数字音频切换器的设计与实现

张本营

【摘要】 数字音频切换器是专门为各级广播电台制作部门、播出系统、总控系统和发射系统而设计。主要用于播控中心或发射台的音频通路中，它可以自动检测系统中有无音频信号，根据所设置的优先级（本设计以第一路为最高优先级别）并自动地进行切换，确保播出系统中始终有音频信号播出，从而降低了系统停播率，也为实现无人值班提供了可靠的技术保障。

【关键词】 数字音频 智能切换 断电直通 手动切换

一、现状

随着广播电视事业的快速发展，国内各广播电台陆续开始进行技术革新，广播的播出平台由原来的模拟播出逐渐过渡到数字播出平台，同时播出节目的套数越来越多，特别是总控机房的改建，对广播电视安全可靠播出的要求也越来越高，安全播出是广电行业的生命线，这不仅要求值班人员要进一步强化安全播出意识，更重要的是要提高我们的安全播出手段，提高我们设备安全性、稳定性及可靠性，避免停播事故。作为信号源，数字信号逐步取代模拟信号，目前各发射台广播信号源基本上更新为AES/EBU数字音频信号，要求各频率信号源送入发射机之前要进行信号均衡、时钟恢复、自动切换、手动选择、模拟监听、断电直通以及双电源热备份供电等功能。

广播电视部门的播出总控机房需要监视多路信号源，选择切换其中一路作为播出信号。另外，还需要监视发射机发送信号之后的接收信号，以帮助值班人员判断播出是否正常。对于由人工监视播出情况，手动进行信号切换，效率低、切换速度慢。如果需要播出多套节目，更增加了值班人员的工作压力。为了保证安全优质播出，使设备的管理自动化、科学化，减轻值班人员的劳动强度，我们自主开发了数字音频切换器，用于信号源、信号监视和信号源的自动切换。

数字音频切换器是广播电台播出系统中的中心设备，它可以从四路输入信号中选择一路信号送到发射机发射和监视，输出两路AES/EBU数字音频信号用于播出、一路模拟立体声音频信号用于监视器监听。该切换器可以自动切换，也可以通过按键操作控制，达到切换通道的目的。

二、主要内容

控制电路由Atmel公司的AT89S52单片机构成，AT89S52是一个低功耗，高性能，CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，功能强大的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。数字音频处理芯片具有时钟恢复、结构再生、自动纠错功能，该芯片采样频率范围宽，能够产生各种状态报告；接收器，满足国际ESD 标准要求，是同类产品中首批通过严格的、工业界公认的内置ESD保护标准测试的芯片。数字切换开关模块选择54LS151数据选择器，有八路输入，完全满足电路要求，如果正在使用的信号源出现了问题，经AT89S52判断处理以决定实时切入第几路信号输出，每路信号源的优先级可以事先设定。单片机AT89S52做信号源检测及发光二极管显示。该设备只能在输入信号的端口之间切换，没有信号的端口切换无效，这样有效地避免了由于误切至空端而影响安全播出的情况，实用性很强，该设计原理框图如图1所示。

本项目充分考虑并满足抗干扰性的设计要求，比如在电路关键芯片的电源附近加接退耦电容滤波以降低干扰，电路板采用双面环绕地，降低了电磁干扰，可以有效降低干扰，使用线性电源对数字电路系统运行至关重要。

主要技术指标1）数字音频输入/输出电平：最大7Vpp；2）采用的标准：AES/EBU；3）数字音频平衡输入输出阻抗：110Ω±20% ；4）采样频率：48KHz/44.1KHz/32KHz；

本切换器检测输入音频信号，同時具有检测信号失锁、CRC、奇偶校验、违反双相位编码等数字音频错误。与相关切换器相比，本切换器的性能指标明显优于国内外其他厂家，且具有较完善的功能，具有很高的应用前景，能够产生很好的经济效益。

结束语：数字音频切换器成功地实现了对信号的检测和信号源的自动切换，其运行稳定可靠，可以实现广播信号的监听，无信号时自动切换信号，可以广泛应用于广播电台、电视台专业音频节目制作、传输通路的数字音频信号传输系统，专业数字音频设备应用系统中进行信号分配、信号源备份及监测台站，专业音响工程中多路音频信号的传输。经过我们一年多来的现场测试和应用，四选二数字音频切换器运行安全稳定，各项指标运行正常，没有出现误切换现象，有效地保证了安全播出，为广播电视智能化播出做出了贡献。

参 考 文 献

[1] 张迎新，单片机原理及应用，北京：电子工业出版社，2004.10；

[2] 杜树春，集成运算放大器应用经典实例，北京：电子工业出版社，2005-10；

[3] 韩宪柱，数字音频技术及应用，中国广播影视出版社，2003.1。