嵌入音频路由切换器的制作方法

专利名称：嵌入音频路由切换器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及切换系统，更具体地，涉及包括具有独立于视 频切换的完全嵌入音频切换能力的串行数字视频路由器切换矩阵在内 的系统和方法。
背景技术：
路由切换器也可以被称为信号选择器、音频/视频(AV)选择器或 简单地称为路由器。标准的路由切换器可以具有来自连接到路由器输 入的多个源(如磁带录像机、媒体服务器、卫星接收机等)的多个视 频和音频信号。路由器的输出可以通向一个或更多的目的地，如磁带 录像机、视频/音频混合器、视频/音频监视器等。用户可以通过按下按 钮来选择将哪个输入连接到哪个(哪些)输出，而不断开/重新连接音 频和视频线缆。
在电视设施中，可以要求将单个节目切换到多个不同的频道或站 点。在一些情况下，对于每一个频道，所嵌入的音频可能是不合适的。 例如，可能需要不同的语言，或者要求音轨的配音版本。在这些情况 下，必须独立于视频来切换音频输出。路由切换器可以用于执行这项 任务。
当构建针对电视设施的信号切换基础设施时，需要选择将具有嵌 入音频的视频用作单个切换级或者使用独立的音频路由矩阵来与视频
分离地切换音频。对具有嵌入音频的视频进行切换的优点包括与单 独的音频切换矩阵相比，实质上减少了切换硬件和系统线缆连接。很多现代设备(如磁带录像机、媒体服务器和主控切换器)支持具有嵌 入音频的视频输入和输出。
主要缺点在于，常规的串行数字视频切换矩阵不允许对视频信号 中嵌入的音频流进行独立切换。例如，这使得很难在切换矩阵的输出 处合并来自输入#1的视频和来自#2的音频。在很多设施中(特别在制 作/后期制作中)或在必须考虑多通道和/或多语言音频的情况下，该限 制规定了单独的音频切换基础设施的使用。
过去已经使用了单独的音频切换基础设施(伴随着成本、所需空 间、线缆和功耗的增加)。还使用了与串行数字视频切换矩阵相结合的、 使用外部音频嵌入和去嵌入设备的混合系统。这种替代方案的实现同 样是昂贵和复杂的。

发明内容
根据本发明的一方面， 一种设备包括分离器，用于从包括具有 音频的视频在内的输入信号中选择性地分离音频；切换器，用于选择 性地将输入信号传送到至少一个输出；复用路径，用于将分离的音频 信号发送到所述至少一个输出，所述至少一个输出被配置为选择性地 引导输入信号和分离的音频信号。
根据本发明的另一方面， 一种设备包括至少一个输入板，被配
置为接收数字输入信号，所述数字输入信号包括具有嵌入音频的视频，
所述至少一个输入板包括去嵌入模块，被配置为从每个所述数字输 入信号中对音频进行去嵌入；以及时分复用器，被配置为将所有去嵌 入的音频复用至至少一个输出板，所述设备还包括交叉点矩阵，被 配置为接收所述数字输入信号，并将所述数字输入信号传送到所述至 少一个输出板；时分复用路径，被配置为与所述数字输入信号分离地 将去嵌入的音频信号传送至所述至少一个输出板；以及所述至少一个 输出板，被配置为根据路由控制设置来对所述数字输入信号与所选择 的去嵌入的音频信号之一进行路由。
根据本发明的又一方面， 一种方法包括从包括具有音频的视频 在内的输入信号中选择性地分离音频；选择性地将输入信号传送到至少一个输出；将分离的音频信号发送到所述至少一个输出；以及使用 所述至少一个输出来选择性地引导输入信号和分离的音频信号。
根据本发明的又一方面， 一种用于通过路由切换器来对具有嵌入 音频的视频信号进行路由的方法包括接收具有嵌入音频的数字输入 视频信号；从所述数字输入信号中对音频部分进行去嵌入，同时分离 地维持所述数字输入信号；对所有所述数字输入信号的音频部分进行 时分复用以在时分复用路径上传送到输出级。与时分复用的音频信号 分离地将所述数字输入信号传送到所述输出级。将所述数字输入信号 和时分复用的音频信号中的至少一个路由到目的地。


考虑现在将参考附图来详细描述的示意实施例，本发明的优点、 性质以及各种附加特征将得以更完整地呈现，附图中
图l是示出根据一个实施例的用于对音频嵌入信号进行路由的示 例性路由切换器的示意图2是更详细地示出输出级的方框图3是示出根据另一个实施例的用于对音频嵌入信号进行路由的
示例性路由切换器的示意图，其中交叉点矩阵适于提供用于分离传送
的音频信号的时分复用路径；
图4是示出根据另一个实施例的用于对音频嵌入信号进行路由的 另一个示例性路由切换器的示意图，其中交叉点矩阵适于提供用于分 离传送的音频信号的时分复用路径；以及
图5是示出根据一个实施例的用于对音频嵌入信号进行路由的示 例性方法的流程图。
应理解，附图旨在阐述本发明的构思并不必须是用于说明本发明 的唯一可能配置。
具体实施例方式
本发明提供了针对用于串行数字视频路由器的完全嵌入音频切换 能力的系统和方法。串行数字视频路由器切换矩阵可以提供独立于视频切换的完全嵌入音频切换。可以在高清晰度和/或标准清晰度应用中 使用该路由器。通过提供对串行数字视频比特流中包括的音频信号的 完全独立的切换，降低了成本和复杂度，并且在系统的输入和输出选 择中实现了更大的灵活性。
应理解，在电视设施方面对本发明进行描述；然而，本发明的范 围要宽得多，并可以包括任何音频/视频系统，这些系统从一个或更多 源接收要路由到一个或更多目的地的多个音频和视频信号。可以通过 任何方法来接收内容，例如，在如电话、线缆、计算机、卫星等的网 络上进行传送。在电视网络应用方面对本发明进行描述；然而，本发 明的构思可以扩展到其它应用，例如线缆、卫星网络、无线和有线网 络类型。
应理解，可以按照硬件、软件或其结合的各种形式来实现附图所 示的元件。优选地，通过一台或多台适当编程的通用设备上的硬件和 软件的结合，来实现这些元件，所述通用设备可以包括处理器、存储 器和输入/输出接口。
本描述说明了本发明的原理。因此，可以认识到，本领域技术人 员能够想到各种实施本发明的原理的设置，虽然这里没有显式地描述 或示出这些设置，但是，这些设置包括在本发明的精神和范围中。
此外，这里阐述本发明的原理、方面和实施例以及其具体示例的 所有表述应包括其结构和功能的等效物。此外，这样的等效物应包括 当前己知的等效物以及未来开发的等效物，例如，开发出的执行相同 功能的任何元件，而不论其结构如何。
因此，例如，本领域技术人员应理解，这里呈现的框图表示了实 现本发明原理的示意电路图的概念视图。类似地，可以认识到，任何 流程图、流程图表、状态转移图、伪代码等表示了各种过程，所述过 程可以被实质上表示在计算机可读介质中，并从而由计算机或处理器 执行，而不论是否显式地示出了这样的计算机或处理器。
可以通过使用专用硬件以及能够与合适的软件相关联地执行软 件的硬件，来提供图中所示的各种元件的功能。在由处理器提供时， 可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单处理器(其中一些可以是共享的)来提供该功能。此外，显式使用的术语"处理器"或 "控制器"不应被解释为是排他性地指能够执行软件的硬件，可以隐 含地包括但不限于数字信号处理器("DSP")硬件、用于存储软件
的只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")、和永久存储器。
在权利要求书中，表述为用于执行指定功能的装置的任何元件应 包含执行该功能的任何方式，例如包括a)执行该功能的电路元件的结 合或者b)任何形式的软件，从而包括固件、微代码等，与执行该软件 的适当电路相结合来执行该功能。由这样的权利要求所限定的本发明 在于以下事实以权利要求所要求保护的方式，将各种所述装置所提 供的功能结合并集合在一起。因此，应认为可以提供这些功能的任何 装置都与这里所示的装置等效。
现在具体参照附图，贯穿多个视图，相似的参考标号标识类似或 相同的元件，首先参见图l，示意性系统10示出了用于电视设施的串行 数字路由切换器的内部电路的一部分。系统10包括多个输入板12和多 个输出板14。每个输入板12包括一个或更多视频输入16。在该示例中， 所有输入均包括嵌入音频。优选地，输入16包括具有嵌入数字音频流 15 (例如符合音频工程学会/欧洲广播联盟(AES/EBU)标准或简称为 AES的^)的串行数字视频(SDV)。在本示例中，每个输入板提供若 干功能。这些功能包括由处理器19进行的SDV信号处理。信号处理可 包括很多不同的处理。例如，信号检测、'流的均衡、数据时钟重定时 (data reclocking )等。
针对每个串行数字视频(SDV)输入16采用集成的音频去嵌入。 通过使用去嵌入模块20，每个输入板12从SDV输入信号中对音频 (AES/EBU或简称为AES)进行去嵌入。然后，时分复用器(TDM) 22将所有去嵌入的音频信号合并在一个或更多时分复用(TDM)的比 特流24上。将TDM比特流24直接连接到输出板14上的视频切换矩阵输 出电路26。还将串行数字视频信号及其嵌入的音频15—起连接到视频 切换矩阵30的输入。
在给定输出需要视频具有其原始嵌入的音频信号15的情况下，将视频切换矩阵30 (如串行数字视频交叉点矩阵)的输出直接连接到给
定输出(输出板14)并且原始嵌入的音频与视频15'—起简单地通过。 在给定输出(输出板14)需要嵌入视频信号中的不同音频信号的情况 下，路由器控制系统从TDM流24中选择音频，时分解复用器32对信号 进行解复用并使用与给定输出相关联的音频嵌入电路34来合并视频。 可以使用输出板14上的时分解复用器32来选择期望信号。
优选地，根据电影和电视工程师学会(SMPTE)定义的信号格式 标准，在水平辅助数据(Horizontal Ancillary Data)空间将音频嵌入数 字视频比特流15。模块20通过从串行数字视频比特流15中选择期望音 频通道辅助数据、缓存该数据并重新格式化为AES/EBU数字音频比特 流来对音频进行去嵌入。路由切换器控制系统52控制视频和音频信号 的选择。通常以分离的信号电平在路由控制面板和图形用户界面(如 控制系统52)上将视频和音频呈现给操作者。这使得操作者能够从相 同输入中选择视频和音频(在这种情况下，使用已嵌入视频的音频)， 或者操作者可从一个输入中选择视频并从一个或更多备选输入中选择 音频(在这种情况下，从音频TDM流24中选择期望音频信号并将其应 用于合适输出的音频嵌入电路34)。可以由操作者、程序或基于操作条 件或预设的硬件来进行路由选择。
在一个实施例中，与嵌入音频一起接收第一SDV信号，并从不同 的源接收第二SDV信号。根据该实施例，第一信号和第二信号对其音 频进行去嵌入并将其提供给输出板。输出板可以将来自第一信号的音 频嵌入第二信号中，反之亦然。可选地，输出的第一信号和第二信号 都能够使用原始第一信号的音频，或输出的第一信号和第二信号都能 够使用原始第二信号的音频。由于所有音频流都可用，可以选择并输 出任何音频或音频通道的组合，包括具有完全嵌入的音频流的SDV。 这有很多优势，并且在选择输出硬件以针对娱乐价值或其它原因来优 化系统输出方面提供了很大的灵活性。
参见图2，输出板或输出级14包括TDM音频解复用器32、音频嵌 入电路34和串行数字视频(SDV)时钟重定时电路36。将SDV信号从 交叉点矩阵(图1中30)的输出馈送至音频嵌入电路34的视频输入。TDM音频解复用器32接收TDM音频流，并在路由控制系统52 (图l) 的控制下对从TDM音频流中选择的音频信号进行解码并将该音频应 用至音频嵌入电路34的音频输入。路由控制系统52引导音频嵌入电路 34通过己嵌入SDV信号中的一个或更多音频通道(在需要与视频原始 相关联的音频的情况下)，或对来自TDM音频解复用器32的一个或更 多音频信号进行嵌入(在需要不同音频信号的情况下)。音频嵌入电路 34的输出包括视频和一个或更多嵌入音频通道；将该输出应用至SDV 时钟重定时器模块36， SDV时钟重定时器模块36从SDV信号提取时钟 信号并使用该时钟信号对该SDV信号进行时钟重定时从而移除抖动。
在另一个实施例中，除使用专用的从输入到输出的TDM路径来构 建新系统之外，或者取代使用专用的从输入到输出的TDM路径来构建 新系统，还可能在现有的串行数字视频切换矩阵中实现本原理。这样 做的一种方式可以包括将常规的输入和输出电路替换为包括音频去嵌 入、嵌入和时分复用(TDM)总线连接在内的输入和输出电路。通过 将视频切换矩阵中的现有路径专用于TDM，可以从输入电路到输出电 路对TDM总线进行分配。这产生了与图l中示意性地表示的系统等效 的系统。
对于使用现有硬件的方法，优选地，TDM比特率与视频切换矩阵 兼容，实际中，应使用270Mb/s (64个音频通道)的标准清晰度分量串 行数字比特率或1.48Gb/s (多达352个音频通道)的高清晰度分量的串 行数字比特率。由于本方案针对TDM总线使用视频路由路径中的一 些，因此可以减小有效矩阵的大小。图3和图4示出了根据本原理修改 的路由器切换设计的示意性示例。
参见图3和图4，示意性地示出了Grass Valley Trinix 128xl28矩阵 (图3)和Grass Valley Trinix 256x256矩阵(图4)。这些示例设备示 出了在系统中包括音频专用的输入和输出的可能性，所述系统可以提 供要与音频合并的附加音轨。单独的音频输入/输出也可以与图l所示 的实施例一起使用。设备200和220可以包括单个AES/EBU (音频工程 协会/欧洲广播联盟)数字音频流，或可以包括TDM流，所述TDM流 包括多个音频通道，如前述的270Mb/s和1.485Gb/s的流或工业标准多
12通道音频数字接口 (MADI)格式。
参见图3，路由器200包括减小为124xll2矩阵的128xl28宽带数字 交叉点矩阵130。使用减小的矩阵大小来提供通过矩阵130的TDM路径 111。在该实施例中，具有嵌入音频输入15的SDV的每个输入板14包括 31个输入。由于该设计包括四个输入板，总共有124个输入。此外，例 如，每个板可以提供一个音频专用的输入或TDM输入流llO (总共四 个)。输入110可包括多个音频通道，如用于电视的270Mb/s和1.485Gb/s 的流。
如上所述，执行处理器19的信号处理并对音频进行去嵌入(20)。 执行时分复用(22),并且时分复用可以包括TDM输入110以及来自信 号15的所有去嵌入的音频，该音频被放置在路径111上并通过矩阵130 来进行传送。还向输出板16传送具有嵌入音频信号15'的视频。在该示 例中，有四个输出板16可用。每个输出板16包括28个输出(总共112 个输出)。用于该系统的音频输出110' (AES或TDM)可以包括每板四 个(总共16个)。同样如前所述执行路由(32)、嵌入(34)和时钟重 定时(36)。
参见图4，路由器220包括减小为248xl92矩阵的256x256宽带数字 交叉点矩阵132。使用减小的矩阵大小来提供通过矩阵132的TDM路径 111。在该实施例中，具有嵌入音频输入15的SDV的每个输入板14包括 31个输入。由于该设计包括八个输入板，总共有248个输入。此外，例 如，每个板可以提供一个音频专用的输入或TDM输入110(总共八个)。 输入110可以包括多个音频通道，如用于电视的270Mb/s和1.485Gb/s的 流。
如上所述，执行处理器19的信号处理并对音频进行去嵌入(20)。 执行时分复用(22)，并且时分复用可以包括TDM输入110以及来自信 号15的所有去嵌入的音频，该音频被放置在路径111上并通过矩阵132 来进行传送。还向输出板16传送具有嵌入音频信号15'的视频。在该示 例中，有八个输出板16可用。每个输出板16包括24个输出(总共192 个输出)。用于该系统的音频输出110' (AES或TDM)可以包括每板八 个(总共64个)。同样如前所述执行路由(32)、嵌入(34)和时钟重定时(36)。在图3和图4中，音频输入110可以包括来自任何源的音频 流，并可以被路由控制系统(未示出)用于提供期望音频流以供选择。 当需要时，可以将矩阵130和132减小其他量。
参见图5，根据一个实施例示出了用于通过路由切换器对具有嵌入 音频的视频信号进行路由的方法。在方框302中，接收具有嵌入音频的 数字输入视频信号(或音频专用信号)。优选地，使用具有去嵌入模块 的输入板来接收这些信号。在方框304中，从数字输入信号中对音频部 分进行去嵌入，同时分离地维持数字输入信号(也维持音频专用信号)。 在方框306中，针对所有数字输入信号，对音频部分进行时分复用，以 在时分复用的路径上传送至输出级。时分复用的路径可以包括单独的 总线或通过交叉点矩阵的路径，其中交叉点矩阵的至少一部分用于实 现该路径。可以使用矩阵大小的减小以允许时分复用的路径通过矩阵。
在方框310中，与时分复用的音频信号分离地将数字输入信号传送 到输出级。优选地，使用交叉点矩阵来传送数字输入信号，并且与原 始的嵌入音频一起传送。在步骤312中，对时分复用的音频信号进行解 复用，以将该信号提供给特定目的地，或者如果需要，根据特定要求 简单地重现要重新嵌入相同或不同视频信号的音频。在方框314中，可 以执行将时分复用的音频信号嵌入数字输入信号或视频信号中，以重 建具有新嵌入音频的视频信号。在方框316中，如果需要，可以通过从 SDV信号中提取时钟信号来执行时钟重定时，以对SDV信号进行时钟 重定时从而移除抖动。
在方框320中，可以提供并配置音频专用输入，以接收音频信号或 时分复用的音频信号以传送到输出级。音频专用信号可用于与音频信 号进行混合(如与去嵌入的音频信号一样)。在操作中，可以在任一点 接收和使用音频专用输入。在方框322中，将数字输入信号与时分复用 的音频信号中至少一个从输出级路由到目的地。通常由路由控制系统、 用户、程序、根据预先选择的条件等来选择目的地。例如，如果使用 英语音频发送原始音频流而将电影发送至西班牙站点，则可以针对给 定目的地从特定输出板或输出级预先选择西班牙语音频。基于路由器 控制系统或编程的选择(如路由设置)将信号路由到目的地。
14以上描述了嵌入音频路由切换器的优选实施例(应为示意性而非 限制性)，应注意，本领域技术人员可以按照上述教导进行修改和变化。 因此，应理解，在所附权利要求所概括的本发明的精神和范围之内， 可以对所公开的本发明的具体实施例进行改变。
权利要求
1、一种设备，包括分离器(20)，用于从包括具有音频的视频在内的输入信号中选择性地分离音频；切换器(30)，用于选择性地将所述输入信号传送到至少一个输出(14)；复用路径(24)，用于将分离的音频信号发送到所述至少一个输出，所述至少一个输出(14)被配置为选择性地引导所述输入信号和所述分离的音频信号。
2、 根据权利要求l所述的设备，还包括至少一个输入(12)，耦 合至模块并用于接收所述输入信号，所述输入信号是数字输入信号并 连接至被配置为对所述数字输入信号进行均衡的处理器(19)。
3、 根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个输入(12) 耦合至复用器(22)以对所述分离的音频信号进行复用。
4、 根据权利要求l所述的设备，其中，所述至少一个输出(14) 包括解复用器(32)，用于提供所述分离的音频信号至指定输出的路由。
5、 根据权利要求l所述的设备，还包括串行数字切换器，被配 置为对电视信号进行路由。
6、 根据权利要求5所述的设备，其中，所述电视信号包括标准清 晰度信号和高清晰度信号中的至少一个。
7、 根据权利要求l所述的设备，其中，所述复用路径(24)包括 时分复用的总线。
8、 根据权利要求l所述的设备，其中，所述复用路径包括通过所 述切换器(130)的路径，使用所述切换器的至少一部分来实现所述路 径。
9、 根据权利要求l所述的设备，还包括音频专用输入(110)， 被配置为接收音频信号和时分复用的音频信号之一，以传送至所述至 少一个输出。
10、 一种设备(10)，包括至少一个输入板(12)，被配置为接收数字输入信号，所述数字输 入信号包括具有嵌入音频的视频，所述至少一个输入板包括去嵌入模块(20)，被配置为从每个所述数字输入信号中对 音频进行去嵌入；以及时分复用器(22)，被配置为将所有去嵌入的音频复用至至 少一个输出板，交叉点矩阵(30)，被配置为接收所述数字输入信号，并将所述数 字输入信号传送到所述至少一个输出板(14);时分复用路径(24)，被配置为与所述数字输入信号分离地将去嵌 入的音频信号传送至所述至少一个输出板；以及所述至少一块输出板(14)，被配置为裉据路由控制设置来对所述 数字输入信号与所选择的去嵌入的音频信号之一进行路由。
11、 根据权利要求10所述的设备，其中，所述至少一个输入板(12) 包括处理器(19)，被配置为对所述数字输入信号进行均衡。
12、 根据权利要求10所述的设备，其中，所述至少一个输出板U4) 包括嵌入模块(34),用于将音频信号嵌入一个或更多所述数字输入信 号中，以提供具有视频和嵌入音频的第二信号。
13、 根据权利要求10所述的设备，其中，所述至少一个输出板(14) 包括解复用器(32)，用于提供所述去嵌入的音频信号至指定输出的路 由。
14、 根据权利要求10所述的设备，其中，所述切换器(10)包括 串行数字切换器，被配置为对电视信号进行路由。
15、 根据权利要求10所述的设备，其中，所述电视信号包括标准 清晰度信号和高清晰度信号中的至少一个。
16、 根据权利要求10所述的设备，其中，所述时分复用路径(24) 包括时分复用的总线。
17、 根据权利要求10所述的设备，其中，所述时分复用路径(24) 包括通过所述交叉点矩阵的路径，使用所述交叉点矩阵(130)的至少 一部分来实现所述路径。
18、 根据权利要求10所述的设备，还包括音频专用输入(110)，被配置为接收音频信号和时分复用的音频信号之一，以传送至所述至 少一个输出板。
19、 一种方法，包括以下步骤从包括具有音频的视频在内的输入信号中分离音频； 选择性地将输入信号传送到至少一个输出； 将分离的音频信号发送到所述至少一个输出；以及 使用所述至少一个输出来选择性地引导所述输入信号和所述分离 的音频信号。
20、 根据权利要求19所述的方法，还包括对所述输入信号进行均衡。
21、 一种用于通过路由切换器来对具有嵌入音频的视频信号进行 路由的方法，包括接收(302)具有嵌入音频的数字输入视频信号；从所述数字输入信号对音频部分进行去嵌入(304)，同时分离地 维持所述数字输入信号；对所有所述数字输入信号的音频部分进行时分复用(306)以在时 分复用路径上传送到输出级；与时分复用的音频信号分离地将所述数字输入信号传送(310)到 所述输出级；以及将所述数字输入信号与所述时分复用的音频信号中的至少一个路 由(322)至目的地。
22、 根据权利要求21所述的方法，还包括对所述时分复用的音 频信号进行解复用(312)以提供至指定输出的路由。
23、 根据权利要求21所述的方法，其中，所述时分复用路径包括 通过交叉点矩阵的路径，使用交叉点矩阵的至少一部分来实现所述路 径。
24、 根据权利要求21所述的方法，还包括提供(320)音频专用 输入，所述音频专用输入被配置为接收音频信号和时分复用的音频信 号之一，以传送至所述至少一个输出。
25、 根据权利要求21所述的方法，还包括将时分复用的音频信号嵌入(314)所述数字输入信号中以重建具有新嵌入音频的视频信号。
全文摘要
本发明提供了一种设备，包括分离器，用于从包括具有音频的视频在内的输入信号中选择性地分离音频；切换器，用于选择性地将输入信号传送到至少一个输出；复用路径，用于将分离的音频信号发送到所述至少一个输出，所述至少一个输出被配置为选择性地引导输入信号和分离的音频信号。
文档编号H04N5/268GK101563915SQ200680056681
公开日2009年10月21日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者约翰·爱德华·利伦 申请人:汤姆森许可贸易公司