CN104243233A - 一种基于ip协议数据的音频信号自动检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IP协议数据的音频信号自动检测方法及系统，模拟音频检测设备中，外部的模拟音源连接第一继电器，第一继电器连接高阻抗电阻网络，高阻抗电阻网络连接第一运算放大器，第一运算放大器连接第一主控单片机，第一主控单片机分别连接第一网络模块和第一串口模块，第一网络模块连接主机；数字音频检测设备中，外部的数字音源通过数字音频输入线连接第二继电器和第二主控单片机，第二主控单片机分别通过电路连接第二网络模块和第二串口模块，第二网络模块通过网线连接路由器，路由器通过网线连接主机。本系统能够进行电台音频信号检测，用于判定设备或连接线路故障，快速恢复播音。

Description

一种基于IP协议数据的音频信号自动检测方法及检测系统

技术领域

本发明属于音频信号自动检测技术领域，涉及一种基于IP协议数据的音频信号自动检测方法及检测系统。

背景技术

目前，国内广播电台自动播出系统已经设计很完善，该系统充分考虑到多路、多种信号在播出过程能达到及时、准确、自动切换。以地级市广播电台播出系统为例，系统共包含五套节目有六个直播间、四个自动播出站、四个备用播出站、一个演播室。多个卫星信号和各种来至现场的信号等多路音频信号需要同时调派，这些信号中又有多种格式的信号，如：各种格式的数字信号；平衡模拟信号和非平衡模拟信号。其中非平衡模拟信号可能又有各种阻抗不同的非平衡信号。这些多种格式的信号进入到主备控制系统前都要经过格式转换变成标准信号后再进入到主控系统。主控系统采用全数字传输方式，传输格式采用AES/EBU(音频工程师协会/欧洲广播联盟)专业数字音频格式。备用系统采用模拟音频方式传输，传输格式采用600Ω平衡模拟信号。当这些信号经过各种格式转换以后进入到主备两个进口音频矩阵的输入端。经过自动控制的软件，按节目单的设定就可以及时、准确的给每一套节目的输出端上提供相应的信号实现自动播出。自动广播播出系统实现了全自动播出，也可以做到无人值守，同时人工在有授权的情况下可以随时插播调用节目播出(应对各种特殊重大的播出)。

广播电台同时控制多套广播节目的编辑、制作、播出；为此需要为广播电台控制系统在最开始安装设计时就整体考虑网上播出及媒体资产管理设计方案。设计方案是基于硬盘播出和总控系统融为一体的思路。为实现广播电台的自动检测与控制，需要将所有广播信号转换成符合IP协议的公共数据，同时编制专用控制系统用于对所有播出的音频信号进行自动检测和控制。

为保证广播自动播出控制系统能万无一失，与之对应的自动检测控制系统和故障紧急自动排除系统就显得尤为重要，当出现停播、劣播故障时系统自动报警采取切换播出，保证不停播。故障解决后，系统能自动恢复播出状态。本发明设计出基于IP协议数据的音频信号自动检测方法和检测系统来实现对广播电台播出系统音频信号自动检测和故障排除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于IP协议数据的音频信号自动检测方法，进行电台音频信号检测，用于判定设备或连接线路故障，用于指导维修人员及时排除故障，快速恢复播音。

本发明的目的还在于提供基于IP协议数据的音频信号自动检测系统。

本发明提供一种基于IP协议数据的音频信号自动检测的方法，按照以下步骤进行：

步骤1：输入模拟音频信号或AES/EBU标准数字音频信号至继电器；

步骤2：当音频信号检测设备不开机时，继电器断开，输入接口直接接到输出接口，继电器将模拟音频信号或AES/EBU标准数字音频信号输出，此时音频信号检测设备的工作状态不影响整个广播电台播出系统工作；当音频信号检测设备开机时，继电器连通，模拟音频信号进入高阻抗电阻网络；AES/EBU标准数字音频信号直接进入运算放大器。

步骤3：高阻抗电阻网络相对阻值高，分取极少部分模拟音频信号功率进入下一级运算放大器，绝大部分模拟音频信号功率送回到继电器，通过继电器输出；

步骤4：运算放大器对输入的信号放大，将放大后的信号输入给主控单片机进行检测；

步骤5：主控单片机将放大后的信号生成信号强度编码数据，编码规格为10bit，2字节，共1024种状态，分别代表不同的信号电平，分析信号电平即可根据电平大小和持续时间来判定音频信号是否正常；

步骤6：RS232接口模块接入主控单片机数据口，用于人工配置该音频信号检测设备的IP地址；

步骤7：主控单片机将编码数据和配置好的IP地址发送至网络模块，网络模块将编码数据并加上每一路的地址标号，然后包装成标准IP协议数据通过网线发送给路由器，路由器将IP协议数据发送给主机，主机对数据进行处理。

本发明提供一种基于IP协议数据的音频信号自动检测系统，包括模拟音频检测设备、数字音频检测设备、路由器和主机；

模拟音频检测设备中，外部的模拟音源通过模拟音频输入线连接第一继电器，第一继电器通过电路连接高阻抗电阻网络，高阻抗电阻网络通过电路连接第一运算放大器，第一运算放大器通过电路连接第一主控单片机，第一主控单片机分别通过电路连接第一网络模块和第一串口模块，第一网络模块通过网线连接主机；

数字音频检测设备中，外部的数字音源通过数字音频输入线连接第二继电器，第二继电器通过电路连接第二运算放大器，第二运算放大器通过电路连接第二主控单片机，第二主控单片机分别通过电路连接第二网络模块和第二串口模块，第二网络模块通过网线连接路由器，路由器通过网线连接主机。

进一步，所述第一继电器和第二继电器的型号为HRS2H-S-DC-12V-N；所述第一运算放大器和第二运算放大器的型号为NE5532；所述第一主控单片机和第二主控单片机的型号为AT89C51；所述第一网络模块和第二网络模块的型号为RTL8019AS；所述第一串口模块和第二串口模块的型号为MAX232。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是本发明控制设备硬件外接口图；

图中，1.模拟音频检测设备，2.数字音频检测设备，3.路由器，4.主机，101.第一继电器，102.高阻抗电阻网络，103.第一运算放大器，104.第一主控单片机，105.第一网络模块，201.第二继电器，202.第二运算放大器，203.第二主控单片机，204.第二网络模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

音频信号检测设备分两种型号，分别对模拟音频信号进行检测，或对AES/EBU标准数字音频信号进行检测，主要音频检测步骤如下：

步骤1：输入模拟音频信号或AES/EBU标准数字音频信号至继电器；

步骤2：当音频信号检测设备不开机时，继电器断开，输入接口直接接到输出接口，继电器将原模拟音频信号或AES/EBU标准数字音频信号输出，此时音频信号检测设备的工作状态不影响整个广播电台播出系统工作；当音频信号检测设备开机时，继电器连通，模拟音频信号进入高阻抗电阻网络；AES/EBU标准数字音频信号进入运算放大器；

步骤3：高阻抗电阻网络相对阻值高，分取极少部分模拟音频信号功率进入下一级运算放大器，绝大部分信号功率送回到继电器，通过继电器输出；

步骤4：运算放大器对输入的信号放大，将放大后的信号输入给主控单片机进行检测；

步骤5：主控单片机将放大后的信号生成信号强度编码，编码规格为10bit，2字节，共1024种状态，分别代表不同的信号电平，分析信号电平即可根据电平大小和持续时间来判定音频信号是否正常；

步骤6：RS232接口模块接入主控单片机数据口，用于外接工控计算机串口输入，人工配置该音频信号检测设备的IP地址。

步骤7：将编码发送给网络模块，网络模块生成一个标准的以太网物理传输帧；

标准的以太网物理传输帧由七部分组成(如表1所示，单位：字节)。

表1以太网的物理传输帧结构表

PR

SD

DA

SA

TYPE

DATA

FCS

同步位

分隔位

目的地址

源地址

类型字段

数据段

帧校验序列

7

1

6

6

2

46～1500

4

除了数据段的长度不定外，其他部分的长度固定不变。数据段为46～1500字节。以太网规定整个传输包的最大长度不能超过1514字节(14字节为DA、SA、TYPE)，最小不能小于60字节。除去DA、SA、TYPE14字节，还必须传输46字节的数据，当数据段的数据不足46字节时需填充，填充字符的个数不包括在长度字段里；超过1500字节时，需拆成多个帧传送。网络模块的IP地址由RS232接口人工配置。

如图1所示为音频信号自动检测系统，图1(a)为模拟音频检测系统、图1(b)为数字音频检测系统。

模拟音频检测设备1中，外部的模拟音源通过模拟音频输入线连接第一继电器101，第一继电器101通过电路连接高阻抗电阻网络102，高阻抗电阻网络102通过电路连接第一运算放大器103，第一运算放大器103通过电路连接第一主控单片机104，第一主控单片机104分别通过电路连接第一网络模块105和第一串口模块106，第一网络模块105通过网线接路由器3，路由器3通过网线连接主机4；

数字音频检测设备2中，外部的数字音源通过数字音频输入线连接第二继电器201，第二继电器201通过电路连接第二运算放大器202，第二运算放大器202通过电路连接第二主控单片机203，第二主控单片机203分别通过电路连接第二网络模块204和第二串口模块205，第二网络模块204通过网线连接路由器3，路由器3通过网线连接主机4。

所述第一继电器101和第二继电器201的型号为HRS2H-S-DC-12V-N；所述第一运算放大器103和第二运算放大器202的型号为NE5532；所述第一主控单片机104和第二主控单片机203的型号为AT89C51；所述第一网络模块105和第二网络模块204的型号为RTL8019AS；所述第一串口模块106和第二串口模块205的型号为MAX232。

音频检测系统主要模块：

1、继电器HRS2H-S-DC-12V-N功能和性能：

吸合电压：<9V

释放电压：>1.2V

额定线圈功率：200mW

运算放大器功能和性能：NE5532

小信号带宽：10MHZ

输出驱动能力：600Ω，10V有效值

直流电压增益：50000

交流电压增益：2200-10KHZ

功率带宽：140KHZ

转换速率：9V/μs

2、主控单片机AT89C51功能和性能：

4KB可改编程序Flash存储器

全静态工作频率：0Hz～24MHz

三级程序存储器保密

128×8字节内部RAM

32条可编程I/O线

2个16位定时器/计数器

6个中断源

可编程串行通道

片内时钟振荡器

3、网络模块RTL8019AS功能和性能：

符合EthernetII与IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)标准；

全双工，收发可同时达到10Mbps的速率；

内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；

支持8/16位数据总线，8个中断申请线以及16个I/O基地址选择；

支持UTP、AUI、BNC自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正；允许4个诊断LED引脚可编程输出；

4、串行MAX232接口模块功能和性能：

将电脑串行接口RS232信号电平(-10，+10v)转换成TTL信号电平。

符合RS-232C技术标准；

只需要单一+5V电源供电；

片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压；典型供电电流5mA。

下面列举具体实施例对本发明进行说明；

实施例1：

广播电台故障检测与排除控制系统：

一、广播电台播出系统故障检测与排除系统主要功能：

1、根据系统实际设备、信号连接线和音频信号检测设备的拓扑结构绘制系统连接图，系统连接图可编制不同分辨率以便在电视大屏幕或计算机上进行实时显示，每个设备和每段音频连接线与其连接的音频检测设备IP地址相对应。

2、将各个检测点送来的标准TCP/IP协议音频数据进行处理。编译10bit数据，将信号幅度值转换成纵向柱状显示。根据信号强度和持续时间长度判定音频信号是否传输正常，系统节点设备是否工作正常。

3、根据不同显示设备，如大屏幕、计算机显示屏等编制不同分辨率的显示界面，以人性化设置显示系统工作状态。如有保障则发出声音或光线闪烁报警，以便提示工作人员尽快进行处理。软件自带专家诊断系统，工作人员能根据故障报警点结合专家诊断系统，快速定位故障并进行维修。

二、广播电台故障播出系统检测与排除系统工作流程

1、输入音频信号和输出音频信号是同一信号，此设备在不打开时不影响音频信号的输出指标和幅度，打开采样时不影响输出音频信号的指标和幅度。也就是说采用高阻取样。

2、设备采用两种型号，一种为600Ω平衡模拟音频信号输入，别一种为AES/EBU数字音频信号输入。

3、一个设备为四组输入输出，可同时监测四段音频信号线路。数字音频用卡龙接口，模拟音频用6.22mm大三芯接口。

音频检测设备硬件外接口示意图如图2所示，音频检测设备硬件系统常用标准1U机箱，便于插入机柜。

外接口包括：

1、ETH接口：标准RJ45以太网口，用于将封装成IP协议的音频信号数据传送到主控计算机。

2、XLR(卡农)三芯接口(IN，OUT)：数字音频信号输入输出接口。

3、RS232接口：DB9接口，外接工控计算机用于输入配置设备IP地址。

4、FUSE：保险管。

5、AC220：外接220V交流电。

模拟音频信号检测设备后面板与AES/EBU数字音频信号检测设备后面板结构相同，只是将卡龙三芯接口换成了了模拟音频6.22mm大三芯接口。

4、将TCP/IP协议数据传送给计算机接口，每一台设备和每一组信号要有地址码。通过路由器实现多台设备和一台计算机连接。

三、广播电台故障检测与排除软件设置方式：

1、与计算机连接的网线为直连线，连接后可以用PING命令检查网络通不通。

2、音频信号检测设备IP地址设置通过RS232口进行，RS232连接线为交叉线，波特率为9600，一位起始位和一位结束位，无校验位，字节应连续发送，字节之间的间隙不得大于10ms。

四、广播电台故障检测与排除系统工作方式：

按照对32路语音信号进行控制来设计，共需最少8台音频信号检测设备。每一路进行音频幅度监测和自动显示。

(1)对每路输入信号进行定性监测，显示信号以彩条方式显示，可在屏幕上进行监看。

(2)屏幕有信号幅度横线，相邻彩条以不同颜色区分。

(3)屏幕上方有告警灯和时钟。内置时钟电池，断电时时钟正常运行。

(4)信号中断40秒，机内蜂鸣器会报警，同时告警灯亮，报警方式和报警时间可以根据用户要求更改，一般情况分为比较报警和延时报警、即时报警三种。

(5)本机留有打印机接口，可配专用微型打印机用于打印出停播时间和恢复播出时间，便于记录停播时间。

五、音频检测控制系统应用：

本系统对整个播出系统和单个设备进行了直观的监测。

1、32路幅度监测仪把播出信号、接收信号、直播信号显示在显示器上。

2、多点监测系统把整个系统的实际接线图显示在显示器上，并把选则监测的点的情况显示在接线图上。这样就让值机人员对每一个点的情况直观的显示出来，如果某一点出了问题就立即显示在接线图上。值机人员就可以直接去检查这一点。如果不能马上解决，接线图上还能给你显示应急的跳线方案。如果还加配了电话通知模块。出了故障系统将向有关人员用短信通知。可以在网络内任意计算机上显示系统的播出情况，并通过远程控制矩阵来监听每一设备的播出情况。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于IP协议数据的音频信号自动检测系统进行检测的方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：输入模拟音频信号或AES/EBU标准数字音频信号至继电器；

步骤2：当音频信号检测设备不开机时，继电器断开，输入接口直接接到输出接口，继电器将原模拟音频信号或AES/EBU标准数字音频信号输出，此时音频信号检测设备的工作状态不影响整个广播电台播出系统工作；当音频信号检测设备开机时，继电器连通，模拟音频信号进入高阻抗电阻网络；AES/EBU标准数字音频信号直接进入运算放大器；

步骤3：高阻抗电阻网络相对阻值高，分取极少部分模拟音频信号功率进入下一级运算放大器，绝大部分模拟音频信号功率送回到继电器，通过继电器输出；

步骤4：运算放大器对输入的信号放大，将放大后的信号输入给主控单片机进行检测；

步骤5：主控单片机将放大后的信号生成信号强度编码数据，编码规格为10bit，2字节，共1024种状态，分别代表不同的信号电平，分析信号电平即可根据电平大小和持续时间来判定音频信号是否正常；

步骤6：RS232接口模块接入主控单片机数据口，用于人工配置该音频信号检测设备的IP地址；

步骤7：主控单片机将编码数据和配置好的IP地址发送至网络模块，网络模块将编码数据并加上每一路的地址标号，然后包装成标准IP协议数据通过网线发送给路由器，路由器将IP协议数据发送给主机，主机对数据进行处理。

2.一种基于IP协议数据的音频信号自动检测系统，其特征在于：包括模拟音频检测设备(1)、数字音频检测设备(2)、路由器(3)和主机(4)；

模拟音频检测设备(1)中，外部的模拟音源通过模拟音频输入线连接第一继电器(101)，第一继电器(101)通过电路连接高阻抗电阻网络(102)，高阻抗电阻网络(102)通过电路连接第一运算放大器(103)，第一运算放大器(103)通过电路连接第一主控单片机(104)，第一主控单片机(104)分别通过电路连接第一网络模块(105)和第一串口模块(106)，第一网络模块(105)通过网线连接路由器(3)，路由器通过网线连接主机(4)；

数字音频检测设备(2)中，外部的数字音源通过数字音频输入线连接第二继电器(201)，第二继电器(201)通过电路连接第二运算放大器(202)，第二运算放大器(202)通过电路连接第二主控单片机(203)，第二主控单片机(203)分别通过电路连接第二网络模块(204)和第二串口模块(205)，第二网络模块(204)通过网线连接路由器(3)，路由器通过网线连接主机(4)。

3.按照权利要求2所述一种基于IP协议数据的音频信号自动检测系统，其特征在于：所述第一继电器(101)和第二继电器(201)的型号为HRS2H-S-DC-12V-N；所述第一运算放大器(103)和第二运算放大器(202)的型号为NE5532；所述第一主控单片机(104)和第二主控单片机(203)的型号为AT89C51；所述第一网络模块(105)和第二网络模块(204)的型号为RTL8019AS；所述第一串口模块(106)和第二串口模块(205)的型号为MAX232。