[实用新型]多路音频任意交换、混音的装置

说明书

技术领域：

本发明属多媒体教育设备技术领域，尤其是涉及一种可对64路音频信号进行任意交换，混音的装置。可应用于语言实验室，音乐教学、制作，电话语音交换等场合。

背景技术：

传统的音频交换设备，例如应用于语言实验室的电子设备，使用的是模拟电子技术。一般地，这样的设备包括一个教师控制台和数个学生终端，教师和学生的语音信息通过电子的模拟信号进行传输和切换。由于采用模拟信号技术，此类装置存在诸多缺点，例如模拟的语音信号容易受到电磁干扰；语音录音需通过磁带方式，不易保存等等。

近年来随着数字电路的发展，市场上出现了一些数字语音交换设备，其主要应用领域也是语音、音乐教学实验室。这些产品解决了模拟信号易受干扰，语音不便保存等问题，但是此类设备一般采用的是基于网络连接，软件操作的方法。具体来讲，此类设备的各个语音终端之间使用基于以太网的网络交换机连接，语音信号经过一台服务器(一台家用计算机)进行处理，运行在服务器上的软件完成各路语音信号的交换功能。此类装置的缺点主要在于服务器处理能力有限，设备只能完成语音信号的部分交换功能，例如同一时间只能选择某一个或者有限的几个语音终端作为音源。同时，若音频信号质量越高，音频数据率则越高，受处理器处理能力限制，设备的音频质量和所能驱动的音频终端数量都有限。

发明内容：

本发明的目的是提供一种可以使多路音频信号同时任意交换，任意混音、放音、录音的装置。

为了达到上述发明目的，本发明的一种多路音频任意交换、混音的装置主要由服务器PC、主控机和终端机组成。服务器PC是一个带有USB接口的计算机，主控机具有USB接口芯片，还具有一片或多片FPGA芯片，FPGA芯片与USB接口芯片之间通过信号线连接，负责接收服务器PC的指令、音频数据，收集各个终端音频数据，向各个终端发送音频数据，并且可以驱动多个终端机；终端机使用FPGA芯片作为主要器件，外接麦克风、耳机，以及线路音频输入，负责将收到的音频信号输出到耳机，将麦克风音频及线路音频输入发送至主控机。

服务器PC与主控机通过USB接口连接，实现双向通信，服务器PC作为USB主设备，主控机作为USB从设备，主控机与终端机之间可以通过RS485芯片建立差分信号连接，也可以使用光纤建立光电信号连接，对于较短距离的传输，通过低成本的RS485芯片建立差分信号连接，终端机所需的供电与数据信号都通过具有4对连线的五类双绞线连接；对于长距离传输，主控机与终端机之间配备光电转换器，使用光纤连接，终端机所需电源在远端自行供给。

主控机主要由三片FPGA芯片和一个USB接口芯片依次连接组成，混音FPGA芯片通过信号线与USB接口芯片连接，USB接口芯片再通过USB连接线与服务器PC连接，混音FPGA芯片通过FPGA芯片之间的互连信号线与两片终端驱动FPGA芯片级联，终端驱动FPGA芯片驱动32个终端机，终端机与主控机通过全双工485驱动器或者光电转换器建立信号连接，485驱动器或者光电转换器与终端驱动FPGA芯片都通过电信号在主控机内部互连。

混音FPGA芯片由USB芯片接口模块、交换混音指令缓存、音频交换、混音逻辑模块、音频数据发送缓冲区、音频数据收集缓冲区、音频数据发送逻辑、音频数据收集逻辑、指令发送模块、按键收集模块连接组成。

终端驱动FPGA由上游数据发送接口、本地数据发送模块、下游数据发送接口、上游数据接收接口、本地数据接收模块、下游数据接收接口、数据分发驱动模块、数据收集驱动模块连接组成，上游数据发送接口与上游FPGA芯片连接。

终端机主要由信号转换器、终端FPGA芯片、音频插座、显示缓存、液晶屏、按键、立体声音频编码解码芯片连接组成，信号转换器是485收发器或光电转换器，它与终端FPGA芯片通过电信号连接，终端FPGA芯片是终端机的核心器件，它使用串行异步协议与主控机建立连接，终端机配备有液晶屏。

终端FPGA芯片由数据收发模块、显示缓存控制器、液晶驱动模块、按键扫描模块、CODEC驱动模块连接组成。