CN209030280U - 一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路,其技术特点在于：包括多个音频通道电路模块、数字音频采集模块、数字音频转换模块和ARM控制电路模块；多个音频通道电路模块与数字音频采集模块相连接，用于采集或输出多个音频通道电路模块的音频模拟信号；所述数字音频采集模块通过数字信号转换模块与导播机相连接，用于将所采集的音频模拟信号转换为导播机可识别的数字信号或将导播机可识别数字信号转换为模拟音频信号。本实用新型从整体上提升音频输入电路的可控制空间，为不同需求提供给丰富的控制条件。
Description
技术领域
本实用新型属于音视频导播一体机技术领域，涉及数字混音板硬件电路，尤其是一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路。
背景技术
数字混音板是一款基于嵌入平台的数字音频采集卡，设备具备多路采集，多路音频通道电子开关独立控制，多路混音控制功能，同步监听功能，导播机平台控制功能，可根据设备本身通信端口与导播机一体机进行挂接使用。
目前，数字混音板在专业的音频采集领域使用的越来越广，因为其音频信号采集精度高，音质效果好不受环境与设备不良干扰，数字音频存储以及后期处理更加方便快捷，可通过数字设备直接采集编辑保存等特点，目前被越来越多的影音设备使用，目前市面上的数字声卡多数为消费级别的产品，功能相对简化，采集功能单一输入输出通道比较少不具备专业采集设备技术要求，不能进行更加细化的操作的无法满足专业级别的操作人员使用。目前需要多路音频处理场合都需要多台设备才能慢足现场使用要求。
综上所述，音视频导播一体机用数字混音板仍存在以下不足：
1、输入输出通道数量不足；2、各通道间不能独立处理；3、只是基于数字音频芯片简单功能，没有做深度开发，控制功能单一操作不够灵活；4、接口简单融合其他设备能力差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种设计合理、操作灵活且兼容性强的音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路。
本实用新型解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路,包括：多个音频通道电路模块、数字音频采集模块、数字音频转换模块和ARM控制电路模块；多个音频通道电路模块与数字音频采集模块相连接，用于采集或输出多个音频通道电路模块的音频模拟信号；所述数字音频采集模块通过数字信号转换模块与导播机相连接，用于将所采集的音频模拟信号转换为导播机可识别的数字信号或将导播机可识别数字信号转换为模拟音频信号；所述ARM控制电路模块与多个音频通道电路模块线连接，用于通道开关控制、音量控制和输出幅度采集；所述ARM控制电路模块还与数字音频采集模块相连接，用于通道开关控制或读取数字音频采集模块的状态信息；所述ARM控制电路模块还通过外设及通讯设备接口模块与LCD显示屏相连接，用于LCD显示屏与导播机同步显示。
而且，所述数字信号转换模块通过导播机主板USB接口模块与导播机相连接。
而且，所述音频通道电路模块包括：线性信号或差分输入模块、运算放大电路模块和电子电位器电路模块；所述线性信号或差分输入模块的输出端和运算放大电路模块相连接，用于将输入的模拟音频信号进行放大处理；所述运算放大电路的输出端与电子电位器模块相连接，该电子电位器的输入端与ARM芯片控制电路模块相连接，用于根据ARM的控制指令调整电子电位器的输出幅度；所述电子点位器电路的输出端与数字音频采集模块相连接，用于数字信号转换处理。
本实用新型的优点和有益效果：
1、本实用新型基于专业级音频接口芯片SA9023以及专业的数字音频采集芯片WM8776。硬件控制平台基于意法半导体的STM32F103系列，扩展性强硬件接口丰富。全新数字混音板集成多路输入输出功能，由于专业芯片的采集功能单一，外围做二次开发每路增加独立通道控制开关灵活方便，更灵活的混音操作，各通道间具有独立操作能力。
2、本实用新型的模拟音频信号输入电路包括音频通道电路和数字音频采集电路两部分，这种形式可扩展音频芯片的功能范围，音频通道数量是传统设备一倍以上，从整体上提升音频输入电路的可控制空间，为不同需求提供给丰富的控制条件，兼容差分信号输入和线性信号输入两种方式。
3、本实用新型的数字音频采集模块各通道电子开关与电子电位器控制为数字音频芯片功能以外的扩展电路，可由外围控制ARM集中控制，导播机一体机通过与STM32的UART口通讯，实现配置数字音频采集芯片与外围通道扩展电路的工作状态。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图；
图2是本实用新型的音频通道电路模块的组成框图；
图3是本实用新型的音频通道电路模块的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：
一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路,如图1所示，包括：多个音频通道电路模块、数字音频采集模块、数字音频转换模块和ARM控制电路模块；多个音频通道电路模块与数字音频采集模块相连接，用于采集或输出多个音频通道电路模块的音频模拟信号；所述数字音频采集模块通过数字信号转换模块与导播机相连接，用于将所采集的音频模拟信号转换为导播机可识别的数字信号或将导播机可识别数字信号转换为模拟音频信号；所述ARM控制电路模块与多个音频通道电路模块线连接，用于通道开关控制、音量控制和输出幅度采集；所述ARM控制电路模块还与数字音频采集模块相连接，用于通道开关控制或读取数字音频采集模块的状态信息；所述ARM控制电路模块还通过外设及通讯设备接口模块与LCD显示屏相连接，用于LCD显示屏与导播机同步显示。
在本实施例中，所述数字信号转换模块通过导播机主板USB接口模块与导播机相连接。
在本实施例中，所述音频通道电路模块如图2和图3所示，包括：线性信号或差分输入模块、运算放大电路模块和电子电位器电路模块；所述线性信号或差分输入模块的输出端和运算放大电路模块相连接，用于将输入的模拟音频信号进行放大处理；所述运算放大电路的输出端与电子电位器模块相连接，该电子电位器的输入端与ARM芯片控制电路模块相连接，用于根据ARM的控制指令调整电子电位器的输出幅度；所述电子点位器电路的输出端与数字音频采集模块相连接，用于数字信号转换处理。
下面针对本实用新型的各模块的组成、功能和作用作进一步说明：
本实用新型的音频数据由数字音频处理芯片处理通过通过USB采集芯片传输到PC，ARM辅助控制数字音频芯片基本参数设置，通道切换功能，以及将控制信号传输到4.3寸LCD显示屏上进行数据同步显示。
(1)音频输入通道电路：音频输入通道电路是独立于数字音频采集芯片之外的模拟音频电路，它弥补了WM8776本身的控制功能不足的问题，通过使用运算放大电路与电子电位器，组成可以实现输入信号可矢量放大的放大电路，可以实现在模拟信号输入过程中对输入信号进行实时控制，以满足使用需求。
(2)数字信号转换芯片：数字混音板信号转换芯片使用的是由台湾tavitech公司生产的SA9023USB数字音频处理器，它采用USB2.0全速接口，具备USB标识及微软WHQL标志，硬件驱动程序可自动识别不需要安装。支持高达24位的分辨率，采样率高达96kHz，I2S数据接口定义，内置IEC60958专业S/PDIFTX和SPDIFRX，AES/EBU支持立体声SPDIF输入和SPDIF输出32/44.1/48/882/96kHz采样频率。可将前端ADC音频采集芯片采集到的音频信号经过SA9023USB数字音频处理器的I2S数据接口进行数据交换将信号传给PC端进行数据处理。
(3)ADC数字音频采集芯片：数字音频采集芯片采用的是英国Wolfson(欧胜微)公司生产的专业级数字音频采集芯片，24位192kHz立体声编解码器，DAC取样频率为32～192kHz，ADC取样频率为32～96kHz，带模拟增益调整(以0.5dB/步级，+24dB～-21dB)的5路立体声ADC输入端，可编程限幅器或自动电平控制(ALC)电路，带独立模拟和数字音量控制的立体声DAC，可选择AUX输入到音量控制方式等特点。通过芯片的这些功能，将燕诺安自身搭建的4路平衡信号+1路线性输入模拟音频控制电路，与WM8776无阻通道进行结合。因为WM8776本身不具备单路调节功能，所以在芯片外部搭建电路正好可以弥补这个不足。可以通过外部ARM控制五路音频的外部输入电路，对单独通道进行功能控制，如左右单独音量控制，左右通道复制，单独通道静音控制等功能，以及监听输出电路的通道开启与关闭，音量控制等功能。
(4)ARM芯片：ARM采用的是意法半导体的STM32F103RBT6系列基于专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计，是32位ARM微控制器，其内核是Cortex-M3，芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能，最高72MHz工作频率。可以在降低整体功耗的同时还可以兼顾键盘工作在较高的性能平台上。ARM的主要功能有下面几个方面:
①通过SPI接口可以实现对WM8776功能进行控制，可以实现对数字音频采集芯片的配置与实时控制。
②通过ARM自身的ADC模块的采集功能，可以实现输入信号幅度的采集，这样就可以实现导播机软件控制软件上的音量指示功能的工作。
③通过GPIO模拟串行接口时序，控制数字音频电位器MCP42100实现对模拟电路部分的输入信号幅度的控制，满足信号到达WM8776前处于一个良好的幅度范围。
④因为数字混音板本身不具备控制功能，需要外部导播机或模块控制，我们采用的控制方式是通过4.3寸LCD显示屏作为一个在PC端与数字混音板之间的桥梁，4.3寸LCD显示屏其本身也可作为控制端与PC同步对数字混音板进行实时控制。所以通过数字混音板上MCU自身的UART口与4.3寸屏模块之间进行串口通信，可将PC或4.3寸控制模块上的控制命令发送到数字混音板上，从而实现外部对混音板本身功能上的操作。
ARM的所有通讯接口均通过USB形式进行传输，也就是通过“USB-HUB分配电路”模块进行数据的输入输出分配。
导播机主板USB接口：这个接口有两通道组成，一个通道为数字音频传输通道，始终保持与PC主板的USB相连接，主要将数字音频信号传输到导播机进行处理，另一通道为UART传USB通道，可以通过这个接口连接导播机一体机直接控制数字混音板基本参数设置，在配合4.3寸屏组件状态下UART转USB口暂不使用。混音板本身的供电由USB接口的为其提供供电。
(6)线性信号或差分输入模块：线性信号或差分输入是由MIC-1(上图电路图中)元件组成的输入接口电路，它是一个双接口插座，外侧卡农接口可以接幻象电源MIC使用差分信号传输。内部6.35音频座可以采集线性信号采集到的信号直接连接到后面的电子电位器模块部分进行调整。
(7)运算放大电路：运算放大电路采用的NJM4558组成的音频运算放大器，由于MIC信号幅度不是很大，采用运算放大电路对差分信号进行10倍放大，然后输入到后面的电子电位器模块。
(8)电子电位器电路：电子电位器电路由MCP42100电子电位器芯片与NJM4558运放芯片组成，组成后的电子电位器电路，具备音频信号正向和反向调节功能，可以对采集进来的音频信号进行幅度上的调节限制，MCP42100电子电位器芯片的控制引脚直接与ARM相连接，通过ARM控制电位器的调节状态。
经过这三个模块处理后的音频信号，直接输入到后面的模拟信号采集芯片WM8776的模拟信号输入通道进行后面的处理。
本实用新型的工作原理是：
本实用新型对数字音频采集芯片功能进行外围扩展，现有的音频采集芯片WM8776具有多通道信号混合功能，但是混合功能不能根据需求进行分配，只能实现5组统一混合，音量控制也是5组通统一音量控制，这样就给使用过程中带来一定的局限性，如果使用人员要想实现对个别组的信号进行操作，就要在外部增加控制设备降低信号的输入幅度，这样相应的就增加的设备使用成本。所以通过结合WM8776自身功能的基础上，在芯片外围增加模拟控制电路替代外部设备的加入，控制5组输入信号的左右声道输入幅度，以及2组输出通道的信号幅度，这样就实现了每组独立控制的控制效果。外围元件搭建的硬件通道采用各通道独立控制的设计，这样就弥补了WM8776在独立通道上控制的不足之处，可以实现输入信号与输出信号每组间以及每组的LR通道间都可实现独立控制的能力，从而达到更全面的功能，电路还增加了一个48伏电源控制电路，将48V电源叠加到前4组通道上，可通过三极管组成的开关电路管理48V电源的叠加情况，实现了平衡信号输入与线性输入通道兼容的电路，这样还增强了信号的传输能力和稳定性，从而增强了WM8776外围的输入功能。
本实用新型的工作过程是：
本实用新型的外部音频模拟信号通过音频输入通道采集，然后通过数字电位器与运算放大器搭建的具有一定放大功能的音量调节电路，对信号情况进行信号的最初调节，通过ARM对控制输入通道数字电位器与运放电路的组合状态的调整，进而实现对信号进行放大或是衰减，可调节范围在20DB范围内。这个电路主要弥补数字音频芯片本身的通道控制功能的缺陷。通过了模拟通道的音频信号经过放大或衰减后进入数字音频采集芯片内部，当使用人员通过导播机一体机选择相应通道控制开关后，导播机的指令可通过ARM芯片控制数字音频芯片WM8776内部开关状态进行相应变化，对相应的数字通道进行混合处理，处理完成的信号被转化为IIS接口可识别的数字信号。再由数字音频接口转换芯片9023A传输到导播一体机主板通过主板上变成PC平台可以识别的数字音频信号，在这种状态下PC就可以很轻易的利用PC平台的强大运算能力去处理这些数字音频信号了。因为数字音频采集芯片本身不具备独立的通道信号的单独调节能力，所以通过外围扩展电路的方式结合ARM控制实现了对多个通道的独立控制功能，这个即可弥补数字芯片的本身缺陷，有提升了整体电路的控制功能，方便使用者的现场特殊使用要求。
需要强调的是，本实用新型所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (3)
1.一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路,其特征在于：包括：多个音频通道电路模块、数字音频采集模块、数字音频转换模块和ARM控制电路模块；多个音频通道电路模块与数字音频采集模块相连接，用于采集或输出多个音频通道电路模块的音频模拟信号；所述数字音频采集模块通过数字信号转换模块与导播机相连接，用于将所采集的音频模拟信号转换为导播机可识别的数字信号或将导播机可识别数字信号转换为模拟音频信号；所述ARM控制电路模块与多个音频通道电路模块线连接，用于通道开关控制、音量控制和输出幅度采集；所述ARM控制电路模块还与数字音频采集模块相连接，用于通道开关控制或读取数字音频采集模块的状态信息；所述ARM控制电路模块还通过外设及通讯设备接口模块与LCD显示屏相连接，用于LCD显示屏与导播机同步显示。
2.根据权利要求1所述的一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路,其特征在于：所述数字信号转换模块通过导播机主板USB接口模块与导播机相连接。
3.根据权利要求1所述的一种音视频导播一体机用全新数字混音板硬件电路,其特征在于：所述音频通道电路模块包括：线性信号或差分输入模块、运算放大电路模块和电子电位器电路模块；所述线性信号或差分输入模块的输出端和运算放大电路模块相连接，用于将输入的模拟音频信号进行放大处理；所述运算放大电路的输出端与电子电位器模块相连接，该电子电位器的输入端与ARM芯片控制电路模块相连接，用于根据ARM的控制指令调整电子电位器的输出幅度；所述电子电位器电路的输出端与数字音频采集模块相连接，用于数字信号转换处理。
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| CN114882857A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-08-09 | 太原媒博信息技术有限公司 | 一种适用于听力障碍舞蹈人员的音频节奏感知设备 |
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