一种备份切换音频系统的制作方法

本实用新型涉及音频技术领域，尤其涉及一种备份切换音频系统。

背景技术：

现已有的无缝备份切换技术中都只是涉及了功放端的简单开关切换，单纯的监测输出端信号的有无，并没有考虑主系统在死机的时候也会输出信号的问题，同时由于设备过于陈旧无法与现代流行的数字音频信号兼容，也无法实时监测设备的状态，并且传统主备切换器在切换时会由于通道参数没有调用而出现扬声器损坏的情况。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对相关技术中的备份切换技术过于简单、切换不可预知、不能兼容数字音频信号以及没有调用通道参数而造成扬声器损坏的缺陷，提供一种备份切换音频系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种备份切换音频系统，包括调音台以及与之连接的输入装置和输出装置，其中所述输入装置包括：输入音源的音源设备、输入主备音源的第一设备音频和第二设备音频、将设备音频平衡输出的第一音频分配器和第二音频分配器以及变换音频信号输出的话分器；

所述音源设备连接于所述话分器；

所述第一设备音频和所述第二设备音频分别通过所述第一音频分配器和所述第二音频分配器连接于所述话分器；

所述调音台包括：处理主音频信号的主调音台和处理备音频信号的备调音台；

所述主调音台和所述备调音台的输入端分别连接于所述话分器；

所述输出装置包括：备份切换的主备切换器、分配和交换网络信号的第一交换机和第二交换机、放大音频信号的第一功率放大器和第二功率放大器、备份使用放大音频信号的备份功率放大器、将电平信号转换成声能信号的第一扬声器、第二扬声器、第三扬声器和第四扬声器；

所述主备切换器的输入端分别连接所述主调音台和所述备调音台，功放输入端分别连接所述第一功率放大器、所述第二功率放大器和所述备份功率放大器，功放输出端连接所述第一扬声器、第二扬声器、第三扬声器和所述第四扬声器，Dante输出接口连接所述第一交换机，心跳信号检测端口和双向控制端口连接所述第二交换机；

其中，所述第一交换机和所述第二交换机分别连接所述备份功率放大器、所述第一功率放大器和所述第二功率放大器。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述主备切换器采用Cortex-A72 核心处理器、FPGA矩阵芯片以及ROM和Flash存储模块。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述主备切换器包括核心处理模块以及与之连接的输出信号检测模块、模拟音频切换模块、功放切换模块、 Dante音频切换模块、输入信号检测模块、电源模块、双向控制通讯模块和在线心跳信号检测模块，其中所述输出信号检测模块和所述输入信号检测模块还分别与所述模拟音频切换模块、所述功放切换模块和所述Dante音频切换模块接。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述在线设备心跳信号检测模块连接于所述第二交换机和主调音台。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述双向控制通讯模块通过所述第二交换机连接于外部控制电脑。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述主备切换器还连接于220V 的外部电源以及UPS备份电源。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述音源设备包括有线或无线话筒。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述话分器是无源转换设备。

优选地，在所述的备份切换音频系统中，所述第一功率放大器、所述第二功率放大器和所述备份功率放大器具有内置数字信号处理器。

实施本实用新型备份切换音频系统，具有以下有益效果：

通过在输入装置设置主备音源输入、在调音台设置主备调音台以及在输出装置设置备份功放，达到全流程完整备份的技术效果；

在输出装置内设计主备切换器实时检测设备状态及输入输出接口信号状态，解决了传统系统中主备切换不可预知的问题，实现了主备切换可预知的技术效果；

通过备份切换时调用扬声器参数，解决了传统主备切换器在切换时由于通道参数没有调用扬声器参数而出现扬声器单元损坏的情况，保护了扬声器单元不受损坏；

通过采用Dante数字音频传输技术解决了传统主备切换器无法输入数字音频信号的问题，使主备切换不仅支持模拟音频同时支持数字音频，解决了传统主备切换器无法音频、功放通道路由的问题使整个备份更加灵活。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型备份切换音频系统的系统框图；

图2是本实用新型备份切换音频系统主备切换器的内部模块框图；

图3是本实用新型备份切换音频系统输出装置的外部正面图；

图4是本实用新型备份切换音频系统输出装置的外部反面图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图1是本实用新型备份切换音频系统的系统框图，如图1所示：

一种备份切换音频系统，包括调音台2以及与之连接的输入装置1和输出装置3，其中输入装置1包括：输入音源的音源设备10、输入主备音源的第一设备音频11和第二设备音频12、将设备音频平衡输出的第一音频分配器 13和第二音频分配器14以及分配信号的话分器15；

音源设备10连接于话分器15；第一设备音频11和第二设备音频12分别通过第一音频分配器13和第二音频分配器14连接于话分器15；

在备份切换音频系统中，音源设备10包括有线或无线话筒。

在备份切换音频系统中，第一设备音频11和第二设备音频12包括电脑音频。

在备份切换音频系统中，话分器15是无源转换设备。

具体地，由于音源设备10包括有线或无线话筒等拾音累话筒，该类设备已经可以做到输出主备音源，然后通过模拟音频信号或Dante数字音频信号输出至话分，系统在话分将音频信号分配至主调音台20和备调音台21，其中重要的播放音源由第一电脑音频11和第二电脑音频12输入，采用主备音源的形式分别进入到第一音频分配器13和第二音频分配器14，第一音频分配器 13和第二音频分配器14是用于将一个电脑音频信号通过隔离的方式将非平衡转换成两组平衡输出音频的转换器，具体第一电脑音频11和第二电脑音频12 输出进入到第一音频分配器13的音源作为主音源输入，第一电脑音频11和第二电脑音频12输出进入到第二音频分配器14的音源作为备份音源输入，主备音源进入到第一音频分配器13和第二音频分配器14后将主备音源以一进二出的形式通过模拟音频信号输出至话分。话分器15是用于分配信号的2U 无源转换设备，话分器15将音频信号分配至主调音台20和备调音台21的同时支持为主调音台20和备调音台21幻象供电。此处两个电脑音频仅是举例，包含但不限于两个电脑音频，亦可包括一个说多个其他读取、播放音频文件的操作设备，两个音频分配器也仅是举例，包含但不限于两个，亦可是一个或多个音频分配器。

调音台2包括：处理主音频信号的主调音台20和处理备音频信号的备调音台21；

主调音台20和备调音台21的输入端分别连接于话分器15；

具体地，主调音台20是将输入音频信号处理、分配、修饰的混音设备，控制界面和混音机架分离安装，支持模拟音频输出、数字网络音频输出、时钟同步。而备调音台21与主调音台20功能一致，只是作为备份使用。主调音台20和备调音台21分别处理从话分器15输出的主备音频信号，调音台2 可同时输入输出模拟音频信号和Dante数字音频信号，主调音台20输出端输出一组模拟音频信号、一组Dante数字音频信号以及一组心跳信号至主备切换器30，备调音台21输出端输出一组模拟音频信号和一组心跳信号至主备切换器30。

输出装置3包括：备份切换的主备切换器30、分配和交换网络信号的第一交换机32和第二交换机33、放大音频信号的第一功率放大器34和第二功率放大器35、备份使用放大音频信号的备份功率放大器31、将电平信号转换成声能信号的第一扬声器36、第二扬声器37、第三扬声器38和第四扬声器 39；

具体地，主备切换器30是集检测、控制、切换为一体，多模拟音频输入输出，多网络音频信号输入输出，多功放输入输出接口，实时检测主系统工作状态，当主系统出现死机、无信号输入、功放通道出现问题时可自动切换到备份系统的高速网络化主备切换器；第一交换机32和第二交换机33是多孔基于TCP/IP协议进行网络信号交换、分配的设备；第一功率放大器34和第二功率放大器35是一种内置DSP核心处理，可调取扬声器组出厂预设及通道参数调节，将音频信号按照设置的倍数放大以推动扬声器组的能量转换设备，支持单相、三相电源供电；备份功率放大器31与第一功率放大器34和第二功率放大器35功能一致，只是用于备份使用；第一扬声器36、第二扬声器37、第三扬声器38和第四扬声器39是将电平信号转换成声能信号的换能器件，用于还原声音的设备，扬声器线路用银触点小于10ms的封装继电器，电流分段能力为50A。此处功率放大器、交换机和扬声器的数量仅是举例，可以包含一个或多个。

主备切换器30的输入端分别连接主调音台20和备调音台21，功放输入端分别连接第一功率放大器34、第二功率放大器35和备份功率放大器31，功放输出端连接第一扬声器36、第二扬声器37、第三扬声器38和第四扬声器39，Dante输出接口连接第一交换机32，心跳信号检测端口和双向控制端口连接第二交换机33；

其中，第一交换机32和第二交换机33分别连接备份功率放大器31、第一功率放大器34和第二功率放大器35。

具体地：主备切换器30通过心跳信号检测端口连接于主调音台20和备调音台21，通过第一模拟音频信号输出端口和备份功放输入接口连接于备份功率放大器31，通过Dante输出接口连接于第一交换机32，通过心跳信号检测端口和双向控制端口连接于第二交换机33，通过第二模拟音频信号输出端口和第一功放输入接口连接于第一功率放大器34，通过第三模拟音频信号输出端口和第二功放输入接口连接于第二功率放大器35，通过第一功放输出接口、第二功放输出接口、第三功放输出接口和第四功放输出接口连接分别连接于第一扬声器36、第二扬声器37、第三扬声器38和第四扬声器39。其中第一交换机32和第二交换机33分别连接于第一功率放大器34、第二功率放大器35和备份功率放大器31。

在备份切换音频系统中，主备切换器30采用Cortex-A72核心处理器、 FPGA矩阵芯片以及ROM和Flash存储模块。

在备份切换音频系统中，主备切换器30包括：核心处理模块301以及与之连接的输出信号检测模块302、模拟音频切换模块303、功放切换模块304、 Dante音频切换模块305、输入信号检测模块306、电源模块307、双向控制通讯模块308和在线心跳信号检测模块309，其中输出信号检测模块302和输入信号检测模块306还分别与模拟音频切换模块303、功放切换模块304和Dante 音频切换模块305连接。

在备份切换音频系统中，在线设备心跳信号检测模块309连接于第二交换机33和主调音台20。

在备份切换音频系统中，双向控制通讯模块308通过第二交换机33连接于外部控制电脑。

在备份切换音频系统中，主备切换器还连接于220V的外部电源以及UPS 备份电源。

在备份切换音频系统中，第一功率放大器34、第二功率放大器35和备份功率放大器31具有内置数字信号处理器。

具体地，图2是本实用新型备份切换音频系统主备切换器的内部模块框图，如图2所示：

主备切换器30内部采用先进的Cortex-A72为核心辅助FPGA芯片的系统构架，兼容Windows、Linux操作系统，主备芯片相互独立，配有2M容量的 ROM及40M高速Flash，音频切换电路用FPAG矩阵芯片在最小信号失真的情况下完成主备信号的矩阵切换。主备切换器30包括核心处理模块301以及与之连接的输出信号检测模块302、模拟音频切换模块303、功放切换模块304、 Dante音频切换模块305、输入信号检测模块306、电源模块307、双向控制通讯模块308和在线心跳信号检测模块309，其中输出信号检测模块302和输入信号检测模块306还分别与模拟音频切换模块303、功放切换模块304和Dante 音频切换模块305连接。核心处理模块301用于管理控制输出信号检测模块 302、模拟音频切换模块303、功放切换模块304、Dante音频切换模块305、输入信号检测模块306、电源模块307、双向控制通讯模块308和在线心跳信号检测模块309。配合输入信号检测模块302及输出信号检测模块302可实时检测输入输出音频、功放工作是否正常。在线设备心跳信号检测模块309通过主备切换器30输入端的心跳信号检测端口连接到主调音台20和备调音台 21，通过主备切换器30输出端的心跳信号检测端口连接到第二交换机33，用来判断主调音台20、备调音台21和连接到第二交换机33的第一功率放大器 34、第二功率放大器35和备份功率放大器31是否工作在正常状态。双向控制通讯模块308通过双向控制端口连接到第二交换机33，然后第二交换机33 连接到外部控制电脑，实现与集中管理平台集成，可实时检测切换器工作状态，同时通过软件界面可控制主备输入输出路由切换控制。模拟音频切换模块303连接于主模拟音频输入端口、备模拟音频输出端口、模拟音频输出端口和备份模拟音频输出端口，用于主备模拟音频输入输出端口的切换控制。功放切换模块304连接于主功放输入端口、备功放输入端口和扬声器输出端口，主要用于主备功放输入端口的切换控制。Dante音频切换模块305连接于主Dante音频输入端口、备Dante音频输入端口和Dante音频输出端口，主要用于主备Dante音频输入端口的切换控制。主备切换器30在系统死机的情况下会保持现在动作的继续，通过电脑软件重启或设备面板的REST按钮重置后芯片重启后在检测到下一动作信号之前会维持现有的设备动作。主备切换器30还连接于220V的外部电源以及UPS备份电源，主备电源实时自动切换，无论外部电源或UPS备份电源有问题还是主备切换器30内部的电源模块304 有问题，都不影响另外一组电源正常工作，所有输入输出、电源模块304都可以热插拔切换。

具体地，主调音台20和备调音台21输出音频信号至输出装置的流程如下：

主备切换器30在输入端接收主调音台20输出的模拟音频信号和Dante 数字音频信号，接收备调音台21输出的模拟音频信号，主备切换器30自动将模拟音频信号输出至功率放大器34或功率放大器35，经功率放大器34和功率放大器35将音频信号按照设置的倍数放大后，通过主备切换器30内部的功放输入接口连接主备切换器30内部的功放输出接口输出至第一扬声器36 或第二扬声器37或第三扬声器38或第四扬声器39。主备切换器30还将Dante 数字音频信号通过Dante数字音频信号输出接口输出至第一交换机32，再将 Dante数字音频信号通过TCP/IP协议传输到功率放大器34或功率放大器35 将音频信号按照设置的倍数放大后，通过主备切换器30内部的功放输入接口连接主备切换器30内部的功放输出接口输出至第一扬声器36或第二扬声器 37或第三扬声器38或第四扬声器39。

当在线设备心跳信号检测模块309检测到某一个功放通道出现问题时，此时的音频信号是模拟信号，主备切换器30中的FPGA矩阵芯片就会完成以下动作：

1、在小于10ms的时间内将故障通道的模拟音频信号切换至备份功率放大器音频31的输入接口；

2、在小于10ms的时间内切换故障功放输出通道至备份功放通道，即切换到备份功率放大器31；

3、在备份通道上自动调取扬声器参数使功放输出的功率符合扬声器的参数要求。

当在线设备心跳信号检测模块309检测到某一个功放通道出现问题时，此时的音频信号是Dante数字音频信号，主备切换器30中的FPGA矩阵芯片就会完成以下动作：

1、在小于10ms的时间内将故障通道的Dante数字音频信号切换至第一交换机32Dante数字音频信号输入接口；

2、在小于10ms的时间内切换故障功放输出通道至备份功放通道，即切换到备份功率放大器31；

3、在备份通道上自动调取扬声器参数使功放输出的功率符合扬声器的参数要求。

图3是本实用新型备份切换音频系统输出装置的外部正面图，如图3所示：

41是主模拟音频输入接口、42是主Dante音频输入接口、43是备份模拟音频输入接口、44是备份Dante音频输入接口、45是模拟音频输出接口、46 是Dante音频输出接口、47是功放输入接口、48是备份功放输入接口、49是功放输出接口、50是备份功放输出接口、51是切换器控制接口、52是心跳信号接口、53是备份模拟音频输出接口、54是LED信号指示灯以及56是电源指示。

输出装置3是一种6U机架高度的设备，前面板具有10路主模拟音频输入接口41、2路主Dante音频输入接口42、10路备份模拟音频输入接口43、 2路备份Dante音频输入接口44、10路模拟音频输出接口45、2路Dante音频输出接口46、10路功放输入接口47、2路备份功放输入接口48、10路功放输出接口49、2路备份功放输出接口50、1路切换器控制接口51、3路心跳信号接口52、6路备份模拟音频输出接口53、每路输入输出的LED信号指示灯54和电源指示56。其中2路Dante音频输出接口46包括1路主Dante 音频输出接口和1路备份Dante音频输出接口；由于10路功放输入接口47 和10路功放输出接口49的每个接口都有内置的两个接头，因此有20路外置分频扬声器输入和20路外置扬声器输出，同理，2路备份功放输48入接口和 2路备份功放输出接口50有4路外置分频输入和4路外置分频输出；备份功放输出接口50按照5个通道备份一个通道的比例进行功放备份，即10路功放输出接口49和2路备份功放输出接口50的比例为5:1；所有的Dante音频信号接口都为RJ45类型接口，所有的模拟音频信号接口都为XLR类型接口；每路输入输出上的LED信号指示灯54不同的颜色显示该通道不同的工作状态，红色为故障状态，绿色为有信号状态，蓝色无信号状态，白色为固件升级状态。

图4是本实用新型备份切换音频系统输出装置的外部反面图，如图4所示：

57是散热风扇、58是主电源接口、59是备电源接口和55是电源保险。输出装置3外部的反面上包括2个散热风扇57、1个主电源接口58、1个备电源接口59和两个电源保险55。

实施本实用新型备份切换音频系统，具有以下有益效果：

通过在输入装置设置主备音源输入、在调音台设置主备调音台以及在输出装置设置备份功放，达到全流程完整备份的技术效果；在输出装置内设计主备切换器实时检测设备状态及输入输出接口信号状态，解决了传统系统中主备切换不可预知的问题，实现了主备切换可预知的技术效果；通过备份切换时调用扬声器参数，解决了传统主备切换器在切换时由于通道参数没有调用扬声器参数而出现扬声器单元损坏的情况，保护了扬声器单元不受损坏；通过采用Dante数字音频传输技术解决了传统主备切换器无法输入数字音频信号的问题，使主备切换不仅支持模拟音频同时支持数字音频，解决了传统主备切换器无法音频、功放通道路由的问题使整个备份更加灵活。