數字音頻切換器的設計與實現

張本營

【摘要】 數字音頻切換器是專門為各級廣播電臺制作部門、播出系統、總控系統和發射系統而設計。主要用于播控中心或發射臺的音頻通路中，它可以自動檢測系統中有無音頻信號，根據所設置的優先級（本設計以第一路為最高優先級別）并自動地進行切換，確保播出系統中始終有音頻信號播出，從而降低了系統停播率，也為實現無人值班提供了可靠的技術保障。

【關鍵詞】 數字音頻 智能切換 斷電直通 手動切換

一、現狀

隨著廣播電視事業的快速發展，國內各廣播電臺陸續開始進行技術革新，廣播的播出平臺由原來的模擬播出逐漸過渡到數字播出平臺，同時播出節目的套數越來越多，特別是總控機房的改建，對廣播電視安全可靠播出的要求也越來越高，安全播出是廣電行業的生命線，這不僅要求值班人員要進一步強化安全播出意識，更重要的是要提高我們的安全播出手段，提高我們設備安全性、穩定性及可靠性，避免停播事故。作為信號源，數字信號逐步取代模擬信號，目前各發射臺廣播信號源基本上更新為AES/EBU數字音頻信號，要求各頻率信號源送入發射機之前要進行信號均衡、時鐘恢復、自動切換、手動選擇、模擬監聽、斷電直通以及雙電源熱備份供電等功能。

廣播電視部門的播出總控機房需要監視多路信號源，選擇切換其中一路作為播出信號。另外，還需要監視發射機發送信號之后的接收信號，以幫助值班人員判斷播出是否正常。對于由人工監視播出情況，手動進行信號切換，效率低、切換速度慢。如果需要播出多套節目，更增加了值班人員的工作壓力。為了保證安全優質播出，使設備的管理自動化、科學化，減輕值班人員的勞動強度，我們自主開發了數字音頻切換器，用于信號源、信號監視和信號源的自動切換。

數字音頻切換器是廣播電臺播出系統中的中心設備，它可以從四路輸入信號中選擇一路信號送到發射機發射和監視，輸出兩路AES/EBU數字音頻信號用于播出、一路模擬立體聲音頻信號用于監視器監聽。該切換器可以自動切換，也可以通過按鍵操作控制，達到切換通道的目的。

二、主要內容

控制電路由Atmel公司的AT89S52單片機構成，AT89S52是一個低功耗，高性能，CMOS 8位單片機，片內含8k Bytes ISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制造，功能強大的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。數字音頻處理芯片具有時鐘恢復、結構再生、自動糾錯功能，該芯片采樣頻率范圍寬，能夠產生各種狀態報告；接收器，滿足國際ESD 標準要求，是同類產品中首批通過嚴格的、工業界公認的內置ESD保護標準測試的芯片。數字切換開關模塊選擇54LS151數據選擇器，有八路輸入，完全滿足電路要求，如果正在使用的信號源出現了問題，經AT89S52判斷處理以決定實時切入第幾路信號輸出，每路信號源的優先級可以事先設定。單片機AT89S52做信號源檢測及發光二極管顯示。該設備只能在輸入信號的端口之間切換，沒有信號的端口切換無效，這樣有效地避免了由于誤切至空端而影響安全播出的情況，實用性很強，該設計原理框圖如圖1所示。

本項目充分考慮并滿足抗干擾性的設計要求，比如在電路關鍵芯片的電源附近加接退耦電容濾波以降低干擾，電路板采用雙面環繞地，降低了電磁干擾，可以有效降低干擾，使用線性電源對數字電路系統運行至關重要。

主要技術指標1）數字音頻輸入/輸出電平：最大7Vpp；2）采用的標準：AES/EBU；3）數字音頻平衡輸入輸出阻抗：110Ω±20% ；4）采樣頻率：48KHz/44.1KHz/32KHz；

本切換器檢測輸入音頻信號，同時具有檢測信號失鎖、CRC、奇偶校驗、違反雙相位編碼等數字音頻錯誤。與相關切換器相比，本切換器的性能指標明顯優于國內外其他廠家，且具有較完善的功能，具有很高的應用前景，能夠產生很好的經濟效益。

結束語：數字音頻切換器成功地實現了對信號的檢測和信號源的自動切換，其運行穩定可靠，可以實現廣播信號的監聽，無信號時自動切換信號，可以廣泛應用于廣播電臺、電視臺專業音頻節目制作、傳輸通路的數字音頻信號傳輸系統，專業數字音頻設備應用系統中進行信號分配、信號源備份及監測臺站，專業音響工程中多路音頻信號的傳輸。經過我們一年多來的現場測試和應用，四選二數字音頻切換器運行安全穩定，各項指標運行正常，沒有出現誤切換現象，有效地保證了安全播出，為廣播電視智能化播出做出了貢獻。

參 考 文 獻

[1] 張迎新，單片機原理及應用，北京：電子工業出版社，2004.10；

[2] 杜樹春，集成運算放大器應用經典實例，北京：電子工業出版社，2005-10；

[3] 韓憲柱，數字音頻技術及應用，中國廣播影視出版社，2003.1。