口進(jìn)行連續(xù)計數(shù)，判斷是否持續(xù)輸入20KHz的檢測
信號，若在固定周期內(nèi)均未能檢測到方波信號，則判斷該接口沒有檢測 信號輸入，從而判斷給該接口提供檢測信號的設(shè)備出現(xiàn)故障。固定周期
為3個周期，每個周期0.05毫秒。
所述多通道音頻備份系統(tǒng)切換器包括16個音頻輸入緩沖放大電路，
每個音頻輸入緩沖放大電路通道相同。
所述音頻信號矩陣切換電路采用16X8音頻切換矩陣。 所述音頻輸出緩沖放大電路為8個，每個音頻輸出緩沖放大電路通
道相同。
本發(fā)明的有意效果本發(fā)明采用電子開關(guān)進(jìn)行音頻切換，不但切換 速度快，而且切換時不會產(chǎn)生脈沖噪聲。還可以對多通道音頻播放器或 多通道音頻處理器的信號進(jìn)行快速切換，并且具有故障檢測功能，當(dāng)檢 測的設(shè)備出現(xiàn)故障時，能快速響應(yīng)并自動切換到備份設(shè)備，反應(yīng)時間很 短，僅需0.15毫秒，為高安全的擴(kuò)聲場合實現(xiàn)自動冗余備份功能。


圖1為多通道音頻備份系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2為多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)電路圖； 圖4為檢測信號輸入電路圖； 圖5為檢測信號輸出電路圖； 圖6為控制信號通訊電路圖7為多通道音頻備份系統(tǒng)切換器結(jié)構(gòu)示意圖8為音頻輸入緩沖放大電路圖9為音頻信號矩陣切換電路圖IO為音頻輸出緩沖放大電路圖n為切換器單片計算機(jī)系統(tǒng)電路圖12為多通道音頻播放冗余備份系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖13為多通道音頻處理器冗余備份系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
多通道音頻備份系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1，該系統(tǒng)包括兩部分，其中一部分 為多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)(下文稱控制主機(jī))，其基于主機(jī)單片計 算機(jī)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)檢測信號的輸入輸出，以及故障判斷，根據(jù)判斷結(jié) 果輸出控制指令，同時負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的供電。另一部分為多通道音頻備 份系統(tǒng)切換器(下文稱切換器)，基于多通道音頻矩陣，實現(xiàn)多通道音頻 信號的切換，系統(tǒng)最多支持四臺切換器，每臺切換器最大提供八路主音 頻信號輸入，八路備份音頻信號輸入。每套音頻備份系統(tǒng)最大支持32路 音頻信號的備份。另外，多套音頻備份系統(tǒng)可以聯(lián)機(jī)擴(kuò)展音頻的備份通 道。多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成詳見圖2，控制主機(jī)包括4 部分，即主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)電路、控制信號通訊電路、檢測信號輸入 電路和檢測信號輸出電路，其中檢測信號輸入電路和檢測信號輸出電路
各有4個獨立的通道。
單片計算機(jī)系統(tǒng)電路的搭建詳見圖3，其主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的狀態(tài)運(yùn)算和
控制。各元件的功能如下Ull及其外圍元件為單片計算機(jī)系統(tǒng)，作為
系統(tǒng)的處理核心，U12及其外圍元件構(gòu)成EEPROM，用于記錄程序數(shù)據(jù)。 檢測信號輸入電路的搭建詳見圖4，共用4個獨立的通道，每個通道 完全相同，用于檢測外部受監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷是否出現(xiàn)故障。 圖4為通道1的檢測信號輸入電路，其它3個通道完全相同，各元件的 功能如下U20A及其外圍元件構(gòu)成10倍放大器，對檢測信號放大， U20B及外圍元件構(gòu)成比較器，將正弦波的檢測信號轉(zhuǎn)換為方波信號，輸 出給Ull單片計算機(jī)進(jìn)行計數(shù)，作為第一路檢測口的故障判斷輸入接口。 檢測信號輸出電路的搭建詳見圖5，也有4個獨立的通道，每個通道 完全相同，用于向受監(jiān)控設(shè)備提供檢測信號。圖5為通道1的檢測信號 輸出電路，其它3個通道完全相同，各元件的功能如下U5A及其外圍 元件，構(gòu)成正弦波整形電路，將單片計算機(jī)系統(tǒng)提供的方波信號轉(zhuǎn)化為 正弦波信號輸出。
控制信號通訊電路的搭建詳見圖6，其負(fù)責(zé)控制主機(jī)和各臺切換器之 間的通訊，以及控制主機(jī)和控制計算機(jī)之間的通訊。各元件的功能如下 U13及其外圍元件構(gòu)成RS485總線接口， U14及其外圍元件構(gòu)成RS232 計算機(jī)接口。
系統(tǒng)工作故障判斷的工作原理如下主機(jī)單片計算機(jī)對檢測輸入口進(jìn)行連續(xù)計數(shù)，判斷是否持續(xù)輸入20KHz的檢測信號。如在三個周期內(nèi) (每個周期0.05毫秒)，均未能檢測到方波信號，則判斷該接口沒有檢測 信號輸入，從而判斷給該接口提供檢測信號的設(shè)備出現(xiàn)故障。由于采用 單片計算機(jī)計數(shù)的方式進(jìn)行故障檢測，對故障的判斷響應(yīng)時間極短，如 以三個檢測信號周期為判斷依據(jù)，響應(yīng)時間僅0.15毫秒，對擴(kuò)聲系統(tǒng)而 言，該時間非常短，人耳無法察覺。系統(tǒng)的檢測信號可以由受監(jiān)控的設(shè) 備提供，也可以由控制主機(jī)輸出。
多通道音頻備份系統(tǒng)切換器的系統(tǒng)構(gòu)成詳見圖7。包括4個部分，即 16個音頻輸入緩沖放大電路、音頻信號矩陣切換電路、音頻輸出緩沖放 大電路和切換器單片計算機(jī)系統(tǒng)。
音頻輸入緩沖放大電路的搭建詳見圖8，每臺切換器共16個音頻輸 入緩沖放大器，該圖為音頻輸入通道1的電路，其它通道完全相同，將 16通道的平衡音頻信號轉(zhuǎn)換為16通道的非平衡音頻信號，并輸入給U21 音頻矩陣。各元件的功能為U101及其外圍元件構(gòu)成放大倍數(shù)為1的緩 沖放大電路，將平衡的音頻信號轉(zhuǎn)換為非平衡的音頻信號。
音頻信號矩陣切換電路的搭建詳見圖9，為16X8音頻切換矩陣，實 現(xiàn)音頻信號的路由設(shè)置。各元件的功能如下U21為16輸入8輸出的開 關(guān)矩陣，輸入通道和輸出通道之間的路由關(guān)系可以編程設(shè)置。
音頻輸出緩沖放大電路的搭建詳見圖10，每臺切換器共8各音頻輸 出緩沖放大電路，該圖為通道l的電路，其它通道完全相同，8通道的音 頻信號轉(zhuǎn)換為平衡音頻信號輸出。各元件的功能為U301及其外圍元件 構(gòu)成放大倍數(shù)為1的音頻緩沖放大器，將非平衡音頻信號轉(zhuǎn)換為平衡音 頻信號輸出。由于采用電子開關(guān)矩陣實現(xiàn)多路音頻輸入通道和輸出通道的路由設(shè)置，其轉(zhuǎn)換速度相當(dāng)快，比用繼電器的方式進(jìn)入切換的方式快 100倍以上，而且切換時不會有噪聲的產(chǎn)生。
切換器單片計算機(jī)系統(tǒng)的搭建詳見圖11，主要用于切換器和控制主 機(jī)的通訊和系統(tǒng)控制。各元件的功能為U51及其外圍元件構(gòu)成單片計
算機(jī)控制系統(tǒng)，作為切換器的管理控制核心，U52及其外圍元件構(gòu)成 EEPROM，用于記錄程序數(shù)據(jù)；U53及其外圍元件構(gòu)成RS485總線接口， 用于和控制主機(jī)通訊。
多通道音頻備份系統(tǒng)的主要應(yīng)用有兩方面，即多通道音頻播放冗余 備份系統(tǒng)和多通道音頻處理器冗余備份系統(tǒng)。
多通道音頻播放冗余備份系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成詳見圖12，在該應(yīng)用中， 系統(tǒng)包括一臺多通道音頻播放系統(tǒng)控制主機(jī)， 一臺八通道音頻備份系統(tǒng) 切換器，以及兩臺八軌音頻播放器(一臺為主機(jī)， 一臺為備份機(jī))。主音 頻播放器具有八路音頻輸出，將其中的第八通道接入到控制主機(jī)的第一
路檢測信號輸入口。系統(tǒng)的工作原理分析以下在八軌音頻播放器中，
第八軌預(yù)錄20KHz的正弦波信號，其它七個音頻軌道記錄節(jié)目信號，兩 臺播放器錄制相同的節(jié)目信號，由同步播放控制器進(jìn)行控制，實現(xiàn)同步 播放。在演出中，當(dāng)主八軌音頻播放器進(jìn)行節(jié)目播放時，它的第八通道 上持續(xù)播放20KHz的檢測信號，同時，備份八軌音頻播放器也同步進(jìn)行 節(jié)目播放。當(dāng)主八軌音頻播放器出現(xiàn)死機(jī)等故障時，其第八通道將不能 輸出20KHz的音頻信號，控制主機(jī)將快速檢測到主八軌音頻播放器出現(xiàn) 故障，立即向切換器輸入切換指令，將備份音頻播放器播放的節(jié)目信號 作為工作節(jié)目信號輸出，實現(xiàn)音頻播放器的自動備份。
多通道音頻處理器冗余備份系統(tǒng)的構(gòu)成詳見圖13，在該應(yīng)用中，系統(tǒng)包括一臺多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)， 一臺八通道音頻備份系統(tǒng)切 換器，以及兩臺四進(jìn)八出音頻處理器(一臺為主機(jī)， 一臺為備份機(jī))。控 制主機(jī)輸出的第一路檢測信號接入兩臺音頻處理器的第四個輸入接口， 經(jīng)音頻處理器處理后由第八通道輸出，主處理器的檢測信號輸入到控制 主機(jī)的第一路檢測信號輸入口 ，備份處理器的檢測信號輸入到控制主機(jī) 的第二路檢測信號輸入口。系統(tǒng)的工作原理分析如下主擴(kuò)聲系統(tǒng)音頻 輸出信號同時輸入到兩臺四進(jìn)八出音頻處理器，兩臺音頻處理器的輸出 信號同時饋入給切換器，當(dāng)主音頻處理器工作正常時，切換器輸出主音 頻處理器的信號，當(dāng)主音頻處理器出現(xiàn)故障時，切換器輸出備份音頻處 理器的信號。控制主機(jī)在第一路檢測信號輸出口輸出20KHZ的正弦波信 號，經(jīng)兩臺處理器后分別接入第一路和第二路檢測信號輸入口進(jìn)行檢測， 當(dāng)主音頻處理器或備份音頻處理器出現(xiàn)故障時，控制主機(jī)將能快速檢測 到，并立即向切換器輸入控制指令。將切換器的輸出通道切換到工作正 常的音頻處理器的輸出信號，實現(xiàn)音頻處理器的自動備份。
權(quán)利要求
1、一種多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，它包括一個多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)和多通道音頻備份系統(tǒng)切換器，多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)基于主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)檢測信號的輸入輸出，以及故障判斷，根據(jù)判斷結(jié)果輸出控制指令，同時負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的供電，多通道音頻備份系統(tǒng)切換器基于多通道音頻矩陣，實現(xiàn)多通道音頻信號的切換多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)包括主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)、控制信號通訊電路、檢測信號輸入電路和檢測信號輸出電路，主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的狀態(tài)運(yùn)算和控制，控制信號通訊電路負(fù)責(zé)控制主機(jī)和各臺切換器之間的通訊，以及多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)和控制計算機(jī)之間的通訊，檢測信號輸入電路用于檢測外部受監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷是否出現(xiàn)故障，檢測信號輸出電路用于向受監(jiān)控設(shè)備提供檢測信號；多通道音頻備份系統(tǒng)切換器包括音頻輸入緩沖放大電路、音頻信號矩陣切換電路、音頻輸出緩沖放大電路和切換機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)，音頻輸入緩沖放大電路負(fù)責(zé)將通道的平衡音頻信號轉(zhuǎn)換為非平衡音頻信號，并輸入給音頻信號矩陣切換電路，音頻信號矩陣切換電路實現(xiàn)音頻信號的路由設(shè)置，音頻輸出緩沖放大電路負(fù)責(zé)將通道的音頻信號轉(zhuǎn)換為平衡音頻信號輸出，切換機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)用于切換器和控制主機(jī)的通訊和系統(tǒng)控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道音頻備份系統(tǒng)通過控制計算機(jī)實現(xiàn)多臺聯(lián)機(jī)擴(kuò)展音頻的備份通道。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述 多通道音頻備份系統(tǒng)最多支持四臺多通道音頻備份系統(tǒng)切換器，每臺多 通道音頻備份系統(tǒng)切換器最大提供八路主音頻信號輸入，八路備份音頻 信號輸入。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述 多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)的檢測信號輸入電路和檢測信號輸出電路 各有4個獨立的通道，所述檢測信號輸入電路的通道相同，檢測信號輸 出電路的通道相同。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道音頻備份系統(tǒng)工作故障判斷的工作原理為主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)對檢測輸入口進(jìn)行連續(xù)計數(shù)，判斷是否持續(xù)輸入20KHz的檢測信號，若在固定周期內(nèi)均未能檢測到方波信號，則判斷該接口沒有檢測信號輸入， 從而判斷給該接口提供檢測信號的設(shè)備出現(xiàn)故障。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述 固定周期為3個周期，每個周期0.05毫秒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述 多通道音頻備份系統(tǒng)切換器包括16個音頻輸入緩沖放大電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述 16個音頻輸入緩沖放大電路通道相同。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述 音頻信號矩陣切換電路采用16X8音頻切換矩陣。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道音頻備份系統(tǒng)，其特征在于，所述音頻輸出緩沖放大電路為8個，每個音頻輸出緩沖放大電路通道相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用電子開關(guān)進(jìn)行音頻切換實現(xiàn)多通道音頻備份系統(tǒng)，它包括一個多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)和多通道音頻備份系統(tǒng)切換器，多通道音頻備份系統(tǒng)控制主機(jī)基于主機(jī)單片計算機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)檢測信號的輸入輸出，以及故障判斷，根據(jù)判斷結(jié)果輸出控制指令，同時負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的供電，多通道音頻備份系統(tǒng)切換器基于多通道音頻矩陣，實現(xiàn)多通道音頻信號的切換。本發(fā)明采用電子開關(guān)進(jìn)行音頻切換，不但切換速度快，而且切換時不會產(chǎn)生脈沖噪聲，還可以對多通道音頻播放器或多通道音頻處理器的信號進(jìn)行快速切換，并且具有故障檢測功能，當(dāng)檢測的設(shè)備出現(xiàn)故障時，能快速響應(yīng)并自動切換到備份設(shè)備，反應(yīng)時間短，為高安全的擴(kuò)聲場合實現(xiàn)自動冗余備份。
文檔編號H04R29/00GK101494818SQ20081022044
公開日2009年7月29日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者李志雄, 李榮芳, 柯建偉 申請人:廣州勵豐聲光科技有限公司