CN101924883A - 一种含嵌数字音频信号切换电路及切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含嵌数字音频信号切换电路及切换方法，所述电路包括外参考信号处理模块、时钟转换模块、SDI信号解串模块A、SDI信号解串模块B、SDI信号解嵌处理模块A、SDI信号解嵌处理模块B、同步处理模块A、同步处理模块B、特效处理及切换模块、MCU控制器、数字视频处理模块、加嵌及其它处理模块。所述的方法步骤为：先对输入的数字视频信号解嵌，再对解出的数字音频信号进行数字音频信号的同步和数字音频的静切换。本发明从数字音频同步处理模块输出的数字音频信号是同步的，实现了各个通道的数字音频信号的同步，在音频信号切走时，将音频信号慢慢减小到零，切回的音频信号慢慢增大到所需大小，保证了切换信号的流畅性。

Description

一种含嵌数字音频信号切换电路及切换方法

技术领域

本发明涉及一种含嵌数字音频信号的处理方法，更具体的说，涉及一种含嵌数字音频信号切换电路及切换方法。

背景技术

由于数字视频信号和数字音频信号的特点，可以将数字音频信号嵌入到数字视频信号中，从而实现数字视音频信号的共同传输、处理，然后在终端显示设备前再将其解嵌分离，这就是数字视音频信号的加/解嵌技术。这种技术将数字视音频信号的中间处理设备简化，但是通常情况下，对这种含嵌数字音频信号并不作特别处理，重点是对数字视频信进行处理。

现阶段处理数字视音频信号的产品有很多种，其中涉及到信号切换的有数字视音频信号矩阵、切换器、特技处理模块、播出控制设备以及一些信号监看设备等。这些产品在设计时通常将设计重点放在数字视频信号的处理上，而对含嵌的数字音频信号并不作特别处理，只要它不影响视频信号的输出图像质量就可以了。人们通常也不是特别在意临界位置音频信号的状态，即在切换点位置信号切走或切回那个时刻音频信号的状态，如是否会产生噪声、是否影响人耳的听觉。但是随着人们对产品质量要求越来越高，特别是一些专业级的处理设备，比如播出控制矩阵，或者是播出控制领域的特技切换设备，它们不仅对数字视频信号要求严格，对含嵌的数字音频信号同样要求切换过程中无噪声、不影响人耳的听觉，同时还要对数字视频信号不会产生影响、并且与之同步，以便在处理完毕之后重新嵌入。

如上所述，现有的处理方式可以归纳为两种：一种是不处理含嵌的数字音频信号，只关心数字视频信号，这必然会导致含嵌数字音频信号随着视频信号切换时在终端输出设备有切换噪声，并且可以通过人耳听到；另一种处理方式是对含嵌的数字音频信号进行独立的切换处理，但是没有做到静切换，也就是说采用了在视频切换点对音频信号进行直接切换，并没有进行相应的处理，不能保证数字音频信号的静音切换。

由此可见，如果按照常规的方式进行含嵌数字音频信号的切换处理，不能保证信号去除切换噪声，更不能对其进行特技切换处理。为此人们提出了一个概念：含嵌数字音频信号的静切换，即实现含嵌数字音频信号的无噪声切换，保证切换信号的听觉流畅性。而怎样实现含嵌数字音频信号的静切换则成为含嵌数字音频信号处理设备研发中的关键性问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既可以实现含嵌数字音频信号与视频信号同步处理、又可以实现含嵌数字音频信号无噪声切换的含嵌数字音频信号切换电路及切换方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种含嵌数字音频信号切换电路，包括外参考信号处理模块、时钟转换模块、SDI信号解串模块A、SDI信号解串模块B、SDI信号解嵌处理模块A、SDI信号解嵌处理模块B、同步处理模块A、同步处理模块B、特效处理及切换模块、MCU控制器、数字视频处理模块、加嵌及其它处理模块，所述的SDI信号解串模块A与第一路输入信号连接并依次通过SDI信号解嵌处理模块A、同步处理模块A连接到特效处理及切换模块，所述的SDI信号解串模块B与第二路输入信号连接并依次通过SDI信号解嵌处理模块B、同步处理模块B连接到特效处理及切换模块，所述的SDI信号解串模块A、SDI信号解串模块B和外参考信号处理模块分别与数字视频处理模块连接，所述的外参考信号处理模块还通过时钟转换模块分别与同步处理模块A和同步处理模块B连接，所述的MCU控制器分别与数字视频处理模块和特效处理及切换模块连接，所述的加嵌及其它处理模块的输入端分别与数字视频处理模块和特效处理及切换模块连接、输出端连接输出电路。

本发明所述的外参考信号处理模块包括常用的提取行、场信号及时钟信号的视频处理芯片。

本发明所述的时钟转换模块包括时钟转换芯片。

本发明所述的特效处理及切换模块包括特效处理模块和音频信号切换模块，采用FPGA芯片。

一种含嵌数字音频信号切换方法，包括以下步骤：

A、含嵌数字音频信号的同步：

A1、外参考信号处理模块对外参考信号进行数据解析，提取出时钟信号输送到时钟转换模块；

A2、时钟转换模块把接收到的时钟信号转换为数字音频信号同步处理模块A和同步处理模块B所需的时钟；

A3、输入的两路数字视频信号分别经SDI信号解串模块A、SDI信号解串模块B进行解串处理，然后将解串后的数据和时钟信号分别输送到SDI信号解嵌处理模块A、SDI信号解嵌处理模块B；

A4、SDI信号解嵌处理模块A、SDI信号解嵌处理模块B从接收到的SDI信号数据和时钟信号中将数字音频信号解出，并分别输送到同步处理模块A、同步处理模块B；

B、含嵌数字音频信号静切换：

B1、将同步之后的数字音频信号输入到特效处理及切换模块，该模块根据MCU控制器发送的指令进行相应的静切换处理；

B2、加嵌及其它处理模块将完成静切换的数字音频信号嵌入到相应通道的数字视频信号中进行驱动输出。

本发明所述的含嵌数字音频信号的同步是所切换信号与外参考信号的同步或两个切换信号之间的同步，即在没有外参考信号的情况下，可以先将要切换的两个含嵌数字音频信号进行同步。

本发明所述的静切换包括以下步骤：

C1、音频信号切走：当视频信号的切换点来临时，将音频信号慢慢减小到零，这个过程所需时间不固定，可以根据需求自行调整，但应小于一个视频场周期；

C2、音频信号切回：当原先的音频信号切走后，将切回的音频信号慢慢增大到所需大小，这个过程所需的时间应大于1024个采样点。

本发明所述的特效处理及切换模块中的特效处理是可选择项，包括左声道拷贝右声道、右声道拷贝左声道、左右声道互换、左右声道相加、左右声道相加除二、左右声道静音、左右声道平衡调节、左右声道音量调节、左右声道响度调节，同时可对切换时的声音进行淡入淡出、淡入快出、快入淡出、渐变过渡、快切的处理，其中速度可以选择1s、2s、4s。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明不同的数字音频同步处理模块都采用同一个时钟信号作为主时钟，即从外参考信号中提取并转换来的时钟信号作为主时钟。因此，从数字音频同步处理模块输出的数字音频信号是同步的，从而实现了各个通道的数字音频信号的同步。这将为后续的处理过程提供很大的便利，比如数字视音频信号的特技处理就必须保证信号同步之后才能进行相应的处理。

2、由于本发明在音频信号切走时，将音频信号慢慢减小到零，这个过程所需时间小于一个视频场周期，从而在信号切走时，人耳不会觉得很突兀。在音频信号的切回过程中，将信号慢慢增大到所需大小，这个过程所需的时间必须大于1024个采样点，这样才不会影响人耳的听觉，才能保证切换信号的流畅性。

3、本发明中的各个模块都采用常用的数字视频信号处理芯片，成本较低，而且设计简练，便于集成到系统中，同时也降低了后续处理的复杂程度。因此，本发明既可以独自成为一个数字视频处理产品，也可以作为一个系统中的处理模块，在实际应用中非常便利。

4、本发明不仅解决了目前普遍存在的含嵌数字音频切换过程中存在切换噪声、无法保证信号的听觉流畅性问题，而且提升了数字视音频设备对含嵌数字音频信号的处理能力，使得后续信号处理的难度降低，并且简化了整个数字视音频处理系统的复杂程度，相应的成本也会降低。

附图说明

本发明共有附图2张，其中：

图1是含嵌数字音频信号切换电路的功能示意图。

图2是含嵌数字音频信号切换方法的算法框图。

图中：1、外参考信号处理模块，2、时钟转换模块，3、SDI信号解串模块A，4、SDI信号解串模块B，5、SDI信号解嵌处理模块A，6、SDI信号解嵌处理模块B，7、同步处理模块A，8、同步处理模块B，9、特效处理及切换模块，10、MCU控制器，11、数字视频处理模块，12、加嵌及其它处理模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种含嵌数字音频信号切换电路，包括外参考信号处理模块1、时钟转换模块2、SDI信号解串模块A3、SDI信号解串模块B4、SDI信号解嵌处理模块A5、SDI信号解嵌处理模块B6、同步处理模块A7、同步处理模块B8、特效处理及切换模块9、MCU控制器10、数字视频处理模块11、加嵌及其它处理模块12，所述的SDI信号解串模块A3与第一路输入信号连接并依次通过SDI信号解嵌处理模块A5、同步处理模块A7连接到特效处理及切换模块9，所述的SDI信号解串模块B4与第二路输入信号连接并依次通过SDI信号解嵌处理模块B6、同步处理模块B8连接到特效处理及切换模块9，所述的SDI信号解串模块A3、SDI信号解串模块B4和外参考信号处理模块1分别与数字视频处理模块11连接，所述的外参考信号处理模块1还通过时钟转换模块2分别与同步处理模块A7和同步处理模块B8连接，所述的MCU控制器10分别与数字视频处理模块11和特效处理及切换模块9连接，所述的加嵌及其它处理模块12的输入端分别与数字视频处理模块11和特效处理及切换模块9连接、输出端连接输出电路。所述的外参考信号处理模块1包括常用的提取行、场信号及时钟信号的视频处理芯片。所述的时钟转换模块2包括专门的时钟转换芯片。所述的特效处理及切换模块9包括特效处理模块和音频信号切换模块。

如图2所示，一种含嵌数字音频信号切换方法，包括以下步骤：

A、含嵌数字音频信号的同步：

A1、外参考信号处理模块1对外参考信号进行数据解析，提取出时钟信号输送到时钟转换模块2；

A2、时钟转换模块2把接收到的时钟信号转换为数字音频信号同步处理模块A7和同步处理模块B8所需的时钟；

A3、输入的两路数字视频信号分别经SDI信号解串模块A3、SDI信号解串模块B4进行解串处理，然后将解串后的数据和时钟信号分别输送到SDI信号解嵌处理模块A5、SDI信号解嵌处理模块B6；

A4、SDI信号解嵌处理模块A5、SDI信号解嵌处理模块B6从接收到的SDI信号数据和时钟信号中将数字音频信号解出，并分别输送到同步处理模块A7、同步处理模块B8；

B、含嵌数字音频信号静切换：

B1、将同步之后的数字音频信号输入到特效处理及切换模块9，该模块根据MCU控制器10发送的指令进行相应的静切换处理；

B2、加嵌及其它处理模块12将完成静切换的数字音频信号嵌入到相应通道的数字视频信号中进行驱动输出。

本发明所述的含嵌数字音频信号的同步是所切换信号与外参考信号的同步或两个切换信号之间的同步，即在没有外参考信号的情况下，可以先将要切换的两个含嵌数字音频信号进行同步。

本发明所述的静切换包括以下步骤：

C1、音频信号切走：当视频信号的切换点来临时，将音频信号慢慢减小到零，这个过程所需时间不固定，可以根据需求自行调整，但应小于一个视频场周期；

C2、音频信号切回：当原先的音频信号切走后，将切回的音频信号慢慢增大到所需大小，这个过程所需的时间应大于1024个采样点。

本发明所述的特效处理及切换模块9中的特效处理是可选择项，包括左声道拷贝右声道、右声道拷贝左声道、左右声道互换、左右声道相加、左右声道相加除二、左右声道静音、左右声道平衡调节、左右声道音量调节、左右声道响度调节，同时可对切换时的声音进行淡入淡出、淡入快出、快入淡出、渐变过渡、快切的处理，其中速度可以选择1s、2s、4s。

本发明提出了一种基于同步的含嵌数字音频静切换方法，首先要对输入的数字视频信号进行解嵌操作，然后再对解出的数字音频信号进行后续的处理。处理主要包括两部分，数字音频信号的同步和数字音频的静切换。根据具体需求，可以在数字音频信号同步之后做一些信号处理，或者做数字音频信号的特技切换处理。

在图2所示的实现静切换的功能框图中，外参考信号处理模块1可以使用常用的提取行、场信号及时钟信号的视频处理芯片。时钟转换模块2可以有多种实现方式，较简单的方式是使用专门的时钟转换芯片。数字视频解串、解嵌，数字音频信号的同步等功能都有相应的功能芯片可以完成。特效处理及切换模块9可以采用多种方式来实现，可以使用FPGA、也可以采用各种相应的处理芯片进行设计。

下面对具体的音频处理过程进行进一步介绍：外参考信号Ref经过处理后将解析出的时钟CLK信号传输给时钟转换模块2。时钟转换模块2将接收到的时钟转换为数字音频信号同步模块所需的主时钟MCLK，以备同步处理时使用。输入的数字视频信号首先进行解串处理，解串后的数据和时钟信号输入到解嵌模块进行解嵌操作。解嵌出的数字音频信号是不同步的，它们分别输入到各自的同步处理模块进行同步。由于各个通道的同步处理模块采用相同的主时钟MCLK，所以经过同步处理模块的各个通道的数字音频信号是严格同步的。同步之后的数字音频信号输入到特效处理及切换模块9进行处理。该模块根据MCU控制器10发送的命令对信号进行切换操作，这些指令可以包括需要特技处理的指令或是其他的音频处理指令。需要注意的是，为了实现数字音频信号的静切换，不能对音频信号直接进行切换，必须将要切走的音频信号慢慢减小，切回的音频信号要慢慢增大，才能完成含嵌数字音频信号基于同步的静切换。

由此可见，同步之后的数字音频信号根据视频信号的切换点位置进行切换，并且切换的过程是一个渐变的过程，而不是直接硬切，这样就可以确保切换信号无噪声，保证信号的流畅性，极大的改善了本级设备输出的数字音频信号的质量，并且为数字视音频信号的后续处理提供了极大的便利。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含嵌数字音频信号切换电路，包括外参考信号处理模块(1)、SDI信号解串模块A(3)、SDI信号解串模块B(4)、SDI信号解嵌处理模块A(5)、SDI信号解嵌处理模块B(6)、数字视频处理模块(11)、加嵌及其它处理模块(12)，其特征在于：还包括时钟转换模块(2)、同步处理模块A(7)、同步处理模块B(8)、特效处理及切换模块(9)、MCU控制器(10)，所述的SDI信号解串模块A(3)与第一路输入信号连接并依次通过SDI信号解嵌处理模块A(5)、同步处理模块A(7)连接到特效处理及切换模块(9)，所述的SDI信号解串模块B(4)与第二路输入信号连接并依次通过SDI信号解嵌处理模块B(6)、同步处理模块B(8)连接到特效处理及切换模块(9)，所述的SDI信号解串模块A(3)、SDI信号解串模块B(4)和外参考信号处理模块(1)分别与数字视频处理模块(11)连接，所述的外参考信号处理模块(1)还通过时钟转换模块(2)分别与同步处理模块A(7)和同步处理模块B(8)连接，所述的MCU控制器(10)分别与数字视频处理模块(11)和特效处理及切换模块(9)连接，所述的加嵌及其它处理模块(12)的输入端分别与数字视频处理模块(11)和特效处理及切换模块(9)连接、输出端连接输出电路。

2.根据权利要求1所述的一种含嵌数字音频信号切换电路，其特征在于：所述的外参考信号处理模块(1)包括常用的提取行、场信号及时钟信号的视频处理芯片。

3.根据权利要求1所述的一种含嵌数字音频信号切换电路，其特征在于：所述的时钟转换模块(2)包括时钟转换芯片。

4.根据权利要求1所述的一种含嵌数字音频信号切换电路，其特征在于：所述的特效处理及切换模块(9)包括特效处理模块和音频信号切换模块，采用FPGA芯片。

5.一种含嵌数字音频信号切换方法，包括以下步骤：

A、含嵌数字音频信号的同步：

A1、外参考信号处理模块(1)对外参考信号进行数据解析，提取出时钟信号输送到时钟转换模块(2)；

A2、时钟转换模块(2)把接收到的时钟信号转换为数字音频信号同步处理模块A(7)和同步处理模块B(8)所需的时钟；

A3、输入的两路数字视频信号分别经SDI信号解串模块A(3)、SDI信号解串模块B(4)进行解串处理，然后将解串后的数据和时钟信号分别输送到SDI信号解嵌处理模块A(5)、SDI信号解嵌处理模块B(6)；

A4、SDI信号解嵌处理模块A(5)、SDI信号解嵌处理模块B(6)从接收到的SDI信号数据和时钟信号中将数字音频信号解出，并分别输送到同步处理模块A(7)、同步处理模块B(8)；

B、含嵌数字音频信号静切换：

B1、将同步之后的数字音频信号输入到特效处理及切换模块(9)，该模块根据MCU控制器(10)发送的指令进行相应的静切换处理；

B2、加嵌及其它处理模块(12)将完成静切换的数字音频信号嵌入到相应通道的数字视频信号中进行驱动输出。

6.根据权利要求5所述的一种含嵌数字音频信号切换方法，其特征在于：所述的含嵌数字音频信号的同步是所切换信号与外参考信号的同步或两个切换信号之间的同步，即在没有外参考信号的情况下，可以先将要切换的两个含嵌数字音频信号进行同步。

7.根据权利要求5所述的一种含嵌数字音频信号切换方法，其特征在于：所述的静切换包括以下步骤：

C1、音频信号切走：当视频信号的切换点来临时，将音频信号慢慢减小到零，这个过程所需时间不固定，可以根据需求自行调整，但应小于一个视频场周期；

C2、音频信号切回：当原先的音频信号切走后，将切回的音频信号慢慢增大到所需大小，这个过程所需的时间应大于1024个采样点。

8.根据权利要求5所述的一种含嵌数字音频信号切换方法，其特征在于：所述的特效处理及切换模块(9)中的特效处理是可选择项，包括左声道拷贝右声道、右声道拷贝左声道、左右声道互换、左右声道相加、左右声道相加除二、左右声道静音、左右声道平衡调节、左右声道音量调节、左右声道响度调节，同时可对切换时的声音进行淡入淡出、淡入快出、快入淡出、渐变过渡、快切的处理，其中速度可以选择1s、2s、4s。

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