專利名稱：：多路輸入音頻混合交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種音頻信號(hào)的混合處理裝置，特別是一種具有良好切換功能的多路輸入音頻混合交換裝置。
背景技術(shù)：
：目前，音頻交換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的"無(wú)中心交換"。無(wú)中心的交換模式是基于專門的音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，建立和以太網(wǎng)類似的數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)包級(jí)的音頻信號(hào)的網(wǎng)上實(shí)時(shí)交換。系統(tǒng)中控制信號(hào)和音頻信號(hào)同網(wǎng)傳輸，且各部分獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)中心設(shè)備。無(wú)中心交換模式的擴(kuò)展性強(qiáng)，在大型交換系統(tǒng)中已有使用，如廣播電臺(tái)、電視臺(tái)等，但當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)阻塞、丟包率增加等情況時(shí)，終端接收到的話音質(zhì)量就會(huì)明顯下降。并且實(shí)現(xiàn)無(wú)中心交換所需的設(shè)備及算法較復(fù)雜，短期內(nèi)難以大規(guī)模實(shí)現(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多路輸入音頻混合交換裝置，從而解決中、大容量的交換矩陣設(shè)計(jì)以及信號(hào)混合問(wèn)題。技術(shù)方案本實(shí)用新型公開了一種多路輸入音頻混合交換裝置，包括以下模塊輸入音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)信源輸入的多路音頻信號(hào)的音量；模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)；音頻信號(hào)處理模塊，用于對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行交換、混合；數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊，同于將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)；輸出音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)輸出音量，并將模擬音頻信號(hào)輸出到信宿。所述輸入音量調(diào)節(jié)模塊、模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、音頻信號(hào)處理模塊、數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊、輸出音量調(diào)節(jié)模塊依次串聯(lián)。本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述輸入音量調(diào)節(jié)模塊為PGA4311音量控制芯片。本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為PCM4204四通道音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換及輸出音量調(diào)節(jié)模塊為PCM1681八通道音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，所述數(shù)字音頻信號(hào)的傳輸格式采用24bit左對(duì)齊串行PCM編碼。[0014]本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述音頻信號(hào)處理模塊為FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。[0015]本技術(shù)方案利用FPGA構(gòu)建數(shù)字電路交換矩陣，實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻信號(hào)的交換與混合。[0016]有益效果本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的交換與混合；2、采用FPGA器件，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)交換容量，利用FPGA器件運(yùn)行速度快、編程自由度高的特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)交換容量，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)更大容量的矩陣設(shè)計(jì)(普通的交換矩陣芯片交換容量一般為8X8，利用本實(shí)用新型可以輕松實(shí)現(xiàn)16X16或者32X32，容量上限視使用的FPGA芯片的邏輯單元數(shù)量而定)；3、采用硬件數(shù)字電路交換，同時(shí)傳輸延遲統(tǒng)一性高，利于后續(xù)信號(hào)處理；4、實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的混合輸出，大部分交換矩陣芯片沒有或者只有部分混合功能，只能實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量?jī)?nèi)的信號(hào)混以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本實(shí)用新型的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。[0018]圖1為本實(shí)用新型的信號(hào)處理流程圖。[0019]圖2為本實(shí)用新型中模塊連接圖。圖3為本實(shí)用新型中FPGA內(nèi)部時(shí)鐘模塊工作時(shí)序圖。[0021]圖4為本實(shí)用新型中FPGA內(nèi)部交換矩陣模塊原理圖。[0022]圖5為本實(shí)用新型中混合模塊原理圖。[0023]圖6為本實(shí)用新型中FPGA內(nèi)信號(hào)流程圖。具體實(shí)施方式如圖1所示本實(shí)用新型公開了一種多路輸入音頻混合交換裝置，包括以下模塊輸入音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)信源輸入的多路音頻信號(hào)的音量；模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)；音頻信號(hào)處理模塊，用于對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行交換、混合；數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊，同于將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)；輸出音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)輸出音量，并將模擬音頻信號(hào)輸出到信宿。所述輸入音量調(diào)節(jié)模塊、模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、音頻信號(hào)處理模塊、數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊、輸出音量調(diào)節(jié)模塊依次串聯(lián)在輸入的信源以及輸出的信宿之間。所述五大功能模塊中模_數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為多路，由輸入信號(hào)信道數(shù)量決定；數(shù)_模轉(zhuǎn)換模塊為多路，由輸出信號(hào)信道數(shù)量決定；輸入音量調(diào)節(jié)模塊為可選，多路，由輸入信號(hào)信道數(shù)量決定；輸出音量調(diào)節(jié)模塊為可選，多路，由輸出信號(hào)信道數(shù)量決定。[0032]本實(shí)用新型中，所述輸入音量調(diào)節(jié)模塊為PGA4311音量控制芯片。所述模_數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為PCM4204四通道音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換及輸出音量調(diào)節(jié)模塊為PCM1681八通道音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，所述數(shù)字音頻信號(hào)的傳輸格式采用24bit左對(duì)齊串行PCM編碼。所述音頻信號(hào)處理模塊為FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。當(dāng)然也采用其他器件替代設(shè)計(jì)中使用的專用集成電路PGA4311、PCM4204、PCM1681實(shí)現(xiàn)，例如采用DSP(DigitalSignalProcesser，數(shù)字音頻信號(hào)處理器)器件替代FPGA實(shí)現(xiàn)交換矩陣和混合功能。采用其他種類的接口，如1IC、SPI或者UART代替GPIO與FPGA進(jìn)行通信，控制轉(zhuǎn)接操作。本實(shí)用新型中，所述FPGA內(nèi)部包含串/并轉(zhuǎn)換、交換矩陣、混合、并/串轉(zhuǎn)換、矩陣控制和時(shí)鐘模塊。各模塊間連接關(guān)系如圖2所示。FPGA內(nèi)部信號(hào)流程為串行數(shù)字音頻信號(hào)送入FPGA內(nèi)部以后，首先經(jīng)由串/并轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為并行數(shù)字音頻信號(hào)，然后進(jìn)入交換矩陣模塊，根據(jù)設(shè)定好的路徑傳送至指定的混合模塊，再經(jīng)由并/串轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為串行PCM編碼數(shù)據(jù)送出。本實(shí)用新型中，所述FPGA內(nèi)部各模塊的功能簡(jiǎn)介如下[0036]1)時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊的功能是為串/并、并/串轉(zhuǎn)換模塊和模_數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供統(tǒng)一的全局時(shí)鐘。采用統(tǒng)一時(shí)鐘可以有效地避免各模塊之間產(chǎn)生時(shí)間差，影響信號(hào)混合效果。[0038]本實(shí)用新型中，模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換芯片均工作于被動(dòng)模式(SlaveMode)，使用左對(duì)齊(LeftJustified)24bitPCM編碼方式傳輸數(shù)字音頻信號(hào)，由FPGA提供三個(gè)時(shí)鐘信號(hào)系統(tǒng)時(shí)鐘(SCK)、位時(shí)鐘(BCK)和聲道時(shí)鐘(LRCK)，其工作時(shí)序如圖3所示。[0039]其中，各時(shí)鐘頻率由采樣頻率(fs)決定[0040]f腦=fs;[0041]fBCK=64fs;[0042]fSCK=256fs;本實(shí)用新型中，采樣頻率&為96KHz，聲道頻率fmK為96KHz，位時(shí)鐘fBCK為6.144MHz，系統(tǒng)時(shí)鐘fSCK為24.576MHz。本模塊采用一個(gè)50MHz的時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)分頻生成以上各個(gè)時(shí)鐘。實(shí)際生成的fSCK為25MHz,fBCK為6.25MHz，f腦和fs為97.7KHz。以上選擇是基于選用的模_數(shù)和數(shù)_模轉(zhuǎn)換芯片特性決定的，兼顧音頻信號(hào)的質(zhì)量以及系統(tǒng)的處理速度，是經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終獲得的最佳配合點(diǎn)。[0044]2)串/并轉(zhuǎn)換模塊串/并轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將PCM4204輸入的串行PCM編碼轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，送入交換矩陣模塊進(jìn)行處理。本模塊通過(guò)一個(gè)移位寄存器來(lái)存儲(chǔ)串行數(shù)據(jù)，根據(jù)聲道時(shí)鐘(LRCK)的動(dòng)作來(lái)控制并行輸出。[0046]3)交換矩陣模塊以mXn交換矩陣為例，交換矩陣模塊的工作原理是一個(gè)m轉(zhuǎn)mXn的分配器，將每一路輸入分配為n路，分別送入每一路輸出的混合模塊中。其原理圖如圖4所示。[0048]4)混合模塊該模塊由數(shù)據(jù)緩沖寄存器和加法器兩部分組成，如圖5所示。輸入緩存讀取控制端口的狀態(tài)，然后判斷各個(gè)輸入是否有效，即是否送入到輸出端口。若某輸入端口有效，則將該端口數(shù)據(jù)直接送入加法器；若無(wú)效則送出數(shù)據(jù)0。加法器完成16個(gè)24bit二進(jìn)制數(shù)據(jù)的加法，當(dāng)結(jié)果大于0xFFFF時(shí)輸出0xFFFF，小于0xFFFF時(shí)輸出原加法結(jié)果。[0050]5)并/串轉(zhuǎn)換模塊該模塊負(fù)責(zé)將混合模塊輸出的24bit并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為PCM1681能夠接收的串行PCM編碼。模塊內(nèi)部通過(guò)一個(gè)移位寄存器產(chǎn)生串行輸出，根據(jù)聲道時(shí)鐘(LRCK)的動(dòng)作判斷讀取并行輸入。6)矩陣控制模塊該模塊的功能為接收外部控制單元的命令，控制矩陣實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接操作。以16X16矩陣為例FPGA保留10個(gè)GPIO作為使能控制端口，具體定義見表1:表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>EN(使能信號(hào))lbit，上升沿觸發(fā)FPGA讀取控制端口數(shù)據(jù)；[0059]Output(輸出端口選擇)4bit，選擇0-15號(hào)端口；[0060]Input(輸入端口選擇)4bit，選擇0-15號(hào)端口；[0061]K(連接狀態(tài)選擇)lbit，l表示接通，O表示斷開。使用時(shí)，先選擇需要進(jìn)行操作的輸入和輸出端口以及操作狀態(tài)，然后向EN輸入高電平，觸發(fā)控制電路進(jìn)行工作，將選擇的輸入與輸出信號(hào)相連接或斷開。例如[0063]Output=0010;選擇Out_2[0064]Input=0001;選擇In_l[0065]K=1;連接EN=1;觸發(fā)讀取動(dòng)作，將Out_2與In_l連接[0067]Output=0110;選擇Out_6[0068]Input=0011;選擇In_3[0069]K=0;斷開EN=1;觸發(fā)讀取動(dòng)作，將Out_6與In_3斷開模塊內(nèi)部建立16組16bit寄存器，形成一個(gè)矩陣表。其中，每組寄存器代表輸出端口，該組中的每個(gè)bit代表對(duì)應(yīng)的輸入端口，表中的元素代表相應(yīng)的輸入與輸出之間的連接關(guān)系，O表示斷開，1表示連接。本實(shí)用新型中，使用音量控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)ai和bj，使用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)矩陣N和多路加法器，系統(tǒng)信號(hào)流程圖如圖6所示。圖中的乘法器使用音量控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換由專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，虛線框內(nèi)的部分都由FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括并-串轉(zhuǎn)換、mXn開關(guān)矩陣、加法器和并、串轉(zhuǎn)換。信號(hào)的交換和混合由開關(guān)矩陣結(jié)合加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中加法器m個(gè)輸入端，l個(gè)輸出端，輸出結(jié)果為m個(gè)輸入的相加和。首先將n個(gè)輸入信號(hào)中的每一路分配為m路，分別送入m個(gè)加法器中。這樣將n路輸入分配為mXn路，再由mXn個(gè)開關(guān)來(lái)控制輸入信號(hào)的流向。若riij=l，即該開關(guān)導(dǎo)通，輸入i交換到輸出j，將第i路信號(hào)數(shù)值送入第j路的加法器的第i個(gè)輸入端；若n".=0，即該開關(guān)斷開，輸入i不交換到輸出j，將第j路加法器的第i個(gè)輸入端置零。加法器將所有輸入端口的數(shù)據(jù)相加，得出最終混合結(jié)果。由此完成信號(hào)的交換和混合。本實(shí)用新型提供了一種多路輸入音頻混合交換裝置的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部份均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。權(quán)利要求一種多路輸入音頻混合交換裝置，其特征在于，包括以下模塊輸入音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)信源輸入的多路音頻信號(hào)的音量；模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)；音頻信號(hào)處理模塊，用于對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行交換、混合；數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊，同于將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)；輸出音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)輸出音量，并將模擬音頻信號(hào)輸出到信宿；所述音量調(diào)節(jié)模塊、模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、音頻信號(hào)處理模塊、數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊、輸出音量調(diào)節(jié)模塊依次串聯(lián)；所述音頻信號(hào)處理模塊為FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路輸入音頻混合交換裝置，其特征在于，所述輸入音量調(diào)節(jié)模塊為PGA4311音量控制芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的多路輸入音頻混合交換裝置，其特征在于，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為PCM4204四通道音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路輸入音頻混合交換裝置，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換及輸出音量調(diào)節(jié)模塊為PCM1681八通道音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，所述數(shù)字音頻信號(hào)的傳輸格式采用24bit左對(duì)齊串行PCM編碼。專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多路輸入音頻混合交換裝置，包括以下模塊輸入音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)信源輸入的多路音頻信號(hào)的音量；模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)；音頻信號(hào)處理模塊，用于對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行交換、混合；數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊，同于將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)；輸出音量調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)輸出音量，并將模擬音頻信號(hào)輸出到信宿。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的交換與混合；2、采用FPGA器件，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)交換容量，實(shí)現(xiàn)多路音頻信號(hào)交換，如16×16、32×32等，容量上限視使用的FPGA芯片的邏輯單元數(shù)量而定。文檔編號(hào)H04S7/00GK201450583SQ20092003926公開日2010年5月5日申請(qǐng)日期2009年5月5日優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日發(fā)明者劉揚(yáng)申請(qǐng)人:南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司