阿不力孜·牙生

摘 要：集成化音頻前端，主要是把主備音頻信號切換、分配、監(jiān)聽、監(jiān)看、監(jiān)測、音頻處理、發(fā)射機調(diào)幅度的自動調(diào)整、“三滿”播出狀態(tài)實時跟蹤監(jiān)控及異態(tài)報警、自臺播出質(zhì)量的無線監(jiān)測功能為一體的嵌入式智能化監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)極大地簡化了設(shè)備間的連線，有效降低了設(shè)備故障率和運行維護成本，在根本上提高了音頻前端的智能化、自動化程度。有效提高了播出質(zhì)量，有效防止了各類播出事故。

關(guān)鍵詞：集成化音頻前端；信號的按權(quán)限智能切換；高速音頻采集；多串口服務(wù)器；遠(yuǎn)程監(jiān)控

保證信號源安全，是各中波發(fā)射臺安全播出環(huán)節(jié)中最重要環(huán)節(jié)之一。中波發(fā)射臺發(fā)射機的信號源部分也叫音頻前端，其設(shè)備眾多、連線復(fù)雜凌亂、設(shè)備功能單一、智能化及集成化程度低是其主要弊端。為了克服以上弊端，進一步提高安全播出質(zhì)量，我中心研發(fā)了《中波發(fā)射臺集成化音頻前端》設(shè)備；該設(shè)備已通過了國家廣電總局相關(guān)部門的質(zhì)量監(jiān)測認(rèn)證，并在新疆37個中波發(fā)射臺推廣應(yīng)用一年來，在“三滿”播出工作中，起到了不可替代重要作用的同時，在有效提高了播出質(zhì)量，有效防止各類播出事故，減輕一線值班人員的勞動強度等方面也發(fā)揮了很好的作用。

眾所周知，大部分中波發(fā)射臺的信號主要由主、備衛(wèi)星信號，微波信號及光纜信號等四路信號組成。臺站根據(jù)各路信號質(zhì)量，把它們分為主路信號、第一備路信號、第二備路信號、第三備路信號等若干等級，需要時按其等級權(quán)限切換使用。

我中心研發(fā)的集成化音頻前端，主要是把主備音頻信號切換、分配、監(jiān)聽、監(jiān)看、監(jiān)測、音頻處理、發(fā)射機調(diào)幅度的自動調(diào)整、“三滿”播出狀態(tài)實時跟蹤監(jiān)控及異態(tài)報警、自臺播出質(zhì)量的無線監(jiān)測功能為一體的嵌入式智能化監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)除了音頻接收機之外的所有前端設(shè)備的功能集成到一部4U和一部2U的標(biāo)準(zhǔn)機箱之內(nèi)，極大地簡化了設(shè)備間的連線，節(jié)省了設(shè)備安放空間，有效降低了設(shè)備故障率和運行維護成本，根本上提高了音頻前端的智能化、自動化程度。

集成化音頻前端的主要功能：（1）音頻信號的分配、幅度監(jiān)測、顯示及監(jiān)聽。（2）一路主及多路音頻信號的按權(quán)限智能切換。（3）音頻信號緩慢提升及快速壓縮及自動增益補償。（4）根據(jù)發(fā)射機的調(diào)幅度變化情況自動調(diào)整發(fā)射機輸入音頻幅度，保持發(fā)射機合格的調(diào)幅度。（5）發(fā)射機功率及播出時間的實時跟蹤監(jiān)控。（6）根據(jù)運行圖，有線、無線并行方式實時監(jiān)控發(fā)射機“三滿”播出狀態(tài)，出現(xiàn)異態(tài)及時聲光及手機短信報警。（7）緊急情況時，一鍵式直通各路音頻信號，保證信號的正常傳輸。（8）中波發(fā)射機的播出質(zhì)量信息打包傳輸，供給遠(yuǎn)程監(jiān)控。

集成化音頻前端的主要組成：（1）音頻信號的分配、監(jiān)測、監(jiān)看及監(jiān)聽模塊。（2）多路音頻信號的按權(quán)限智能切換模塊。（3）音頻信號預(yù)理模塊。（4）調(diào)幅度閉環(huán)式自動控制模塊。（5）調(diào)幅度、功率及播出時間的實時監(jiān)控模塊。（6）中波廣播開路信號的無線監(jiān)控及信息處理模塊。（7）各路信號應(yīng)急直通模塊。

以下是（虛線框以外）集成化音頻前端方框圖，見圖1。

系統(tǒng)工作原理：

原理一：一路主、三路備份信號的按權(quán)限智能切換模塊。

一路主及三路備備份信號的按權(quán)限智能切換、信號幅度顯示、信號異態(tài)報警模塊原理方框圖，見圖2。系統(tǒng)由STC12C5A60S2型高速單片機為核心的高速音頻采集、四路音頻信號切換、四路音頻幅度顯示及音頻信號異態(tài)聲光報警系統(tǒng)組成，一路主及三路備路信號經(jīng)過隔離、干擾信號濾波后分別送入單片機的P1.0～P1.3A/D轉(zhuǎn)換口，單片機將送入的每一路音頻以40KHZ的頻率進行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)判斷每一路信號的狀態(tài)的同時把每一路信號的幅度信息通過P0.1～P0.7及P2.0，P2.7口以彩條的方式顯示在LED屏幕上。如果任何一路的采集值連續(xù)25秒（可預(yù)設(shè)）低于最低信號有效值（-21Db）則視為該路信號丟失或無效信號，通過P1.4到P1.7引腳輸出信號切換及音頻信號異態(tài)報警信號，各路音頻狀態(tài)與音頻切換控制引腳P1.4到P1.7輸出值之間的關(guān)系如下：（1）系統(tǒng)復(fù)位

（啟動）時只要主路信號正常，單片機P1.4腳輸出高電平，保持輸出主路信號。（2）主路信號丟失時只要第一備路信號正常，單片機P1.5腳輸出高電平，切換輸出第一備路信號。一旦主路信號恢復(fù)正常，立即無條件切回主路輸出。（3）如果主路和第一備路信號都丟失，單片機P1.6腳輸出高電平，切換輸出第二備路信號。一旦主路和第一備路信號恢復(fù)正常，按優(yōu)先權(quán)限級，立即無條件切回輸出主路或第一備路信號。（4）如果主路和第一、第二備路信號都丟失，單片機P1.7腳輸出高電平，切換輸出第三備路信號。一旦主路和第一或第二備路信號恢復(fù)正常，按優(yōu)先權(quán)限級，立即無條件切回輸出主路或第一、第二備路信號。（5）四路音頻信號都丟失，系統(tǒng)啟動聲光報警，并切回主路輸出狀態(tài)，等待信號恢復(fù)。一旦某一路信號恢復(fù)，系統(tǒng)立即切到信號恢復(fù)的那一路，恢復(fù)信號輸出。（6）任何一路信號丟失，系統(tǒng)都會發(fā)出聲音報警，并記錄信號丟失或恢復(fù)時間。

原理二：音頻信號預(yù)處理模塊。

該模塊對一路主及三路備份信號的按權(quán)限智能切換模塊輸出的音頻信號進行處理，即：對過低信號進行緩慢提升，而對過高信號進行快速壓縮，防止信號的大起大落對發(fā)射機造成的過調(diào)制或劣播。把音頻信號峰值保持在+10dB左右。此模塊系統(tǒng)中起具有AGC功能的音頻處理器的作用。

原理三：高保真雙通道電子音量控制模塊。

高保真雙通道電子音量控制模塊，見圖3。主要由一塊高保真雙通道音量控制芯片PGA2310和STC12C2052單片機組成，其主要作用是在減少和增加音量控制信號作用下，給發(fā)射機提供滿足發(fā)射機合格調(diào)幅度的音頻信號，始終保持發(fā)射機的合格調(diào)幅度。因為給它輸入的是Vpp=10dB的音頻信號，在音量控制信號的控制下給發(fā)射機提供Vpp為-4dB至+10dB的音頻信號。此信號滿足國內(nèi)使用的大部分中波發(fā)射機調(diào)制要求。

原理四：調(diào)幅度、功率及播出時間的實時監(jiān)控及音量控制信號產(chǎn)生模塊。

調(diào)幅度、功率及播出時間的實時監(jiān)控及音量控制信號產(chǎn)生模塊是該系統(tǒng)的核心，調(diào)幅度的精確計算是問題的關(guān)鍵所在，該系統(tǒng)采用了與載波頻率無關(guān)的數(shù)字式檢波器，在中波全頻段之內(nèi)，很好地線性解調(diào)出來音頻和載波直流值；因為調(diào)幅度是音頻幅度和載波幅度的比值，我們只要把載波的直流值當(dāng)做A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓，而把音頻送入A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入端時，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是此時的調(diào)幅度值。所以單片機對A/D轉(zhuǎn)換器輸出的調(diào)幅度值進行相應(yīng)的計算處理，很容易計算出所需要的調(diào)幅度的瞬時值、峰值及平均值，并根據(jù)得出的調(diào)幅度值，很容易判斷出發(fā)射機的調(diào)幅度狀態(tài)；當(dāng)發(fā)射機調(diào)幅度出現(xiàn)異態(tài)時，向電子音量控制器的加、減音量控制端發(fā)出相應(yīng)的增加或減少音量的方波信號，閉環(huán)式調(diào)整發(fā)射機的輸入音頻幅度來達到自動調(diào)整調(diào)幅度目的。除此之外，發(fā)生異態(tài)時發(fā)出聲光報警，并根據(jù)查詢命令，通過RS-232口向上位機傳輸相應(yīng)的調(diào)幅度及功率測試數(shù)據(jù)。原理方框圖，見圖4。

原理五：中波廣播信號無線監(jiān)控及信息處理模塊。

該模塊的核心是一塊中波廣播信號播出參數(shù)無線實時采集模塊和一臺嵌入式多串口服務(wù)器組成；中波廣播信號播出參數(shù)無線實時采集模塊，對預(yù)設(shè)的中波頻率的場強、信噪比、調(diào)幅度等參數(shù)進行實時采集，并采集的數(shù)據(jù)通過RS-232傳回給嵌入式多串口服務(wù)器，嵌入式多串口服務(wù)器根據(jù)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，對發(fā)射機的滿時間、滿功率，滿調(diào)幅度播出情況進行判斷和統(tǒng)計顯示，并把相關(guān)數(shù)據(jù)打包傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器的同時，對“三滿”播出異態(tài)進行聲光及短信報警。

除此之外，該系統(tǒng)還具備各路信號的直通模塊，設(shè)備出現(xiàn)故障時任一路信號一鍵直，通過無源阻抗變換直通到發(fā)射機，維持發(fā)射機的正常播出，不會因該系統(tǒng)設(shè)備故障造成停播。