模拟和数字音频信源的自动识别及处理方法

　　【摘要】 在当今科技水平不断进步和发展的状况下，模拟和数字音频技术也在不断的发展和进步，其应用范围也越来越广泛。人们对于模拟和数字音频越来越感兴趣，同时，对于模拟和数字音频信源的各种技术要求也越来越高。文章主要就模拟和数字音频信源的自动识别及处理方法等问题进行深一步的探讨和分析。

　　本文源自席霞， 中国新通信 发表时间：2020-12-20《中国新通信》(半月刊)创刊于1999年，是由工业和信息化部主管、电子工业出版社主办的信息通信技术专业期刊，2005年被科学技术协会评为优秀期刊，于2006年1月改名为《中国新通信》。

　　【关键词】 模拟音频 数字音频 自动识别

　　引言

　　随着经济的快速发展，人们对科技产品的要求越来越高。就音频而言，模拟音频技术经过多年的发展已相当成熟，但人们对音频的质量要求越来越高，模拟音频技术的发展目前已经接近极限。数字音频技术的发展早在 70 年代就已进入应用阶段了，至今已有几十年的发展历史。在这几十年的历程中，数字音频技术的发展也在不停的完善、对声音信号的处理更趋完善和无损，也使大型调音台的操作界面变得十分简洁，自动化控制系统更加完善。

　　现如今，广电行业的信源已全部都是数字信号，但是为了适应老旧发射机，大部分都采用带模拟输出接口的接收机。随着技术不断更新以及对信号要求越来越高，今后会出现模拟信号和数字信号并存的现象，甚至会取消模拟信号。为减少投资，同时又能适应今后技术的发展，信源接口自适应输入是最好的解决方案。

　　一、模拟和数字音频信源系统的构成

　　一般情况下，模拟和数字音频信源系统的构成主要分为以下三个系统部分：

　　1、前期制作系统

　　这主要包括信号的制作、配音等以及动效制作等，主要是以声音信号的记录为目的的。

　　2、播出制作系统

　　一般指的是在电视台内和视频同步制作、播出的音频系统，这既可以是直播的形式，也可以是录播的形式。主要是以声音信号的拾取、处理和记录或直播送出为主。

　　3、扩音系统

　　以数字和模拟信号的拾取、扩大为目的。

　　通过以上的分析，我们很容易看出，在模拟和数字音频信源的系统构成中，每个系统构成都离不开调音台，所以说，调音台是整个音频系统的核心部分。伴随着我国科技水平的不断发展和进步，现在的模拟和数字音频系统也更为先进，并且自动化、智能化水平正在不断发展和成熟，在给我们的生活、学习、工作等带来越来越多的便利和享受。

　　二、模拟音频和数字音频的特征

　　1、目前，我国模拟音频信号通常采用两种传输方式：平衡式(XLR)与非平衡式(RCA)。平衡式要求阻抗为 600Ω，非平衡式要求阻抗大于 4.7kΩ。对电平的要求为 0db(对于平衡式为 Vpp2.2v)

　　2、数字音频接口 AES/EBU( 美国音频工程协会 / 欧洲广播联盟 ) 数字格式 , 采用双相标识编码(BIPHASE MARK COCLING)，48KHz 取 样，16、20 或 24 比 特 量 化， 为 保证信号传输质量降低干扰，大部分采用平衡 XLR 电缆，输出电压是 2.7Vpp( 发送器负载 110Ω), 输入和输出阻抗为 110Ω(0.1-6MHz 频宽 )，而对于非平衡传输则采用 75Ω 阻抗。

　　3、当一个音频信号通过一个 A/D(模拟和数字制式转换器)从模拟音频信源转变为数字音频信号时，在讯道上会有 1.5 毫秒的延迟时间产生。如果把同一个音频信号经过 D/ A(数字和模拟转换器)从其数字的状况变成到现实的模拟状况时，也同样会遇到 1.2 毫秒的延迟时间。这些延迟时间是在 48KHz 的取样下获得的。这种时间延迟在一台模拟调音台中是不会发生的，但如果在数字调音台上则会引发其他的问题。

　　比如，我们可以试着把一个模拟输入信号 A 转换成数字制式(变换 - 延迟 =+1.5 毫秒)。再通过一些数字处理器把音频信号送往插入点转回模拟制式(变换两次延迟 =2.7 毫秒)。当信号回到调音台时，信源必须再次转变回到数字制式(变换三次延迟 =4.2 毫秒)。这个被数字化的信号通过混音通道到最后调音台的输出口，延时信号必须在送往功率放大器和音箱前再一次的转回为模拟制式(变换四次延迟 =5.4 毫秒)。这就说明，在整个音频信源的信号从输入点到输出点共出现了 5.4 毫秒的总延迟时间。现在，假设有信号 B 输入和输入信号 A 混合起来，但信号 B 没有加进外围处理器，那么这个信号源只有两次转换处理而结果总延迟时间为 2.7 毫秒。但实际上信号 A 将会在信号 B 达到总输出口后 2.7 毫秒才会出现。如果单以两组信号来混音，就不容易听到它们在出现时的区别。但是，当有超过 5 组或者更多信号源加起来送到数字混合讯道时，这些不同的延迟时间的梳状波器失真就会非常明显。

　　在这种情况下，最佳的方法是把信号 B 再延长 2.7 毫秒，和信号 A 同时到达总输出口，不过大部分受欢迎的数字调音台很少有这种时间修正功能。从此也可以看出，当前我国数字音频技术的发展还不够成熟，想要获得更佳的音频信号传输效果，需要在模拟音频信号和数字音频信号之间做好平衡，使两者都能够获得更好的发展和进步。

　　三、工作原理

　　由于模拟信源和数字信源的信号电平基本一致，只是频率差别非常大，模拟音频在 20kHz 以下，而数字音频最高要 6MHz，因此对于输入部分必须采用高速放大器代替原来的普通运算放大器。

　　由于要求模拟信号和数字信号自动识别实现信号切换、阻抗匹配、模拟信号数字信号混合输出功能，而模拟和数字信号处理方式由很大的差别，所以处理环节非常的复杂，在输入和输出之间则需要包括模拟处理单元和数字处理单元。下面分别讨论这 3 个部分。

　　1、输入部分

　　输入信号首先经过阻抗匹配单元，给入高速运算放大器，放大器同时两路信号，一路给数字处理部分，一路给模拟处理部分;两部分信号分别转为 I2S 信号，经 CPLD 把信号类型反馈到中央控制单元，中央控制单元通过 CPLD 控制阻抗匹配单元，自动切换为与输入信号相适应的阻抗。

　　数字处理部分采用数字音频处理模块来判断是否为数字信号，并把数字音频(AES/EBU)信号变成 I2S 音频信号，然后送给 CPLD(复杂可编程逻辑单元)，同时把数字音频锁定信号一并送给 CPLD, 由 CPLD 把信号状态反馈到中央控制单元，再由中央控制单元通过 CPLD 进行数字信号选择。

　　而模拟信号则再次通过模拟分配单元分为两路模拟信号，一路给 AD 单元把模拟信号转成数字信号 I2S 送给 CPLD，另外一路模拟信号送给模拟逻辑切换单元，再由中央控制单元通过 CPLD，进行模拟信号的选择。

　　2、输出部分：

　　由于切换器输出必须要留有备用输出接口，所以模拟信号和数字信号都需要经过处理单元，给入分配单元同时分出3 路信号给到输出控制单元，由中央控制单元下方控制命令给到 CPLD，再由 CPLD 控制输出控制单元，分别控制 3 个输出接口的输出信号类型为模拟或数字信号，实现模数混合输出功能。

　　3、逻辑处理单元

　　A、模拟部分：

　　模拟部分输入后分为两部分，一路模拟信号给入模拟切换单元，一路转为 I2S 信号给入 CPLD，由 CPLD 判断信号状态，并控制模拟切换单元，实现模拟信号的选择。

　　B、数字部分：

　　数字部分采用 CPLD 完成。通过 VHDL 语言，实现信源信号的选择。

　　C、断电直通部分：

　　断电直通部分采用两组继电器的常闭触点，当设备没有电源供电的情况下，输入信号通过继电器的常闭触点直接与输出接口导通，当设备接入供电后，继电器常闭触点变为常开，常开触点变为常闭，输入信号通过继电器常开触点被传输到设备输入部分，实现断电直通功能。

　　四、结束语

　　在现代社会的不断发展过程中，广播信号作为一种应用广泛的、传播的媒介，具有很多的使用场景。伴随着现代通信技术的发展和发达，电信源也变得越来越密集和复杂，这就对传统的模拟音频信源的要求也越来越高，在我国多媒体技术不断成长的过程中，广播的数字化要求使得数字音频信源得到了飞速的发展，数字音频技术的发展不仅提高了音频传输的效率，而是也让信号传输的抗干扰性大大的增强，实现了更大范围的音频信号的覆盖。但因为我国地区发展水平存在一定的差距，有很多地方还在使用传统的模拟音频信源，这就使得我们必须要思考，使得模拟音频信源和数字音频信源可以同步发展，都获得更加有效的运用。本文从模拟信号和数字信号特点出发，结合 CPLD 可编程逻辑芯片，完美的解决了模拟信号和数字信号兼容性问题，虽然增加了成本，但是大大提高了设备的兼容性，保护了用户投资。