CN1832565B - 一种嵌入式音频信号传输电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信号传输设备及一种信号传输方法，特别是应用于在监控行业及其它需要有线远距离远程音画传输中，设定在视频数字信号传输线路的两端，包括在信号发送单元、信号接收单元两大部分电路之中，采用该装置及其方法，只需通过一套传输线路将复合的音视频信号传输到远处的接收端，使得长距离传输和声道数较多时成本显著降低，而且在音频信号和视频信号合并的过程中，减小了在音频信号和视频信号的转换处理过程中音频信号和视频信号的损失，使得信号较为稳定，且传输率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号传输设备及一种信号传输方法，特别是应用于在监控行业及其它需要有线远距离音、像传输中。
背景技术
在视频监控系统、防盗系统、户外LED显示屏等需要远距离音、像有线传输中，需要将音频信号和视频信号传输到几百米甚至千米外的远方。传统方法是将音频信号和视频信号通过不同的传输线路独立传输，适合于传输距离较短和声道数较少的场合，当传输距离在千米之外，声道数较多时，例如5.1声道音频信号共有六个声道，1套视频和6套音频的传输线路将使成本明显增加。目前，将音频信号和视频信号混合传输的方法一般为混频传输，即在信号发送端，将不同频率的音频和视频信号通过混频器进行混频，在信号的接收端再通过分频器将此具有不同频率的音视频信号进行分频，从而分离出音频信号和视频信号，进而实现音视频信号的混合远程传输，但由于在混频传输过程中，需采用混频器、分频器、滤波器等设备，使成本大大增加，且由于在信号传输过程中，需要对信号进行多次处理，信号在很大程度上衰减，从而使信号传输效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效传输音频信号和视频信号的一种嵌入式音频信号传输电路及方法，只需使用一根传输线即可完成音频信号和视频信号的传输，使用成本低，信号的传输率较高。
为实现上述目的，本发明所采取的技术手段是一种嵌入式音频信号传输电路。该电路包括和借助于现有远距离视频数字传输电路，具体装置设定在视频数字信号传输线的两端，包括在视频数字传输电路信号发送单元和信号接收单元两大部分电路之中。改进后的信号发送单元包括：音频A/D转换器，其信号输入端与待传音频信号输出端口相连，音频A/D转换器的输出端口接至缓存器的写端口，从缓存器5按编组就序读出数字音频信号的输出端口接至发送器7的数字视频信号输入端，缓存器的结构是由暂存器和时序控制器组成，暂存器的写时钟信号端与音频A/D转换器连接在同一采样时钟信号sclk上，暂存器的读时钟信号端接视频时钟信号DCLK，写请求信号控制端固定接高电平，读信号控制端接在时序控制器的控制信号输出端，时序控制器的输入端口与视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK相连；本电路的信号接收单元包括：接收器，其信号输入端与一端连接于发送器的输出端口的信号传输线的另一端相连，接收器的数据输出端口线路连接在另一缓存器的数字信号输入端，音频D/A转换器的信号输入端与此缓存器的信号输出端相连，此缓存器的结构由暂存器和时序控制器组成，暂存器的读请求信号端接高电平，暂存器的写时钟信号端接视频时钟信号DCLK，读时钟信号端连接采样时钟的信号sclk，写请求信号控制端接时序控制器的控制信号输出端，视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK接在时序控制器的控制信号输入端。
为了适应于多声道音频信号的同时传输，本电路中的A/D转换器还可为一个设计为N路并联的音频A/D转换器组，与之对应的缓存器具有N个对应的音频数字信号输入端口，可以将N路进行同步缓存处理，音频A/D转换器的采样时钟信号sclk取自视频行同步信号Hsync经Q倍的倍频器后所产生的时钟信号，Q为2以上整数，取Q值以“行时钟频率的Q倍略大于60kHz”为原则。在所述接收单元的缓存器也具有N组对应的暂存器，具有N个对应的音频数字信号读出端口，缓存器结构中包括Q倍的倍频器，读时钟信号取自Q倍的倍频器，接收单元的Q值与发送单元的Q值相同，该倍频器的时钟输入端与接收器中分出的视频行同步信号Hsync输出端相连，音频D/A转换器是一个N路并联的D/A转换器组，每组D/A转换器具有独立的输出端口，采样时钟为视频行同步信号Hsync的Q倍频。
此外，发送器和接收器可具体采用芯片TLK2501。
本发明还提供了一种嵌入式音频信号的传输方法，该方法建立在数字视频信号传输的电路设置和主控程序管理的基础上，该方法首先按嵌入式音频信号传输电路设置好数字信号传输电路，然后在主控程序的管理下，将N路数字化音频信号嵌入到视频信号中，实施以下步骤：
a、将音频模拟信号发送至音频A/D转换器，并以视频行同步信号Hsync的Q倍频时钟为采样时钟转换为数字信号；
b、将音频A/D转换器输出的音频数字信号以采样的速率发送至、并按传输速率决定的顺序编组存入暂存器；
c、借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器，当检测到视频信号的行同步信号的头区间时，将存储在暂存器中的音频信号数据按分组规则取出，此分组规则为将暂存器中音频信号分为与视频信号相对应的组，再将音频信号均匀的嵌入到视频信号中的行同步头区间，取出后的数据经发送器由输出端口传出；
d、借助接收器，取出场同步信号Vsync、视频行同步信号Hsync、数据有效信号dataen和嵌入有音频信号的视频信号RGB信号的同时，将嵌入有音频信号的视频信号RGB利用视频行同步信号Hsync定标，从视频RGB信号分离出数组音频信号；
e、借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器，在检测到视频信号的行同步头区间时，由时序控制器发出写请求信号wrreq并将音频数组存入暂存器；
f、暂存器内的音频数组取出发送至对应的音频D/A转换器中，发送采样时钟信号与A/D转换时的采样时钟信号相同，通过音频D/A转换器恢复出所对应的音频模拟信号。
此外，所说的音频信号有N路，本方法实现的具体步骤为：
首先设置好数字信号传输电路，在此电路中，音频A/D转换器为一个N路并联的音频A/D转换器组，与之对应的缓存器具有N个对应的音频数字信号输入端口，音频A/D转换器的采样时钟信号sclk取自视频行同步信号Hsync经Q倍的倍频器后所产生的时钟信号，Q为2以上整数，取Q值以“行时钟频率的Q倍大于60kHz”为原则，在所述接收单元的缓存器具有N组对应的暂存器，具有N个对应的音频数字信号读出端口，缓存器包括Q倍的倍频器，读时钟信号取自Q倍的倍频器，接收单元的Q值与发送单元的Q值相同，该倍频器的时钟输入端与接收器中分出的视频行同步信号Hsync输出端相连，音频D/A转换器是一个N路并联的D/A转换器组，每组D/A转换器具有独立的输出端口，采样时钟为视频行同步信号Hsync的Q倍频；其次，在主控程序的管理下，将N路数字化音频信号嵌入到视频信号中，实施以下步骤：
a、将音频模拟信号发送至音频A/D转换器以视频行同步信号Hsync为采样时钟转换为数字信号；
b、将音频A/D转换器输出的音频数字信号以采样的速率发送至、并按传输速率决定的顺序编组存入暂存器；
c、借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器，当检测到视频信号的行同步信号的头区间时，将存储在暂存器中的音频信号数据按分组规则取出，此分组规则为将暂存器中音频信号分为与视频信号相对应的组，再将音频信号均匀的嵌入到视频信号中的行同步头区间，取出后的数据经发送器由输出端口传出；
d、借助接收器，取出场同步信号Vsync、视频行同步信号Hsync、数据有效信号dataen和嵌入有音频信号的视频信号RGB信号，将嵌入有音频信号的视频信号RGB，利用行同步信号Hsync定标，从视频RGB信号分离出数组音频信号；
e、借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器，在检测到视频信号的行同步头区间时，由时序控制器发出写请求信号wrreq并将音频数组存入暂存器；
f、暂存器内的音频数组取出发送至对应的音频D/A转换器中，发送采样时钟信号与A/D转换时的采样时钟信号相同，通过音频D/A转换器恢复出所对应的音频模拟信号。
采用上述的装置和方法后，由于把音频信号和视频信号合并为一路数字信号，只通过一套传输线路将复合的音视频信号传输到远处的接收端，所需装置的额外成本，远小于现有技术中专用的音频传输线路成本，使得长距离传输和声道数较多时成本显著降低，而且在音频信号和视频信号合并的过程中，减小了在音频信号和视频信号的转换处理过程中音频信号和视频信号的损失，使得信号较为稳定，且传输率高。
附图说明
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明
图1是本发明嵌入式音频信号传输电路的结构框图；
图2是本发明音频模拟信号A/D转换电路示意图；
图3是本发明信号发送单元中缓存器的连接关系示意图；
图4是本发明信号接收单元中缓存器的连接关系示意图；
图5是本发明音频数字信号D/A转换电路示意图；
图6是本发明信号发送单元中嵌入缓存器时序控制器的时序图；
图7是本发明数字信号的分组及其嵌入视频信号后的情况示意图；
图8是本发明信号接收单元缓存器时序控制器的时序图。
图中，1、信号发送单元，2、信号接收单元，3、信号传输线，4、音频A/D转换器，5、缓存器，5A、暂存器，5B、时序控制器，6、音频D/A转换器，7、发送器，8、接收器，9、缓存器，9A、暂存器，9B、时序控制器，9C、倍频器。
具体实施方式
由图1至图5可知，本发明是一种嵌入式音频信号传输电路，设定在视频数字信号传输线路3的两端，包括在信号发送单元1、信号接收单元2两大部分电路之中，信号发送单元1包括：音频A/D转换器4，其信号输入端与待传音频信号输出端口相连，音频A/D转换器4的输出端口接至缓存器5的写端口，从缓存器5按编组就序读出数字音频信号的输出端口接至发送器7的数字视频信号输入端，缓存器5的结构是由暂存器5A和时序控制器5B组成，暂存器5A的写时钟信号端与音频A/D转换器4连接在同一采样时钟的信号sclk上，暂存器5A的读时钟信号端接视频时钟信号DCLK，写请求信号控制端固定接高电平，读信号控制端接在时序控制器5B的控制信号输出端，时序控制器5B的输入端口与视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK相连；该信号接收单元2包括：接收器8，其信号输入端与一端连接于发送器7的输出端口的信号传输线3的另一端相连，接收器8的数据输出端口线路连接在缓存器9的数字信号输入端，音频D/A转换器6的信号输入端与缓存器9的信号输出端相连，缓存器9的结构由暂存器9A和时序控制器9B组成，暂存器9A的读请求信号端接高电平，暂存器9A的写时钟信号端接视频时钟信号DCLK，读时钟信号端连接采样时钟的信号sclk，写请求信号控制端接时序控制器9B的控制信号输出端，视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK接在时序控制器9B的控制信号输入端。
当传输N路音频信号时，音频A/D转换器4是一个N路并联的音频A/D转换器组，与之对应的缓存器5具有N个对应的音频数字信号输入端口，音频A/D转换器4的采样时钟信号sclk取自视频行同步信号Hsync经Q倍的倍频器后所产生的时钟信号，Q为2以上整数，取Q值以“行时钟频率的Q倍大于60kHz”为原则。在接收单元2的缓存器9具有N组对应的暂存器9A，具有N个对应的音频数字信号读出端口，缓存器9包括倍频器9C，读时钟信号取自Q倍的倍频器(9C)，接收单元的Q值与发送单元的Q值相同，倍频器(9C)的时钟输入端与接收器8中分出的视频行同步信号Hsync输出端相连，音频D/A转换器6是一个N路并联的D/A转换器组，每组D/A转换器具有独立的输出端口，采样时钟为视频行同步信号Hsync的Q倍频。
以5.1声道音频信号为例，音频信号为6路，视频信号24bit为例，由图2可知，6路音频模拟信号分别取名为Auda、Audb、Audc、Audd、Aude、Audf，人耳能听到的音频信号，其频率范围是0～20kHz，根据采样定理，音频A/D转换器4的采样时钟频率应大于20kHz的2倍以上，由于不同的视频信号源其行频有时不同，为了使本发明适合于各种视频信号源，使音频和视频保持同步，音频A/D转换器4的采样时钟sclk采用视频行同步信号Hsync的Q＝5倍频，Q也可以取2以上的其它整数，视行同步时钟频率而定.经A/D转换后，每一路模拟音频量化为m＝12位的数据音频信号Audao[11:0]、Audbo[11:0]、Audco[11:0]、Auddo[11:0]、Audeo[11:0]、Audfo[11:0]，m也可以取16、24、32等整数，6路模拟音频信号A/D转换后一共输出72bit的数字音频信号，以采样的速率发送至、并按传输速率决定的顺序编组送入缓存器5.由图3所示可知，缓存器5由暂存器5A和时序控制器5B组成，由于音频信号在时间上是连续的，A/D转换后产生的数字音频信号要连续不断地写入缓存器5，因此，暂存器5A的写请求信号wrreq固定接高电平VCC，写时钟wrclk选用采样时钟sclk.由于数字音频要嵌入24bit视频信号RGB的行同步头区间，要求在行同步头区间快速地从暂存器5A中读数据，暂存器5A的读时钟rdclk选用视频时钟信号DCLK，暂存器5A的读请求信号rdreq由时序控制器5B产生，借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器5B，当检测到视频信号的行同步信号的头区间时，将存储在暂存器5A中的音频信号数据按分组规则取出，由图6可知，在行同步头区间，DCLK检测到Q＝5个时钟宽度的rdreq高电平，即每一个行同步头区间从暂存器5A中读出5组72bit的数字音频信号，由图7所示可知，从暂存器5A读出的72bit数字音频信号，按分组规则分为24组，每组3bit，分组按顺序进行，24组3bit的数字音频被均匀地嵌入到24bit的视频信号RGB中的行同步头区间，经发送器7的输出端向外发送.在数字信号接收单元中，接收器8接收传输线路送来的信号，并取出场同步信号Vsync、视频行同步信号Hsync、数据有效信号dataen和嵌入有音频信号的视频信号RGB，由于嵌入的音频信号和真正的视频信号在时间上是不重叠的，因此，利用视频行同步信号Hsync定标，分离出音频信号和视频信号，输出的视频信号用于显示，输出的音频信号送到缓存器9，实现高速间断性地写入缓存器9，而低速连续性地从缓存器9中读出数据，如图4所示可知，缓存器9由暂存器9A、时序控制器9B和倍频器9C组成，由于音频信号在时间上是连续的，因此，暂存器9A的读请求信号rdreq固定接高电平VCC，暂存器9A的读时钟rdclk由恢复的视频行同步信号Hsync经Q(＝5)倍频后产生，其频率与发送端的AD转换采样时钟sclk的频率相同，都是行同步时钟频率的Q倍.暂存器9A的写入过程受时序控制器9B控制，借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器9B，在检测到视频信号的行同步头区间时，由时序控制器9B发出写请求信号wrreq并将每个同步区间的开始Q(＝5)个数据写入暂存器9A，时序控制器9B产生wrreq的时序图如图8所示.由图5所示可知，从缓存器读出的72bit数据，按顺序分成6组，每组12bit，这些分组后的数据送入音频D/A转换器6，同时发送与A/D转换时的采样时钟频率相同的采样时钟信号至音频D/A转换器6，经音频D/A转换器6后，每组信号产生一路模拟音频信号，6组共产生6路模拟音频信号Aud_a、Aud_b、Aud_c、Aud_d、Aud_e、Aud_f，对应于5.1声道音频信号中的6路模拟音频信号，从而实现音/视频信号的远程有线传输.
Claims (5)
1.一种嵌入式音频信号传输电路，设定在视频数字信号传输线路(3)的两端，包括在信号发送单元(1)、信号接收单元(2)两大部分电路之中，其特征在于：所述的信号发送单元(1)包括：音频A/D转换器(4)，其信号输入端与待传音频信号输出端口相连，音频A/D转换器(4)的输出端口接至缓存器(5)的写端口，从缓存器(5)按编组就序读出的数字音频信号从输出端口接至发送器(7)的数字视频信号输入端，缓存器(5)的结构是由暂存器(5A)和时序控制器(5B)组成，暂存器(5A)的写时钟信号端与音频A/D转换器(4)连接在同一采样时钟的信号sclk，暂存器(5A)的读时钟信号端接视频时钟信号DCLK，写请求信号控制端固定接高电平，读信号控制端接在时序控制器(5B)的控制信号输出端，时序控制器(5B)的输入端口与视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK相连，所述的信号接收单元(2)包括：接收器(8)，其信号输入端与一端连接于发送器(7)的输出端口的信号传输线(3)的另一端相连，接收器(8)的数据输出端口对应连接在缓存器(9)的数字信号输入端，音频D/A转换器(6)的信号输入端与缓存器(9)的信号输出端相连，缓存器(9)的结构由暂存器(9A)和时序控制器(9B)组成，暂存器(9A)的读请求信号端接高电平，暂存器(9A)的写时钟信号端接视频时钟信号DCLK，读时钟信号端连接采样时钟的信号sclk，写请求信号控制端接时序控制器(9B)的控制信号输出端，视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK接在时序控制器(9B)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的嵌入式音频信号传输电路，其特征在于：所述的音频A/D转换器(4)是一个N路并联的音频A/D转换器组，与之对应的缓存器(5)具有N个对应的音频数字信号输入端口，音频A/D转换器(4)的采样时钟信号sclk取自视频行同步信号Hsync经Q倍的倍频器后所产生的时钟信号，Q为2以上整数，取Q值以“行时钟频率的Q倍略大于60kHz”为原则，在所述接收单元(2)的缓存器(9)具有N个对应的暂存器(9A)，具有N个对应的音频数字信号读出端口，缓存器(9)包括倍频器(9C)，读时钟信号取自Q倍的倍频器(9C)，接收单元的Q值与发送单元的Q值相同，倍频器(9C)的时钟输入端与接收器(8)中分出的视频行同步信号Hsync输出端相连，音频D/A转换器(6)是一个N路并联的D/A转换器组，每组D/A转换器具有独立的输出端口，采样时钟为视频行同步信号Hsync的Q倍频，N为大于1的正整数。
3.根据权利要求1所述的嵌入式音频信号传输电路，其特征在于：发送器(7)和接收器(8)具体采用芯片TLK2501。
4.一种嵌入式音频信号的传输方法，该方法建立在数字视频信号传输的电路设置和主控程序管理的基础上，其特征在于：在电路中，音频A/D转换器(4)是一个N路并联的A/D转换器组，信号发送单元(1)的缓存器(5)具有N个对应的音频数字信号输入端口，信号接收单元(2)具有N组对应的暂存器(9A)以及N个对应的音频数字信号读出端口，音频D/A转换器(6)是一个D/A转换器组，每组D/A转换器具有独立的输出端口，N是大于1的正整数’
首先按权利要求1所述设置数字信号传输电路，然后在主控程序的管理下，将配套的数字化音频信号嵌入到视频信号中，实施以下步骤：
a、将音频模拟信号发送至音频A/D转换器(4)，并以视频行同步信号Hsync的Q倍频时钟为采样时钟转换为数字信号，Q为2以上整数，取Q值以“行时钟频率的Q倍大于60kHz”为原则；
b、将音频A/D转换器输出的音频数字信号以采样的速率发送至、并按传输速率决定的顺序编组存入暂存器(5A)；
c、借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器(5B)，当检测到视频信号的行同步信号的头区间时，将存储在暂存器(5A)中的音频信号数据按分组规则取出，经发送器(7)由输出端口传出；
d、借助接收器(8)，取出场同步信号Vsync、视频行同步信号Hsync、数据有效信号dataen和嵌入有音频信号的视频信号RGB信号的同时，将嵌入有音频信号的视频信号RGB利用视频行同步信号Hsync定标，从视频RGB信号分离数组音频信号；
e、借助以视频行同步信号Hsync和视频时钟信号DCLK为基准的时序控制器(9B)，在检测到视频信号的行同步头区间时，根据时序控制器(9B)发出写请求信号wrreq并将音频数组存入暂存器(9A)；
f、暂存器(9A)内的音频数组取出发送至对应的音频D/A转换器(6)中，发送采样时钟信号与A/D转换时的采样时钟信号相同，通过音频D/A转换器(6)恢复出所对应的音频模拟信号。
5.根据权利要求4所述的一种嵌入式音频信号的传输方法，其特征在于所述的音频信号分组规则是：将暂存器(5A)中音频信号分为与视频信号相对应的组，再将音频信号均匀的嵌入到所对应的视频信号的行同步头区间。
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