专利名称：网络音频接口设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种音频信号接口设备，特别是一种网络音频接口设备。该设备的技术基础是基于以太网络传输音频信号的Cobra Net通讯协议，它作为音频信号接口设备可用于公共广播、扩声和广电音频系统中，构建基于音频传输、音频切换和音频监视于一体的智能数字化音频网络系统。
背景技术：
音频信号切换系统在公共广播、扩声和广电音频系统中占据着重要的地位，它直接关系到音频信号的音质保证、系统的安全性保证以及系统的使用方便性和灵活性，而且在整个音频系统的成本中也占据了相当的分量，直接影响到系统的造价。目前，最简单的音频传输切换系统是通过塞孔盘进行信号的交换。随着电子技术的发展，产生了基于模拟音频信号的模拟音频矩阵，大大提高了系统的灵活性和受控能力，同时还能实现信号的自动切换。后来又出现了基于数字交换技术的数字矩阵，先进的数字信号的交换和处理技术，使得音频信号在数字矩阵的传输切换过程中的音质损失减少到最小，而系统的切换功能则大大加强。虽然模拟矩阵和数字矩阵的交换原理有了很大的不同，但其系统结构基本相似，都是以音频矩阵为中心设备，该音频矩阵有音频信号输入输出接口设备，音频信号接口设备包括接口单元7、信号控制和处理单元8、信号变换单元9、电源10，参见图4。各个音源的音频信号通过音频线缆输送到音频矩阵，经音频矩阵交换后，再通过音频线缆输送到各音频设备。这种音频系统为了实现音频信号的监视，还需通过音分设备分配得到主通道的音频信号，再通过特定设备将监测音频信号转化成模拟量或视频信号，最后通过LED或TV等显示音量状态。
传统的音频系统结构庞大复杂，建造工程大、费时费工，维护、保养困难，难以构建智能化音频系统。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能克服现有技术存在的缺陷，利用CobraNet通讯协议，通过以太网络传输和交换音频信号，使音频信号传输、切换和监视系统的设计和施工大大简化的网络音频接口设备。
本实用新型解决上述问题所采取的技术方案是该网络音频接口设备，包括接口单元、信号控制和处理单元、信号变换单元、电源，其结构特点是所述的接口单元为能够按照基于以太网络传输音频信号的CobraNet通讯协议对音频信号编解码、并发送和接收音频数据包的网络接口单元，所述的信号控制和处理单元为能够改变发送或接收数据包号及其子号、并能够接收和发送或存储其他各种数据的信号控制和处理单元，它和网络接口单元、信号变换单元相连。网络接口单元完成音频数据包的网络接收和发送以及数据包的编解码处理。
本实用新型所述的信号控制和处理单元包含由微处理器构成的控制部分和由信号处理芯片构成的信号处理部分，微处理器和网络接口单元、信号处理芯片、信号变换单元相连；所述的控制部分设置有信号变换控制电路、时钟电路、LCD液晶显示和LED显示接口、RS232外部通信接口、GPIO接口；所述的信号处理部分设置有多路串行音频数据流的分解和复合电路、存储电路。信号控制和处理单元实现和网络接口单元之间的通信控制，完成多路串行音频数据流的分解和复合，产生信号变换单元所有的各种同步时钟信号和控制信号。信号处理单元的存储电路，可以存储控制设备发出的控制命令及操作时间表，根据标准时钟，实现本机输出信号的自动切换控制。
本实用新型所述的网络接口单元设置有音频处理器，带有RJ45网络控制接口、微处理器控制接口和RS232异步通信接口。音频处理器对各通道音量进行定时读取，再通过控制接口，获取音频处理器中音量寄存器中的值，在音频传输、切换同时实现音量监视，提高音频传输、切换和监视的效率。
本实用新型所述的信号变换单元包含A/D输入模块、D/A输出模块、AES/EBU数字音频信号输入/输出模块。信号变换单元的输入部分在信号控制和处理单元的控制下将模拟音频信号或AES/EBU数字音频信号转换成采样率符合CobraNet通讯协议要求的串行音频数据流；输出部分在信号控制和处理单元的控制下将串行音频数据流转换成模拟音频信号或AES/EBU数字音频信号。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点和有益的效果1、该网络音频接口设备应用在音频信号网络矩阵切换系统中，能在以太网络上按照CobraNet通讯协议实时传输高质量的音频信号、控制音频信号的切换、实现音频信号的音量监视；能极大地提高音频传输、切换和监视的效率，为构建集音频信号网络传输、交换、和监视于一体的智能化网络控制音频系统奠定了技术基础。2、应用本网络接口设备，安装方便简单，能使音频信号传输、切换和监视系统的设计和施工大大简化，与传统的音频系统的设计和施工相比能省却大量的音频线缆的敷设，既节省了线缆成本、又减少了敷设工程量，极大地降低了音频系统的造价。
图1为本实用新型实施例结构示意方框图。
图2为本实用新型实施例信号流向和工作流程示意图。
图3为本实用新型应用实例示意图。
图4为现有技术结构示意方框图。
具体实施方式
实施例的结构参见图1-图2。该网络音频接口设备包括接口单元1、信号控制和处理单元2、由输入部分3和输出部分4组成的信号变换单元6、电源5。接口单元1为能够按照基于以太网络传输音频信号的CobraNet通讯协议对音频信号编解码、并发送和接收音频数据包的网络接口单元1。信号控制和处理单元2为能够改变发送或接收数据包号及其子号、并能够接收和发送或存储其他各种数据的信号控制和处理单元2，它和网络接口单元1、信号变换单元6相连。
网络接口单元1由内含音频处理器的Cobranet编解码模块构成，带有RJ45网络接口、微处理器控制接口和RS232异步通信接口。信号控制和处理单元2主要有信号处理部分201和CPU控制部分202。控制部分202设置有信号变换控制电路、时钟电路、LCD液晶显示和LED显示接口、RS232外部通信接口、GPIO接口；信号处理部分201设置有多路串行音频数据流的分解和复合电路、存储电路。输入部分3主要有A/D转换模块301和AES/EBU信号输入模块302；输出部分4主要有D/A转换模块401和AES/EBU信号输出模块402。电源单元5由开关电源模块501、DC/DC转换和冗余控制模块502组成。图1中Ai为模拟输入信号、Ao为模拟输出信号、Di为数字输入信号、Do为数字输出信号。图2中B为PCM格式音频数据、C为CPU发出的控制信号、E为复合PCM格式音频数据、F为数据总线、G为符合CobraNet通讯协议的音频数据包、H为控制数据包和同步时钟包。
实施例的网络接口单元1采用Peakaudio公司的CM1或CM2模块。
实施例的信号处理部分201采用一块专用集成电路信号处理芯片；其主要功能是串行数据流的复合与分解，在CPU控制部分202的控制下，产生输入/输出部分3、4所需的各种同步时钟，产生CPU和CM1或CM2模块之间的时序信号。
实施例的CPU控制部分202采用微处理器P89C51RD2HB模块，通过RJ45网络接口接收控制命令，提供RS232等时异步通信接口。CPU控制部分202通过数据总线控制CM1或CM2模块，控制信号处理芯片的工作，提供用户LCD液晶和LED显示接口，外部GPIO接口和外部RS232异步通信接口。CPU控制部分202有一片时钟芯片P8563用于计时，一片串行EPROM用于存储网络参数和计划表，实现自动切换。
实施例的A/D转换模块301主要由高性能A/D芯片AK5392构成；其主要功能将模拟信号转换成采样率48KHZ、精度24BIT/20BIT、PCM格式的串行音频数据流。AES/EBU输入模块302主要由高性能芯片CS8420构成；其主要功能将不同采样率的AES/EBU数字音频信号转换成采样率48KHZ、精度24BIT/20BIT、PCM格式的串行音频数据流。D/A转换模块401主要由高性能D/A芯片CS4396构成；其主要功能将采样率48KHZ、精度24BIT/20BIT、PCM格式的串行音频数据流转换成模拟信号。AES/EBU输出模块402主要由高性能芯片CS8420构成；其主要功能将采样率48KHZ、精度24BIT/20BIT、PCM格式的串行音频数据流转换成AES/EBU数字音频信号。
实施例控制电路部分、接口电路部分以及DA转换、AD转换、AES/EBU转换部分的电连接，均按照所用模块接脚的公知接法连接。
该网络音频接口设备的工作过程如下模拟音频信号或AES/EBU音频信号通过输入信号变换部分3转换成PCM格式的串行音频数据流，该数据流通过网络接口单元1按照CobraNet通讯协议打包，每个音频数据包均有唯一标识，每个包有1-8个通道构成，音频数据包通过网线在普通以太网上传输。将接收音频数据包的包号设置成某个发送音频数据包的包号，就可收到该发送数据包的数据流。该数据流由网络接口单元1按照CobraNet通讯协议解包，并通过信号处理部分201分解，可得到PCM格式的串行音频数据流，最后由输出部分4电路变换成模拟音频或AES/EBU音频信号，完成音频信号从输入至输出的传输全过程。
当网络中发送音频数据包的包号确定后，通过改变接收音频数据包的包号及其子号，子号也是1-8个，即可实现音频数据在数据域中的任意交换，完成音频信号的切换。
网络接口单元1的音频处理器对各通道音量进行定时读取，再通过控制接口，获取音频处理器中音量寄存器中的值，就可实现音量监视。
信号变换单元6的输入部分3在信号控制和处理单元2的控制下将模拟音频信号或AES/EBU数字音频信号转换成串行音频数据流。一个设备最大可以有32个通道输入。输出部分4在信号控制和处理单元2的控制下将串行音频数据流转换成模拟音频信号或AES/EBU数字音频信号。一个设备最大可以同时接收即输出32个通道音频数据。
CPU控制部分202根据用户的指令，设置信号处理芯片201和COBRANET网络接口1部分的控制参数，如发送Bundle编号及子号、接收Bundle编号及子号、发送Bundle的传输方式、A/D、D/A转换器的控制信号等。CPU控制单元202提供三种控制方式，一种是本地键入控制，一种是本地串行RS232口按自定通信协议控制，还有一种是通过RJ45口按照简单网络传输协议SNMP控制。
该网络音频接口设备具有以下特征1、应用CobraNet传输协议和COBRANET模块，在以太网上发送和接收音频数据。
2、在相同以太网物理介质上，利用SNMP网络协议传送控制命令，在数字域实现音频信号切换，以及通道音量的监测。
3、通过RS232口，利用异步通信协议传送控制命令，在数字域实现音频信号切换，以及通道音量的监测。
4、接口设备之间可利用等时异步传输控制协议进行相互通信。
5、可存储本机输出信号切换时间表，并按照计划表自动进行连接切换。
6、根据各输入音频通道的信号被虚拟连接到输出音频通道的数量，动态改变本机发送Bundle的传输方式为点对点或点对多点或广播式传输，智能调节网络数据流量。
网络音频接口设备在网络音频矩阵中的应用实例参见图3，图中I为控制设备、II为网络音频接口设备、III为输入/输出音频信号、IV为以太网、V为串口通讯线、VI为以太网线或光纤。
网络音频接口设备对所有输入模拟或数字音频信号处理、并按照CobraNet协议打包，让所有音频信号按不同的Bundle等候进入CobraNet音频网络。
控制命令改变各网络音频接口设备的接收Bundle号以及Bundle中的子号Submap，实现音频接口设备的音频输出通道和对应发送音频信号设备的输入通道之间的虚拟连接。
控制命令给每个网络音频接口设备发送读取音量命令，从而实现音量监测。
控制命令可由一台或多台控制计算机应用SNMP协议通过RJ45网络端口发出，或应用异步通信协议通过RS232口直接控制本地网络音频接口设备，可通过RS232口应用等时异步通信协议直接控制远端网络音频接口设备。
各个网络音频接口设备通过以太网络连接，可以分散放置在各个音源附近，而不需要将音频信号集中传输到某一点，再进行交换，从而省却大量音频传输线缆。
本实用新型所说的“网络音频矩阵”的含义为各个网络音频接口设备通过以太网络连接，所有音频信号以数字化的形式在网络中实现交换、控制和监测。
权利要求1.一种网络音频接口设备，包括接口单元、信号控制和处理单元、信号变换单元、电源，其特征在于所述的接口单元为能够按照基于以太网络传输音频信号的CobraNet通讯协议对音频信号编解码、并发送和接收音频数据包的网络接口单元，所述的信号控制和处理单元为能够改变发送或接收数据包号及其子号、并能够接收和发送或存储其他各种数据的信号控制和处理单元，它和网络接口单元、信号变换单元相连。
2.根据权利要求1所述的网络音频接口设备，其特征在于所述的信号控制和处理单元包含由微处理器构成的控制部分和由信号处理芯片构成的信号处理部分，微处理器和网络接口单元、信号处理芯片、信号变换单元相连；所述的控制部分设置有信号变换控制电路、时钟电路、LCD液晶显示和LED显示接口、RS232外部通信接口、GPIO接口；所述的信号处理单元设置有多路串行音频数据流的分解和复合电路、存储电路。
3.根据权利要求1或2所述的网络音频接口设备，其特征在于所述的网络接口单元设置有音频处理器，带有RJ45网络控制接口、微处理器控制接口和RS232异步通信接口。
4.根据权利要求1或2所述的网络音频接口设备，其特征在于所述的信号变换单元包含A/D输入模块、D/A输出模块、AES/EBU数字音频信号输入/输出模块。
专利摘要本实用新型公开了一种网络音频接口设备，它可用于公共广播、广电等音频系统中。该设备包括接口单元、信号控制和处理单元、信号变换单元、电源，其结构特点是所述的接口单元为能够按照基于以太网络传输音频信号的CobraNet通讯协议对音频信号编解码、并发送和接收音频数据包的网络接口单元，所述的信号控制和处理单元为能够改变发送或接收数据包号及其子号、并能够接收和发送或存储其他各种数据的信号控制和处理单元，它和网络接口单元、信号变换单元相连。应用该接口设备的音频系统能高效率地在以太网络上实现音频信号的传输、切换、音量监视；而且应用本接口设备安装音频系统方便简单，能使系统的设计和施工简化、降低系统造价。
文档编号H04L29/02GK2686225SQ20042002134
公开日2005年3月16日 申请日期2004年3月29日 优先权日2004年3月29日
发明者赵凡, 祁才君 申请人:赵凡