基于数字视频会议系统的视频融合网关的制作方法

1.本实用新型涉及会议系统领域，尤其涉及基于数字视频会议系统的视频融合网关。


背景技术：

2.视频会议系统是指多个低于的用户通过视频会议设备将语音、影像、计算机数据以及控制信令等进行处理后通过通信网进行传递达到实时和交互的沟通，从而完成传统的集中式会议目的的系统。典型的视频会议系统网络中的设备主要由mcu、终端、网首、网关等组成。视频融合网关作为视频会议系统的核心设备，采用大容量高速fpga阵列和数字总线路由交换及网络交换技术架构，不仅保证了设备的绝对稳定性，同时实现了各种音视频信号的混合输入输出以及会议管理功能，具有如下特点：采用板卡式热插拔结构，可以任意选择输入输出板卡种类，设备插槽均采用了双向数据通道，支持输入输出混插功能。其中输入输出板卡支持多路模拟输入和模拟输出，例如，dvi音视频输入卡支持4通道dvi及4路模拟3.5mm音频信号输入，dvi音视频输出卡支持4通道dvi
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i及4路模拟3.5mm音频信号输出。音频信号在输入过程中，一般需要音频编码器对模拟音频信号压缩成数字编码文件；音频信号在输出过程中，一般需要音频解码器对压缩编码的文件进行解码。音频信号在进行传输过程中易引入高次谐波，若不滤除高次谐波，则会对音响设备、载波遥控设备等产生干扰，使通信中断，产生杂讯。为解决上述问题，本实用新型提供基于数字视频会议系统的视频融合网关，可以滤除音频信号中的高次谐波成分，保证通讯过程中无杂音。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提出了本实用新型提供基于数字视频会议系统的视频融合网关，可以滤除音频信号中的高次谐波成分，保证通讯过程中无杂音。
4.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了基于数字视频会议系统的视频融合网关，其包括音频编码器、音频解码器和mcu芯片，还包括模拟输入缓冲电路和模拟输出缓冲电路；
5.模拟音频正信号和模拟音频负信号分别输入至所述模拟输入缓冲电路的输入端，模拟输入缓冲电路的输出端分别与音频编码器的模拟正输入端和模拟负输入端一一对应电性连接，音频编码器的数字输出端通过i2s总线接口与mcu芯片电性连接；
6.mcu芯片通过i2s总线接口与音频解码器的数字输入端电性连接，音频解码器的模拟正输出端及模拟负输出端分别与模拟输出缓冲电路的输入端一一对应电性连接，模拟输出缓冲电路的输出端输出经过信号处理后的模拟音频输出信号。
7.在以上技术方案的基础上，优选的，模拟输入缓冲电路包括稳压电路，以及结构相同的正极缓冲电路和负极缓冲电路；
8.模拟音频正信号输入至所述正极缓冲电路的输入端，正极缓冲电路的输出端与音频编码器的模拟正输入端电性连接；
9.模拟音频负信号输入至所述负极缓冲电路的输入端，负极缓冲电路的输出端与音频编码器的模拟负输入端电性连接；
10.稳压电路分别与正极缓冲电路的输入端及负极缓冲电路的输入端电性连接。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，正极缓冲电路包括高通滤波器、电压跟随器和低通滤波器；
12.模拟音频正信号通过所述高通滤波器输入至电压跟随器的输入端，电压跟随器的输出端通过低通滤波器与音频编码器的模拟正输入端电性连接；所述稳压电路与电压跟随器的输入端电性连接。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，稳压电路包括电阻r14、电阻r15、电容c9、电容c10和5v电源；
14.5v电源通过电阻r14分别与电阻r15的一端、正极缓冲电路中电压跟随器的输入端及负极缓冲电路中电压跟随器的输入端电性连接，电阻r15的另一端接地，电容c9和电容c10并联后再次并联在电阻r15的两端。
15.在以上技术方案的基础上，优选的，模拟输出缓冲电路包括差动二阶低通滤波电路；
16.差动二阶低通滤波电路的差分输入端分别与音频解码器中同通道的模拟正输出端及模拟负输出端一一对应电性连接，差动二阶低通滤波电路的输出端输出经过信号处理后的模拟音频输出信号。
17.在以上技术方案的基础上，优选的，差动二阶低通滤波电路包括电阻r16
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r21、电容c11
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c13及运算放大器ne5532；
18.音频解码器的模拟正输出端通过电阻r16与电阻r18的一端电性连接，电阻r18的另一端与运算放大器ne5532的引脚2电性连接，电容c11并联在运算放大器ne5532的引脚2及其引脚1之间，电阻r17并联在电阻r18的一端及运算放大器ne5532的引脚1之间，运算放大器ne5532的引脚1输出模拟音频输出信号；
19.音频解码器中同通道的模拟负输出端通过电阻r19分别与电阻r20的一端及电阻r21的一端电性连接，电阻r21的另一端分别与电容c13的一端及运算放大器ne5532的引脚3电性连接，电阻r20的另一端及电容c13的另一端均接地；电容c12并联在电阻r18的一端及电阻r21的一端之间。
20.本实用新型的相对于现有技术具有以下有益效果：
21.(1)设置模拟输入缓冲电路和模拟输出缓冲电路，可以分别对模拟音频输入信号和模拟音频输出信号进行缓冲处理，以获取高次谐波失真小且频率特性好的模拟信号；
22.(2)在模拟输入缓冲电路中设置分别对模拟音频正信号和模拟音频负信号进行缓冲处理的正极缓冲电路和负极缓冲电路，使模拟音频正信号和模拟负信号获得较低的噪声和谐波失真，滤除音频信号中的高次谐波成分，保证通讯过程中无杂音；在模拟输入缓冲电路中还设置为正极缓冲电路和负极缓冲电路提供稳定基准电压的稳压电路，可以保证正极缓冲电路和负极缓冲电路输出稳定；
23.(3)在正极缓冲电路中设置由高通滤波器和低通滤波器组成的带通滤波器，用于提取预设频段范围内的模拟音频信号，保证高次谐波失真小，频率特性好；电压跟随器使输出信号大小不变，但带负载能力得到加强；
24.(4)差动二阶低通滤波电路可以抑制音频模拟信号发送过程中产生的共模干扰信号，抑制由温度噪声变化等带给电路的影响。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型基于数字视频会议系统的视频融合网关的结构图；
27.图2为本实用新型基于数字视频会议系统的视频融合网关中模拟输入缓冲电路的结构图；
28.图3为本实用新型基于数字视频会议系统的视频融合网关中模拟输入缓冲电路的电路图；
29.图4为本实用新型基于数字视频会议系统的视频融合网关中模拟输出缓冲电路的电路图。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
31.如图1所示，本实用新型的基于数字视频会议系统的视频融合网关，其包括模拟输入缓冲电路、音频编码器、mcu芯片、音频解码器和模拟输出缓冲电路。
32.模拟输入缓冲电路，对输入的模拟音频信号进行缓冲处理，以获取较低的噪声和谐波失真。本实施例中，如图1所示，模拟音频正信号和模拟音频负信号分别输入至所述模拟输入缓冲电路的输入端，模拟输入缓冲电路的输出端分别与音频编码器的模拟正输入端和模拟负输入端一一对应电性连接，音频编码器的数字输出端通过i2s总线接口与mcu芯片电性连接。
33.优选的，如图1所示，模拟输入缓冲电路包括稳压电路，以及结构相同的正极缓冲电路和负极缓冲电路；正极缓冲电路对模拟音频正信号进行缓冲处理，使模拟音频正信号获得较低的噪声和谐波失真；负极缓冲电路对模拟音频负信号进行缓冲处理，使模拟音频负信号获得较低的噪声和谐波失真；稳压电路为正极缓冲电路和负极缓冲电路提供稳定的基准电压，保证正极缓冲电路和负极缓冲电路输出稳定。如图1所示，模拟音频正信号输入至所述正极缓冲电路的输入端，正极缓冲电路的输出端与音频编码器的模拟正输入端电性连接；模拟音频负信号输入至所述负极缓冲电路的输入端，负极缓冲电路的输出端与音频编码器的模拟负输入端电性连接；所述稳压电路分别与正极缓冲电路的输入端及负极缓冲电路的输入端电性连接。由于正极缓冲电路和负极缓冲电路结构相同，因此，在此只介绍正极缓冲电路的结构和原理。
34.进一步优选的，如图2所示，正极缓冲电路包括高通滤波器、电压跟随器和低通滤
波器；模拟音频正信号通过所述高通滤波器输入至电压跟随器的输入端，电压跟随器的输出端通过低通滤波器与音频编码器的模拟正输入端电性连接；所述稳压电路与电压跟随器的输入端电性连接。其中，高通滤波器和低通滤波器组成了带通滤波器，用于提取预设频段范围内的模拟音频信号，保证高次谐波失真小，频率特性好；电压跟随器使输出信号大小不变，但带负载能力得到加强。本实施例中，如图3所示，高通滤波器选用电阻r7、电阻r8及电容c6组成的一阶高通滤波器，其截止频率与电阻r7、电阻r8及电容c6的参数有关，图3中，一阶高通滤波器的截止频率为0.66hz。低通滤波器选用电阻r9和电容c7组成的一阶低通滤波器，其截止频率与电阻r9和电容c7的参数相关，图3中，一阶低通滤波器的截止频率为590khz。图3中，in+和in
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分别表示模拟音频正信号和模拟音频负信号；ain+和ain
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分别表示音频编码器的模拟正输入端和音频编码器的模拟负输入端。
35.进一步优选的，如图3所示，稳压电路包括电阻r14、电阻r15、电容c9、电容c10和5v电源；5v电源通过电阻r14分别与电阻r15的一端、正极缓冲电路中电压跟随器的输入端及负极缓冲电路中电压跟随器的输入端电性连接，电阻r15的另一端接地，电容c9和电容c10并联后再次并联在电阻r15的两端。其中，电阻r14和电阻r15起到分压作用，将电压等分为2.5v，两电阻的交点处电压为2.5v，这样在正极缓冲电路和负极缓冲电路中的电压跟随器输出端则输出以2.5v为中心的波动信号，通常情况下，音频信号幅值小于2.5v，则将不会有负信号输入至音频编码器的模拟正输入端及其模拟负输入端。电容c9和电容c10为滤波电容，用于滤除5v电源输出信号中的干扰信号。
36.音频编码器，将模拟音频正信号和模拟音频负信号压缩成数字编码文件，并将数字编码文件传输至mcu芯片。本实施例中，如图1所示，模拟输入缓冲电路的输出端分别与音频编码器的模拟正输入端和模拟负输入端一一对应电性连接，音频编码器的数字输出端通过i2s总线接口与mcu芯片电性连接。可以采用a/d转换器实现编码功能，优选的，可以选用ak5383芯片，ak5383芯片是用于专业数字音频系统128倍过采样的双通道24位a/d转换芯片，ainl和ainr为模拟正输入端和模拟负输入端，sdata为数字输出端，以i2s协议传输至mcu芯片。ak5383芯片外围电路可以采用现有技术实现，在此不再累述。
37.mcu芯片，接收音频编码器传输的数字编码文件，并根据需求将数字编码文件传输至音频解码器。本实施例中，不对mcu芯片型号进行限定。
38.音频解码器，对mcu芯片传输的数字编码文件进行解码，获得模拟音频输出信号。本实施例中，如图1所示，mcu芯片通过i2s总线接口与音频解码器的数字输入端电性连接，音频解码器的模拟正输出端及模拟负输出端分别与模拟输出缓冲电路的输入端一一对应电性连接。可以采用d/a转换器实现解码功能。优选的，可以采用ak4393芯片，ak4393芯片是一款96khz采样模式高性能立体声dac，其输出为全差分输出；sdata为音频解码器的数字输入端，aoutl及atotr分别为音频解码器的模拟正输出端及模拟负输出端。ak4393芯片外围电路可以采用现有技术实现，在此不再累述。本实施例中，可以根据实际需求设计音频编码器和音频解码器的数量，比如当需要设计一个4入2出的音频矩阵模块时，则只需要2片音频adc及1片音频dac，这样在一个统一的硬件设计下可以实现多种设计要求，不仅可节约成本，还能大幅缩短系列产品的研发周期。
39.模拟输出缓冲电路，用于对音频解码器输出的模拟音频输出信号进行缓冲处理，抑制共模干扰信号，提高模拟音频输出信号的抗干扰性。本实施例中，如图1所示，音频解码
器的模拟正输出端及模拟负输出端分别与模拟输出缓冲电路的输入端一一对应电性连接，模拟输出缓冲电路的输出端输出经过信号处理后的模拟音频输出信号。优选的，如图1所示，模拟输出缓冲电路包括差动二阶低通滤波电路；差动二阶低通滤波电路的差分输入端分别与音频解码器中同通道的模拟正输出端及模拟负输出端一一对应电性连接，差动二阶低通滤波电路的输出端输出经过信号处理后的模拟音频输出信号。
40.进一步优选的，如图4所示，差动二阶低通滤波电路包括电阻r16
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r21、电容c11
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c13及运算放大器ne5532；音频解码器的模拟正输出端通过电阻r16与电阻r18的一端电性连接，电阻r18的另一端与运算放大器ne5532的引脚2电性连接，电容c11并联在运算放大器ne5532的引脚2及其引脚1之间，电阻r17并联在电阻r18的一端及运算放大器ne5532的引脚1之间，运算放大器ne5532的引脚1输出模拟音频输出信号；音频解码器中同通道的模拟负输出端通过电阻r19分别与电阻r20的一端及电阻r21的一端电性连接，电阻r21的另一端分别与电容c13的一端及运算放大器ne5532的引脚3电性连接，电阻r20的另一端及电容c13的另一端均接地；电容c12并联在电阻r18的一端及电阻r21的一端之间。其中，运算放大器ne5532的放大倍数与电阻r17及电阻r16的阻值相关，通过调节电阻r17与电阻r1的阻值可以改变运算放大器ne5532的放大倍数；运算放大器ne5532的截止频率与电阻r17、电阻r18、电容c11和电容c12的参数相关，通过调节其参数，即可改变运算放大器ne5532的截止频率。图4中，aout+和aout
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分别表示音频解码器的模拟正输出端和音频解码器的模拟负输出端。
41.本实施例的工作原理为：模拟音频正信号经过正极缓冲电路进行缓冲处理，模拟音频负信号经过负极缓冲电路进行缓冲处理，由于两路缓冲处理原理相同，在此只介绍正极缓冲电路处理的过程。首先，模拟音频正信号经过正极缓冲电路中高通滤波器进行滤波、电压跟随器进行跟随以及低通滤波器进行滤波处理后输出至音频编码器，音频编码器将模拟音频正信号以及模拟音频负信号进行编码，生成数字编码文件，并将数字编码文件传输至mcu芯片，mcu芯片根据需求将数字编码文件传输至音频解码器，音频解码器对数字编码文件进行解码处理，获得模拟音频输出信号，该模拟音频输出信号经过模拟输出缓冲电路进行缓冲处理，最后输出经过信号处理后的模拟音频输出信号。
42.本实施例的有益效果为：设置模拟输入缓冲电路和模拟输出缓冲电路，可以分别对模拟音频输入信号和模拟音频输出信号进行缓冲处理，以获取高次谐波失真小且频率特性好的模拟信号；
43.在模拟输入缓冲电路中设置分别对模拟音频正信号和模拟音频负信号进行缓冲处理的正极缓冲电路和负极缓冲电路，使模拟音频正信号和模拟负信号获得较低的噪声和谐波失真，滤除音频信号中的高次谐波成分，保证通讯过程中无杂音；在模拟输入缓冲电路中还设置为正极缓冲电路和负极缓冲电路提供稳定基准电压的稳压电路，可以保证正极缓冲电路和负极缓冲电路输出稳定；
44.在正极缓冲电路中设置由高通滤波器和低通滤波器组成的带通滤波器，用于提取预设频段范围内的模拟音频信号，保证高次谐波失真小，频率特性好；电压跟随器使输出信号大小不变，但带负载能力得到加强；
45.差动二阶低通滤波电路可以抑制音频模拟信号发送过程中产生的共模干扰信号，抑制由温度噪声变化等带给电路的影响。
46.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在
本实用新型的精神和原则之内，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。