基于手机对音频播出站安全操作的电路设计与实现

王 平

(湖北广播电视台，湖北 武汉 430022)

1 背景

随着广播电台节目的播出需要，我台在一些特定的外单位建立了多个广播播出机房，如省市交管局、省彩电中心、省客运中心、省图等，其直播间主要播出设备就是音频播出工作站，它是以网络为基础的数字化播出专用设备，由高性能计算机、广播级音频声卡、专业播出模块(软件)等组成。这些直播间常常会根据各广播频道节目的安排不定期地进行广播直播，在开播前一天需要技术人员到现场通过对本地主、备音频播出站软件的操作，将台内一周预播的节目内容，经2M光纤专网从台内中心机房服务器上一次性(8小时左右)下载大量的节目数据，导入到本地的主、备音频播出站上(预载)待播，导完后还要在播出站上试听直播栏目将要播放的音频文件以检测其运行状态，工作既费时又费力。

随着移动通信技术的不断发展与互联网技术的融合应用，基于公网的远程控制软件及无线远控硬件的使用已十分成熟。但广播电台整个音频网络播出系统的安全要求是非常高的，即严格禁止安装外来软件到工作站的电脑上，绝不允许音频内网与外网相联，杜绝外人对播出站主机的操作控制等，这样就限制了许多远程的应用软件及控制硬件的直接使用。

2 设计思路

为此笔者利用了常规的CMOS(CD4000系列)集成电路[1]和基于IP的KVM产品及远控模块等，设计制作了一个远程控制系统，该远控系统的核心功能采用了性价比较高的向日癸控控A2、它是带有网络数据传输功能的远控硬件设备，可采集远端计算机输出的画面与声音信号传输到终端设备上(延时很低)，再通过本地输入设备经网络向远端计算机发送控制信号。如被绑定的手机打开向日葵APP通过上网连接控控A2，在屏上就能看到远端被控主机的操作界面(支持HDMI高清画面且能任意缩放)及听到其输出的声音。

须要指出的是控控A2通过手机APP上虚拟鼠标与键盘的操作，便可进入远端被控主机的BIOS及安装系统等。虽然向日葵远程控制均采用阿里云的云服务器，但为了确保广播电台网络直播系统对外节目的安全播出，谨防他人在外网平台上登陆并利用其对我台音频工作站进行操作与破坏，因此只能有选择地应用控控A2作为音视频远程传输器将播出站主机输出的实时信号传送到手机上，不能连接其数据传控端(USB-B)到远端主机的USB接口。

考虑到租用电信光纤时由对方专门提供了一条免费(打出)的机房电话线路可作为长时间的占线通讯，因而采用了电话按键音DTMF(双音多频)信号在电话语音信道上作为传输信令[2](延时也很低)，即对接通机房来电的手机分别进行拨号键操作，以此来实现控制电脑键盘模拟鼠标的方式对远端播出站进行操控。

因为是在两个完全不同的外网传输平台上(互联网与电话网)，通过主机视频信号(操作界面)与音频编码(操控指令)的远程传输方式来相互配合完成的工作，而且仅使用了键盘模拟鼠标的部分常规功能，所以还是比较安全的。

3 远程控制电路的工作流程与基本原理

3.1 远控电源插座与电话机自动拨号电路的工作流程：

如图1所示，远程传输控制系统是由向日癸控控A2与远控电源插座(C1-2带电量检测芯片)、远程控制模块(F8-A带状态反馈)以及相关APP、WIFI路由器、电话机COMIX130、智能手机等组成。在主、备音频播出站的计算机电源管理中开启AC recovery功能，控控A2、远程插座与远控模块等预先绑定手机A，且配置好各参数并设置好与WIFI匹配相联，其它相关设备的电源开关也必须处于接通状态。

F8-A是8路工业级以太网远程控制开关模块，且支持多个手机绑定控制，通过阿里云服务器能实现穿越网关并与远端移动设备建立通信的连接，从而实现了通过手机的远控APP经互联网来控制模块继电器K的导通与断开。手机A的远控软件可将模块继电器K1、K2、K3、K4的工作状态设置为点动模式，K5、K6、K7、K8设置为自锁模式。继电器常开两端分别并联到电话座机的号码存储键M1、M2、M3和免提键M的键控电路两端，要联系的手机号码预先存入在电话机的存储单元里。

直播机房连接外网的WIFI路由器、远程可控电源插座常通电。在手机A上打开向日葵远程插座APP，通过现场4G或WIFI网络登陆阿里云服务器，在控制页面上点击“电源开关”图标接通远控插座的电源，使直播间的控控A2、远控模块、控制电路与主备音频播出站、网络数字传输器等相关设备得到供电。

加电初始化后控控A2与控制模块等即进入稳定的联网工作状态，通过手机A打开远控APP连通模块，点击手机A上的“开关4”，其控制信号通过4G物联网经F8-A的接收、继电器K4点动导通，相当于电话机的免提键M被触发(摘机)并等待向外拨号。点击手机A上如“开关1”，同理K1点动接通，电话机自动开始对外拨号M1，当对应的手机B来电接通后，在手机A上调入控控A2的APP连通传输器并点击“桌面显示”模式，其上就能显示与远端被控主机一致的画面，分别点击手机B触摸键盘上的各按键时，则所对应的数字按键音DTMF信号通过移动通信网及程控交换机传输到直播机房的座机上并输出到A点。如果整个远程操作工作完毕或数据长时间导备无需操作时，点击手机A上“开关4”，则机房电话机的免提键M被再次触发导通而挂机，通过手机B可以看到挂机提示信息。

3.2 DTMF译码识别电路的工作原理

如图2所示，DTMF译码识别电路是由复频译码芯片MT8870(IC1)、4-16线译码器CD4514(IC2)组成的。通过手机B拨号按键发出的DTMF信号经机房电话机接收后送至译码识别电路IC1的2脚，经其内输入运放和抑制滤波后，分成高低频带传输到内部数字译码器，接着将讯号解出的电话按键值音码以4位二进制的方式经Q1、Q2、Q3、Q4输出到外部，同时其15脚STD会输出一个正脉冲信号[3]。此脉冲送至IC2的1脚选通控制端LE，并将IC1的Q1-Q4 输出端所产生的值读入到集成电路IC2的地址输入端D1-D4，当某一位码被译中时，IC2的输出端Y0-Y15中仅有相对应地某一脚Y变为高电平，其它输出端Y皆为0。

3.3 控制键盘模拟鼠标电路的基本原理

如图2所示，控制键盘来模拟鼠标操作的电路是由NE555(IC4)单稳态延时触发器[4]、四双向模拟开关CD4066(IC5、IC6、IC7、IC8、IC9)、反向器CD4069(IC3，Y=-A)和电脑键盘电路板KB103等组成。开关电路CD4066控制端为高电平时其内电子开关双向导通，反之则截止。

当IC1收到并成功解出一个DTMF按键值信号且输出Q值时，从STD输出一个正脉冲信号经IC3反向后送至555集成电路IC4输入端2脚，经内部触发延时后其3脚输出高电平单脉冲(如图2中延时脉冲波形)送至IC6、IC7的各模拟开关输入端，这些开关受IC2输出端Y控制，且由它们组成的8选1(功能)开关来选中并将其单脉冲导通输出，去分别控制IC8、IC9的各控制端C，开关导通时间即为键盘模拟鼠标键被点击时的有效接触时间(约0.55秒)。鼠标键是电脑系统自带的一种用键盘代替鼠标的功能，可通过操作系统控制面板将电脑键盘设置为开机启用鼠标键等，这样按动数字小键盘的相应键就能实现鼠标的控制功能了。

如图2，键盘电路板(HID)芯片的键控端R、C构成了键盘按键矩阵电路，根据电脑键盘的IO端口定义，以及表1中手机B拨号键盘值与被控键盘值模拟鼠标功能时的对应关系，其按键电路两端按功能与作用分别并联到各相应的被控集成块(IC5、IC8、IC9)模拟开关两端，即当开关导通时，模拟小键盘对应的功能键被按下不放，开关截止时按键被抬起。

表1 手机拨号键盘值与被控小键盘键值的对应关系及功能表

3.4 主机密码输入与键盘工作模式

此电路系统在加电初期处于相对稳态，播出站主机通电后自动开机启动系统并需要用户输入密码才能工作，当点击手机B的拨号键7时，小键盘的数字输入模式与模拟鼠标模式互为切换，数字输入方式时可作为开机后用户的密码输入，当然对主机设置密码范围时也必需遵从表1中手机B拨号按键值与电脑键盘值的一一对应关系。

3.5 KVM切换电路的工作原理

如图2所示，KVM切换器可实现控制多台电脑操作和监视(听)的同步切换，选用4路光耦继电器模块(带点动与自锁模式)作为控制电路是为了能适应多种形式的切换器，绿联(HDMI)4选1的KVM切换器内微动操作开关①②③④的按键电路两端分别并联到光耦继电器J1、J2、J3、J4的常开两端。当点击手机B的拨号键1或3时，即IC2的Y1或Y3为高电位分别控制着IC7使模拟开关m、n导通，另由IC1的STD同步产生的正脉冲信号经IC3反向和IC4延时后输出送至4路光电耦合器的输入控制端S1、S2并驱动相应继电器J1、J2的短暂导通，等同于KVM切换器微动开关被按动触发，完成了音频播出站HDMI通道1(主)或通道2(备)的切换操作，其输出的HDMI信号经控控A2推送至手机A上可观察与监听，同时键盘电路板的USB接口也切换至USB1或USB2端，并可通过手机B完成对远端主备播出站主机的操控。

3.6 播出设备的远程操控与检测

综上所述，当被控键盘电路处于模拟鼠标方式时，通过点击手机B的拨号键2、8、4、6(间隔时间≥0.6秒)，可分别实现远端主机鼠标指针的上、下、左、右方向持续移动，点击其它的拨号键时，指针停止并可相应实现如表1中模拟鼠标的按键操作功能，这样便可远程完成如对音频播出站节目数据的本地备份、音频文件的播放试听、应用软件的窗口操作等。

当KVM切换器联接更多电脑形式的播出设备，如对外连线用的网络电话主机，数字直播调音台等，合理连接信号线，利用远程开关K控制光耦电路S切换信号通道，则能更全面地检测到远端直播间播出设备的基本运行状况，从而达到快捷高效的工作目的。

4 结语

经过近一年的使用，该远控电路工作稳定可靠，效果良好。需要注意的是各播出设备主机电源要通过手机B软控关闭，总电源通过手机A关闭，并通过远程插座APP对远端机房设备的实时电量与状态反馈进行监测，以确保用电安全。在广播节目直播时要手动W2断开电源，接通W1供电，以免受意外影响，直播完毕后应还原以备下一次远程操控用。