CN214228302U - 音视频信号单向隔离传输控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种本发明提供了一种音视频信号单向隔离传输控制器，包括HDMI视频信号单向传输隔离切换装置、音频单向传输隔离切换装置和信号同步切换控制电路。本实用新型的音视频信号单向隔离传输控制器，实现了内网和外网音视频信号通过一键切换方式共享同一显示大屏和音频系统的基本功能，并且对HDMI音频和视频信号及相关电源进行了输出控制与音视频信号同步切换设计，切换过程中确保所有输入信号之间的信号隔离以及两个网络电源的隔离同步切换，实现大屏系统中双网HDMI音视频信号的互不接触，同时满足双网音视频信息的信号隔离保密要求，避免信号产生的反向信号泄露，适合保密场景的使用。

Description

音视频信号单向隔离传输控制器

技术领域

本实用新型涉及音视频网络安全领域，具体涉及一种音视频信号单向隔离传输控制器。

背景技术

HDMI是一种高清晰度多媒体标准，是一种数字化视频/音频信号接口技术，适合影像传输的专用型数字化接口，可同时传送音频和影像信号，最高数据传输速度为48Gbps。由于HDMI接口可通结构简单，抗干扰能力强，已成为电视机、显示器、LED屏等多媒体视频显示设备的主要标准接口。目前多数多媒体视频显示设备都内置扬声器，可直接与视频同步输出HDMI接口传输的音频信号。然而在部分特定使用环境中，如保密会议，音、视频输出必须采用两个不同的设备，并可分别独立控制。

在某些指挥调度场景中，由于内网音视频信息的保密性要求，根据相关规定，内网的音视频信息务必确保要与外网的音视频信息实现信号隔离，防止音视频信号通过。但当发生应急突发事件时不仅需要显示内网视频信息，还需要通过大屏显示来自其他网络的音视频信息，从而实时全面掌握事件状况，提高指挥中心相关人员处置应急突发事件的效率和准确性。

如何通过一块大屏实现切换显示内、外网视频信息，实现大屏系统中双网音视频信号的互不接触，同时又实现双网音视频信息的信号隔离，符合安全保密的要求，是现实需要解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于内网和外网音视频信号通过一键切换方式共享显示大屏和音频系统的同时，实现内外网音视频信号的信号隔离，避免音视频信号泄漏，满足保密和安全要求。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种音视频信号单向隔离传输控制器，包括HDMI视频信号单向传输隔离切换装置、音频单向传输隔离切换装置和信号同步切换控制电路：

所述HDMI视频信号单向传输隔离切换装置包括第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路、视频信号切换控制电路和视频单向电路，第一信号处理电路、第二信号处理电路和第三信号处理电路用于HDMI信号的整形、滤波和同步处理，去除杂波的干扰，第一网络的HDMI视频信号经第一信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后送给视频信号切换控制电路，第二网路的HDMI视频信号经第二信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后送给视频信号切换控制电路，视频信号切换控制电路在信号同步切换控制电路控制下从两个网络的HDMI视频信号中选择一个输出，输出的HDMI视频信号经第三信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后，经视频单向电路送入屏幕显示，视频单向电路防止显示大屏的信号反向泄漏；

音频单向传输隔离切换装置包括第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路、第一音频单向电路、第二音频单向电路、音频信号切换控制电路和信号处理电路，第一网络音频信号送入第一音频单向电路，第二网络音频信号送入第二音频单向电路，第一音频单向电路、第二音频单向电路的输出端连接音频信号切换控制电路，第一网络电源由第一电源切换控制电路控制向第一音频单向电路供电，第二网络电源由第二电源切换控制电路控制向第二音频单向电路供电，第一电源切换控制电路和第二电源切换控制电路二者在信号同步切换控制电路控制下，同一时间仅有一个接通相连接的电源供电，并且音频信号切换控制电路在信号同步切换控制电路控制下，将连通电源能工作的音频单向电路送来的网络音频信号送给信号处理电路，实现从第一网络音频信号和第二网路信号二者选择一个送给信号处理电路，信号处理电路对送来的音频信号进行滤波处理，消除底噪和零漂后送入音频播放设备；

信号同步切换控制电路连接视频信号切换控制电路、第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路和音频信号切换控制电路，接到切换指令后控制所述四个切换控制电路的连接从第一网络同步切换到第二网络，或从第二网络同步切换到第一网络；视频信号切换控制电路、第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路和音频信号切换控制电路采用继电器开关实现切换。

进一步的，所述视频单向电路采用MAX3814芯片，HDMI视频信号的4对差分信号从该芯片的输入接口输入，利用该芯片中的均衡器进行电平判断后，从对应的输出接口输出，在每对差分信号的输出端跨接200Ω电阻，使输出端共模偏移降到最小，同时降低信号回波，不存在反向输出的通路；

所述第一音频单向电路和第二音频单向电路均采用LM386音频集成功放芯片，将音频信号接入该芯片的输入管脚，由LM386音频集成功放芯片中放大器进行放大后输出，不存在反向输出的通路。

进一步的，信号同步切换控制电路采用驱动器芯片实现继电器开关的同步切换。

进一步的，所述驱动器芯片是LN2003，信号同步切换控制电路采用驱动器芯片实现继电器开关的同步切换的方式，一是多个驱动器芯片LN2003并联的方式：驱动器芯片LN2003输入端连接在一起，接收切换指令，输出端分别连接一个继电器开关的控制端；二是采用驱动器芯片LN2003两级级联的方式，第一级的驱动器芯片LN2003并联，输入端连接在一起，接收切换指令，第二级的每个驱动器芯片LN2003的输入端连接在一起，并连接第一级驱动器芯片LN2003的其中一个输出端，第二级驱动器芯片LN2003的输出端分别连接一个继电器开关的控制端。

有益效果

本实用新型的音视频信号单向隔离传输控制器，实现了内网和外网音视频信号通过一键切换方式共享同一显示大屏和音频系统的基本功能，并且对HDMI音频和视频信号及相关电源进行了输出控制与音视频信号同步切换设计，切换过程中确保所有输入信号之间的信号隔离以及两个网络电源的隔离同步切换，实现大屏系统中双网HDMI音视频信号的互不接触，同时满足双网音视频信息的信号隔离保密要求，避免信号产生的反向信号泄露，适合保密场景的使用。

附图说明

图1为本实用新型音视频信号单向隔离传输控制器的外部连接示意图。

图2为本实用新型音视频信号单向隔离传输控制器的功能原理示意图。

图3为本实用新型视频信号单向隔离传输电路的原理示意图。

图4为本实用新型同步切换采用的驱动器芯片LN2003的电路原理图。

图5为本实用新型同步切换控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。

指挥中心大屏是通过大屏拼接控制系统来控制其显示的图像内容，但是大屏拼接控制器无法实现输入音视频信号的信号隔离，因此在传统的指挥中心中，大屏只能显示同一网络的音视频信息。若想显示另外一个网络的音视频信息，则在其他场所的大屏上显示。本实用新型是为解决了上述问题，同时也实现在一个场所一块大屏上切换显示不同网络的音视频信息，且在音视频显示与切换时信号间保持信号隔离状态,符合保密规定的要求。

如图1所示，本实用新型的音视频信号单向隔离传输控制器连接显示大屏、音频系统、第一网络的音视频源及电源、第二网络的音视频源及电源，实现第一网络或第二网络的音视频信号单向传输，在保证第一网络和第二网络的音视频信号的信号隔离的同时，实现不同网络的音视频信号在同一显示大屏和音频系统播放，可用于监控中心或指挥中心场所拼接大屏的复用显示切换，确保输入信号间的信号隔离及同步显示切换，且在信号的切换过程中确保所有输入信号之间的信号隔离。

通过一块大屏实现切换显示相互隔离的两个网络的视频信息，可以提高相关人员处置突发事件的效率和准确性。内网的音视频信息按要求要与外网的音视频信息实现信号隔离。因此配置本实用新型的隔离切换设备，既可以满足内外网音视频信息的信号隔离保密要求，同时又可以实现大屏系统中内外网音视频信号的互不接触，支持大屏一键切换内网和外网视频图像画面。

如图2所示，本实用新型的音视频信号单向隔离传输控制器包括机箱、电源、HDMI视频信号单向传输隔离切换装置、音频单向传输隔离切换装置和信号同步切换控制电路：

所述HDMI视频信号单向传输隔离切换装置包括第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路、视频信号切换控制电路和视频单向电路，第一信号处理电路、第二信号处理电路和第三信号处理电路用于HDMI信号的整形、滤波和同步处理，去除杂波的干扰，第一网络的HDMI视频信号经第一信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后送给视频信号切换控制电路，第二网路的HDMI视频信号经第二信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后送给视频信号切换控制电路，视频信号切换控制电路在信号同步切换控制电路控制下从两个网络的HDMI视频信号中选择一个输出，输出的HDMI视频信号经第三信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后，经视频单向电路送入屏幕显示，视频单向电路防止显示大屏的信号反向泄漏。

音频单向传输隔离切换装置包括第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路、第一音频单向电路、第二音频单向电路、音频信号切换控制电路和信号处理电路，第一网络音频信号送入第一音频单向电路，第二网络音频信号送入第二音频单向电路，第一音频单向电路、第二音频单向电路的输出端连接音频信号切换控制电路，第一网络电源由第一电源切换控制电路控制向第一音频单向电路供电，第二网络电源由第二电源切换控制电路控制向第二音频单向电路供电，第一电源切换控制电路和第二电源切换控制电路二者在信号同步切换控制电路控制下，同一时间仅有一个接通相连接的电源供电，并且音频信号切换控制电路在信号同步切换控制电路控制下，将连通电源能工作的音频单向电路送来的网络音频信号送给信号处理电路，实现从第一网络音频信号和第二网路信号二者选择一个送给信号处理电路，信号处理电路对送来的音频信号进行滤波处理，消除底噪和零漂后送入音频播放设备；

信号同步切换控制电路连接视频信号切换控制电路、第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路和音频信号切换控制电路，接到切换指令后控制所述四个切换控制电路的连接从第一网络同步切换到第二网络，或从第二网络同步切换到第一网络。切换指令采用图1所示的控制切换按键盒上的按键产生并通过网线传输而来，也可以通过其他方式产生的电信号传输而来。

视频信号切换控制电路、第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路和音频信号切换控制电路采用继电器开关实现切换。本实用新型采用信号继电器开关的电磁隔离功能，将视频信号和音频信号分别进行电磁隔离和切换，实现对显示大屏的视频信号和音频播放设备中的音频信号的信号隔离及切换。

本实用新型具体实施方式中，采用MAXIM公司的MAX3814芯片实现HDMI视频信号的单向传输保证，即视频单向电路采用MAX3814芯片。MAX3814是TMDS均衡/驱动器芯片，用于补偿FR-4电路板和电缆到HDMI连接器的损耗。该芯片一般用于HDMI电缆，用以延长HDMI信号的传输距离，从而提高连接器接收端电缆通道的抖动余量，本实用新型利用该芯片实现音视频信号的单向传输。音视频信号单向隔离传输控制器通过将HDMI的视频信号(即4对差分信号)经过该芯片，如图3所示，从输入接口INA+/INA-、INB+/INB-、INC+/INC-、IND+/IND-输入，利用该芯片中的均衡器进行电平判断后，从对应的OUTA+/OUTA-、OUTB+/OUTB-、OUTC+/OUTC-、OUTD+/OUTD-输出，在差分输出端跨接200Ω电阻，使输出端共模偏移降到最小，同时降低信号回波，不存在反向输出的通路，从而确保视频信号不会反向传输，即视频信号不会由显示屏向前端输入设备方向传输，通过电磁继电器的隔离作用和视频单向电路的抑制反向传输作用，防止内部网络的视频信号泄漏。此外，利用MAX3814芯片在解决HDMI信号单向传输及信号隔离切换的同时提高了HDMI信号的传输距离，提高了输出信号的驱动能力。不经过此装置输出的HDMI信号的传输距离为10-15米，经过此装置输出的HDMI信号的传输距离为60-80米。

为了保证音频信号的单向传输功能，一是在两个隔离网络音频电路上分别设置了信号放大电路作为音频单向电路和电磁继电器进行隔离切换，防止音频信号通过音频信号通道泄漏；第二是两路音频通道分别配置单独的供电电源并对进行切换控制，防止音频信号通过电源线路泄漏。

本实用新型具体实施方式中，采用UTC公司的LM386音频集成功放芯片进行音频信号的单向传输保证，即音频单向电路采用LM386。将音频输入信号接入该芯片的输入管脚后，进入放大器进行信号传输，不存在反向输出的通路，从而保证信号不会由内部网络音频设备向外部网络音频设备传输。同时，对于音频电路部分，两个隔离网络的电源采用完全独立的两个电源输入，保证电源部分的隔离。进一步的，本实用新型音视频信号单向隔离传输控制器还利用继电器开关的电磁隔离效果，将切换控制部分与大屏系统的音视频信号传输部分彻底隔离。

本实用新型具体实施方式中，继电器开关采用两输入一输出的开关，使用继电器开关的两个输入端，将两个网络的信号彻底隔离，可实现内外网的隔离。当切到内网状态时：继电器开关使内网电路闭合和内网供电电源供电，内网音视频信号单向输出；此时，继电器开关使外网电路断开和外网供电电源停止输出，外网音视频信号无输出。当切到外网状态时：继电器开关使外网电路闭合和外网供电电源输出，外网音视频信号单向输出；继电器开关使内网断开和内网供电电源停止输出，内网音视频信号无输出。

参见图1-3所示，本实用新型视频信号、音频信号、电源需要同步切换，一个HDMI接口的4对差分信号就需要8个继电器开关，电源的切换控制是由1个继电器进行切换控制的，音频信号(话筒信号和音箱信号)的切换控制是由2个继电器进行控制的，继电器开关多，保证这些继电器开关的同步切换是本实用新型关键功能与性能。

在本实用新型具体实施方式中，这些继电器开关的同步切换利用驱动器芯片(例如LN2003)内部的反向电路来实现对继电器开关的同步切换控制。如图4所示，驱动器芯片LN2003由7个NPN达林顿管组成，形成7路反向器电路，即当输入端为高电平时，输出端为低电平；当输入端为低电平时，输出端为高电平。

图5中仅用一个LN2003表示继电器开关的控制由LN2003进行控制的原理。将LN2003的输入端并联到一起，将LN2003的输出端分别与信号继电器开关的控制端连接，一个输入就控制了多路输出，输入端输入切换指令，通过控制信号的高低切换，从而实现对信号继电器开关的同步切换控制。如图5所示，将LN2003的所有输入端与控制信号Control_IN1相连，输出端LS1～LS7分别与继电器开关的控制端相连，控制信号Control_IN1可由操作控制按键产生。当控制信号Control_IN1为高时，LS1～LS7同步输出为低信号，继电器开关处于初始状态；当控制信号Control_IN1为低时，LS1～LS7同步输出为高信号，同步控制继电器开关吸合，从而控制继电器开关同步切换。

实际电路中，HDMI视频信号、音频信号即电源的切换，是根据实际情况一种方式是多个驱动器芯片LN2003并联的方式，所有驱动器芯片LN2003输入端连接在一起，接收切换指令，输出端分别连接多个继电器开关的控制端，第二种方式是采用驱动器芯片LN2003级联的方式，以解决切换控制信号的功率无法驱动过多的继电器开关的问题，该方式是第一级的驱动器芯片LN2003并联，输入端连接在一起，接收切换指令，第二级的每个驱动器芯片LN2003的输入端连接在一起，如图5所示，连接第一级驱动器芯片LN2003其中的一个输出端，第二级驱动器芯片LN2003的输出端分别连接多个继电器开关的控制端，通过上述级联组合的方式来实现较多继电器开关的控制信号的同步输出控制的情况。

以上仅为实用新型的优选实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的思想原则内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种音视频信号单向隔离传输控制器，其特征在于包括HDMI视频信号单向传输隔离切换装置、音频单向传输隔离切换装置和信号同步切换控制电路：

所述HDMI视频信号单向传输隔离切换装置包括第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路、视频信号切换控制电路和视频单向电路，第一信号处理电路、第二信号处理电路和第三信号处理电路用于HDMI信号的整形、滤波和同步处理，去除杂波的干扰，第一网络的HDMI视频信号经第一信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后送给视频信号切换控制电路，第二网路的HDMI视频信号经第二信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后送给视频信号切换控制电路，视频信号切换控制电路在信号同步切换控制电路控制下从两个网络的HDMI视频信号中选择一个输出，输出的HDMI视频信号经第三信号处理电路进行整形、滤波和同步处理后，经视频单向电路送入屏幕显示，视频单向电路防止显示大屏的信号反向泄漏；

音频单向传输隔离切换装置包括第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路、第一音频单向电路、第二音频单向电路、音频信号切换控制电路和信号处理电路，第一网络音频信号送入第一音频单向电路，第二网络音频信号送入第二音频单向电路，第一音频单向电路、第二音频单向电路的输出端连接音频信号切换控制电路，第一网络电源由第一电源切换控制电路控制向第一音频单向电路供电，第二网络电源由第二电源切换控制电路控制向第二音频单向电路供电，第一电源切换控制电路和第二电源切换控制电路二者在信号同步切换控制电路控制下，同一时间仅有一个接通相连接的电源供电，并且音频信号切换控制电路在信号同步切换控制电路控制下，将连通电源能工作的音频单向电路送来的网络音频信号送给信号处理电路，实现从第一网络音频信号和第二网路信号二者选择一个送给信号处理电路，信号处理电路对送来的音频信号进行滤波处理，消除底噪和零漂后送入音频播放设备；

信号同步切换控制电路连接视频信号切换控制电路、第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路和音频信号切换控制电路，接到切换指令后控制所述四个切换控制电路的连接从第一网络同步切换到第二网络，或从第二网络同步切换到第一网络；视频信号切换控制电路、第一电源切换控制电路、第二电源切换控制电路和音频信号切换控制电路采用继电器开关实现切换。

2.如权利要求1所述音视频信号单向隔离传输控制器，其特征在于所述视频单向电路采用MAX3814芯片，HDMI视频信号的4对差分信号从该芯片的输入接口输入，利用该芯片中的均衡器进行电平判断后，从对应的输出接口输出，在每对差分信号的输出端跨接200Ω电阻，使输出端共模偏移降到最小，同时降低信号回波，不存在反向输出的通路；

所述第一音频单向电路和第二音频单向电路均采用LM386音频集成功放芯片，将音频信号接入该芯片的输入管脚，由LM386音频集成功放芯片中放大器进行放大后输出，不存在反向输出的通路。

3.如权利要求1或2所述音视频信号单向隔离传输控制器，其特征在于信号同步切换控制电路采用驱动器芯片实现继电器开关的同步切换。

4.如权利要求3所述音视频信号单向隔离传输控制器，其特征在于所述驱动器芯片是LN2003，信号同步切换控制电路采用驱动器芯片实现继电器开关的同步切换的方式，一是多个驱动器芯片LN2003并联的方式：驱动器芯片LN2003输入端连接在一起，接收切换指令，输出端分别连接一个继电器开关的控制端；二是采用驱动器芯片LN2003两级级联的方式，第一级的驱动器芯片LN2003并联，输入端连接在一起，接收切换指令，第二级的每个驱动器芯片LN2003的输入端连接在一起，并连接第一级驱动器芯片LN2003的其中一个输出端，第二级驱动器芯片LN2003的输出端分别连接一个继电器开关的控制端。

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