專利名稱：一種廣播級監視器的制作方法
技術領域：
本發明涉及監視器領域，更具體地說，是一種廣播級監視器。
背景技術：
廣播級監視器是最高質量的監視器，其技術指標要求非常高，并且必需具備分量視頻信 號的接入方式，才可以提供最高質量及最精確的視頻顯示。目前廣播級監視器一般采用SDI 串行數字視頻接口，包括標準清晰度的SD-SDI和高清晰度的HD-SDI，作為專業分量視頻信 號接入方式。
SDI接口是"串行數字視頻接口"。 SDI是數字化的Y、 U、 V在一根同軸電纜上串行傳 輸的方式，使用在高端的數字產品中，在數字廣播器材中得到廣泛使用。串行接口是把數據 字的各個比特以及相應的數據通過單一通道順序傳送的接口。由于串行數字信號的數據率很' 高，在傳送前必須經過處理。SDI接口對于4: 3格式的圖像，能通過270Mb/s的串行數字分 量信號；對于16: 9格式圖像，應能傳送360Mb/s的信號。
SD —SDI接口，按照SMPTE 259M定義的標準清晰度格式，由國際電信聯盟(ITU)所制 訂，是目前標準電視放送的規格標準。作為標準電視廣播放送用的SD—SDI接口，有如下指 標組成成分亮度(Y)、色差(Cb及Cr);取樣頻率13.5MHz(Y)和6.75MHz(Cb,Cr);取 樣方法Y:Cb:C尸4:2:2;位數標準8bit、擴充10bit;清晰度480P;
HD—SDI接口，按照SMPTE 259M定義的高清晰度格式，由ARIB規范，是高清電視 放送的規格標準。作為高清電視廣播放送用的HD — SDI接口，有如下指標組成成分亮度 (Y)、色差(Pb及Pr);取樣頻率74.25MHz(Y)及37.125MHz(Pb,Pr);取樣方式Y:Cb:Cr=4:2:2;; 位數8bit及10bit (S-002B規范);清晰度720P。
廣播級監視器和電視放送規格規定了視頻接口標準，但在實際應用中，在廣播電視里， 串行數字視頻和音頻相結合的應用已日益普遍。在許多情況下，視頻和音頻是作為共有的信 號源，視頻只有與音頻結合在一起，才能給人們提供一個完整的觀看效果。人們希望它們始 終在一起并將它們作為一種數據流來處理，因此SDI接口信號往往是嵌入音頻的，這樣做的 優點在于能在數字域中始終保持這種共有信號，并能將它們一起切換。在接收端，己嵌入的 數字音頻也許需要從視頻信號中抽出以進行處理，這就要通過解嵌器從SDI信號中取出音頻 信號。
也正因為解嵌器或者其它具有解嵌功能的板卡的使用，造成了安裝十分麻煩且造價較高， 不利于視頻的監視和音頻的監聽，而且由于采用獨立的音頻解嵌設備，使得系統線路較為復雜，容易出現問題，造價也相對較高。
在一些場合，音頻往往需要監視，而不是監聽。例如在廣播電視演播中心，往往是同時 有幾十臺上百臺的監視器在同時播放不同的節目，這些節目包括了音頻和視頻。在這些場合， 人們可以同時監視到所有的視頻，卻難以同時監聽所有的音頻。原因有兩個，第一，人們無 法分辨各路的音頻，只能聽到吵雜的聲音；第二，人們無法判斷音量的大小，因為監聽只能 很主觀地判斷，而無法得到確切的數據；因此，在這些場合，人們需要音頻監視設備。
最簡單的音頻監視形式是使用能夠顯示音頻信號幅度的電平表。有兩種類型的電平表，
即VU表和PPM表，VU表顯示的是音頻信號的平均音量電平，PPM表顯示的是音頻信號的 峰值音量電平。由于發現，在PPM的峰值讀數和VU表間有著良好的平均差值，該差值為 8dB (分貝)。由此，這兩種電平表對音頻節目實質上都有著相同的讀數。'
音頻量化通常都用dB (分貝)來表示，這是因為音頻信號有著很寬的動態范圍，而dB 可將電壓或者功率的測量值用對數的函數形式來表示。
dB=20log^=10log&; 其中尸。=^ F！ 尸
Q 及
F。-測量電壓電平、R二參考電壓電平、
尸。=測量功率電平、P,:參考功率電平、
p二功率、R-電阻
通常在音頻測量中還使用dBm這一單位。dBm是以600D負載上的1毫瓦作為參
考功率。
dBm-10 1og尸。/0細『
因此0dBm表示在600Q負載上的電壓為0.775V。
中國實用新型專利ZL200620031158.6公開了一種液晶監視器，它包括 一控制'接口模塊， 其輸出端與顯示驅動模塊輸入端相連接，用于接受用戶指令，將指令傳給顯示驅動模塊；一 顯示驅動模塊，其輸入端與控制接口模塊輸出端相連接，其輸出端與液晶顯示模塊輸入端相 連接，用于接受外部輸入的視頻信號，并根據控制接口模塊的指令將其轉換為適合液晶顯示 模塊顯示的數字RGB信號，與同步時鐘信號一同提供給液晶顯示模塊； 一液晶顯示模塊， 其輸入端與顯示驅動模塊輸出端相連接，用于接受顯示驅動模塊的信號，將其在液晶顯示面 板上顯示； 一電源模塊，與上述各模塊相連接，用于為整機電路提供電源；其特征在于，它 還包括一音頻電平顯示模塊，其電源輸入端與電源模塊相連接，用于接受外部輸入的音頻信 號并顯示電平及其動態變化狀態。其做法是，增加一個外接的音頻電平顯示模塊，如LED指示燈，這樣需要額外的驅動電路及設備。

發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種能夠監視音頻的一體化的廣播級監視器。 本發明的技術方案如下
一種廣播級監視器，包括顯示屏，其特征在于還包括
——均衡器，用于均衡補償嵌入數字音頻信號的SDI信號的線損；
——解嵌模塊，用于將經均衡器處理后的嵌入數字音頻信號的SDI信號進行解碼并解嵌 分離出視頻信號和第一音頻信號；分離出來的視頻信號輸送給顯示驅動模塊，分離出來的第 一音頻信號，為AES3—D標準定義；
——AES3轉I2 S模塊，用于將第一音頻信號轉換成I2 S音頻信號；
——數模轉換模塊，用于將I2S音頻信號轉換成模擬音頻信號；
——數據采樣模塊，用于對模擬音頻信號的電壓進行采樣；
——數據處理模塊，用于對采樣得到的電壓值轉換成dB值；
——動態音頻滑柱模塊，用于根據上述dB值產生相應長度的動態音頻滑柱并傳送到顯 示驅動模塊；
——顯示驅動模塊，用于將動態音頻滑柱疊加在視頻信號上，從而在顯示屏上實時顯示 動態音頻滑柱。
進一步的，所述解嵌模塊依次包括
——CDR模塊，用于將串行信號轉換成并行信號，恢復數據和時鐘； ——偵察發現模塊，用于讀取SAV、 ADF、時鐘以及數據；所述SAV為有效視頻起始； 所述ADF為輔助數據標志；
——音頻信號分離模塊，用于將嵌入的數字音頻信號提取出來并重新生成第二音頻信號； ——FIFO模塊，用于暫存第二音頻信號；
——音頻AES3編碼發送模塊，用于將第二音頻信號打包為符合AES3標準的第一音頻 信號。
進一步的，所述音頻信號分離模塊包括 ——SAV偵察模塊，用于尋找有效視頻起始； ——ADF偵察模塊，用于尋找輔助數據標志；
——DID偵察模塊，用于偵察數據類型，將有效數據包傳送給DBN模塊，將控制數據包 和輔助數據包傳送給控制及輔助數據處理模塊； ——DBN模塊，用于數據塊計數檢測；——DC檢測模塊，用于數據計數檢測；
——AUD采樣模塊，對數據計數檢測正確的信號進行采樣，得到完整的音頻采樣數據； ——CS檢測模塊，用于檢測完整的音頻采樣數據是否正確；
——控制及輔助數據處理模塊，用于處理控制數據包和輔助數據包，得到相應的控制數 據和輔助數據；
——音頻信號合成模塊，用于對正確的音頻采樣數據和經控制及輔助數據處理模塊處理 后的控制及輔助數據合成第二音頻信號。
進一步的，所述的廣播級監視器還包括音頻表模塊，用于產生一系列的矩形框，矩形框 組合成一條或兩條柱，通過顯示驅動模塊疊加在視頻信號上。
進一步的，所述的廣播級監視器還包括音頻表數值模塊，用于產生一系列對應于音頻表 模塊的數值，通過顯示驅動模塊疊加在視頻信號上。
進一步的，數據采樣模塊包括兩個通道，分別對左、右聲道兩路模擬音頻信號實時同步 采樣。
本發明與現有技術相比，具有如下優點
1、 提供了一種有音頻量顯示功能的監視器，實現了 SDI接口音頻的解嵌功能，在對視頻 的監視的同時，又實現了對音頻的監視， 一步到位完善地解決了 SDI接口音頻監聽的問題， 避免了解嵌設備的使用。 '
2、 音頻量顯示是一種OSD圖形化菜單，無需額外的硬件成本；
3、 可采用FPGA可編程邏輯陣列實現音頻解嵌，音視頻同步處理，系統穩定可靠。
4、 本發明結構簡單，成本較低，使用方便。


圖1為規有的監視系統方框圖； 圖2為本發明的系統模塊方框圖之一； 圖3為解嵌模塊的處理流程圖； 圖4為音頻信號分離模塊的處理流程圖之一； 圖5為音頻信號分離模塊的處理流程圖之二； 圖6為本發明的系統模塊方框圖之二； 圖7是顯示屏的一種顯示方式； 圖8是顯示屏的另一種顯示方式。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
7如圖1所示，傳統的做法是在前期節目錄像時，將音頻信號嵌入到視頻信號中，形成 嵌入了音頻的SDI音視頻信號。在接收端，需要先采用解嵌器，分離出視頻信號和音頻信號， 分別接監視器和音頻監視設備。
圖2為本發明的系統模塊方框圖。如圖2所示，包括均衡器，起均衡補償線損的作用。 嵌入數字音頻信號的SDI信號經均衡處理后，進入解嵌模塊，解嵌模塊可采用一片FPGA來 實現音頻解嵌功能，通過對FPGA編程，實現SDI信號解碼并解嵌分離音頻信號，音視頻實 現分離。分離出來的視頻信號輸送給顯示驅動模塊。分離出來的第一音頻信號，為AES3—D 標準定義，可以在標準的同軸電纜上傳輸AES/EBU數字音頻信號，由于AES3—D不能直接 進行數模轉換，因此設置了 AES3轉PS模塊。PS (Inter—IC Sound)總線是為數字音頻設備 之間的音頻數據傳輸而制定的一種總線標準。PS音頻信號可以進行數模轉換，經數字信號轉 模擬信號處理后，再經數據采樣模塊對模擬音頻信號的電壓進行采樣，經數據處理模塊對采 樣后的音頻電壓轉換成dB值；動態音頻滑柱模塊根據上述dB值產生相應長度的動態音頻滑 柱并傳送到顯示驅動模塊；顯示驅動模塊將動態音頻滑柱疊加在視頻信號上，從而在顯示屏 上實時顯示動態音頻滑柱。
解嵌模塊可以選用型號為ECP2M的FPGA，也可以選用其它型號的FPGA。 AES3轉I2 S模 塊可以選用型號為DIR9001的芯片，也可以選用其它具有相同功能的芯片。數模轉換模塊將I ^S數字音頻信號轉換成模擬音頻信號，可以選用型號為PCM1744的芯片，也可以選用其它芯 片。
圖3為解嵌模塊的處理流程圖，如圖3所示，經均衡處理后的嵌入數字音頻信號的SDI 信號，首先進入CDR模塊，所述CDR模塊實現串行信號轉并行信號，恢復了數據、時鐘。 經CDR模塊恢復后，視頻部分為656標準信號，連接顯示驅動模塊；通過偵察發現模塊，分 別讀取SAV、 ADF、時鐘、數據；所述SAV為有效視頻起始；所述ADF為輔助數據標志； 然后進入音頻信號分離模塊，將嵌入的數字音頻信號提取出來并生成第二音頻信號，由FIFO 模塊暫存，然后由音頻AES3編碼發送模塊打包為符合AES3標準的第一音頻信號。
如圖4所示，為音頻信號分離模塊的處理流程圖。信號首先進行SAV偵察，找到數據的有 效視頻起始，如果能夠偵察到SAV，即進行ADF偵察，所述ADF為輔助數據標志。如果偵察 到ADF，則進行DID偵察，所述DID為數據類型偵察。ADF有三個識別符，來區分各種類型的 數據包。數個不同的DID識別組成嵌入音頻的各個數據包。三個識別符分別是有效數據包， 控制數據包、輔助數據包。當檢測到有效數據包，進行DBN處理，所述DBN為數據塊計數檢 測，然后進行DC檢測，所述DC為數據計數檢測。如果DC檢測錯誤，則返回ADF偵察模塊， 如正確，則對數據進行采樣。所述DBN為數據塊號(DBN， 一個字)，是可選用的計數器，
8可給輔助數據包提供順序指令，從而確定數據是否丟失。在嵌入音頻中，DBN序列可用來檢 測是否發生了場消隱切換，對音頻數據進行處理以除去瞬間的類似"卡嗒"聲或"爆裂"聲。 所述DC檢測為數據計數檢測，是數據包中表示數據量的數據計數字。DBN的數值總為200h(10 進制512)而DC數值總為10Bh (10進制267)，它們均為一個字。
由于音頻有20位或者24位，而656標準視頻只有10位，所以音頻需要經過三至四次采樣， 才能得到一個完整的音頻數據，如圖5所示。經過三次采樣后，如果音頻數據完整，則進入 CS檢測模塊，如果三次采樣后音頻數據仍不完整，則進行第四次采樣。
當音頻數據完整，并經CS檢測后，對采樣數據和經處理后的控制、輔助數據合成第二 音頻信號，連接到FIFO模塊。
如圖6所示，本發明還可包括音頻表模塊，用于產生一系列的矩形框，矩形框組合成一 條或兩條柱，通過顯示驅動模塊疊加在原視頻信號上。圖7顯示是顯示屏上顯示了兩條由矩 形框組成的柱。
若數據采樣模塊包括兩個通道，分別對左、右聲道兩路音頻信號實時同步采樣。則可實 現如圖7所示的監視效果。顯示屏兩邊的兩條柱分別與左、右聲道兩路音頻信號處理出來的 動態音頻滑柱相對應，可直觀地觀察左、右聲道兩路音頻信號的強度。
如圖6所示，本發明還可包括音頻表數值模塊，可以在顯示屏上顯示出如圖8所示的監 視效果，將dB的數值標在相應的矩形框旁，可更直觀地觀察左、右聲道兩路音頻信號的強 度。
本發明的數據采樣模塊可以是獨立模塊，也可以由顯示驅動模塊上原有的微處理器上兩 個速度1微秒，精度8bit以上的端口實現。利用這兩個端口分別對左右聲道兩路模擬音頻電 壓進行實時同步采樣。微處理器對采樣結果進行處理，得出一定時間內的采樣平均值 AdcValue，對應這段時間內音頻電壓的平均值。所述對采樣結果進行處理，是指在0.775V 以內，以0.013V為一檔的取樣平均值，如表1所示AdcValue值，分別為0.013、 0.026、 0.039……；當超過0.775V時，由于已經超過標準的最大值OdBm，因此多檔取一個平 均值。(事實上，超過0.775V已經沒有意義)
通過對標準信號的測量，有公式DbValue=20 loglO~^ ，把音頻電壓的平均值
0.775
AdcValue代入公式，便可以得到DbValue值。將DbValue值對應成相應的dB值，關聯動態
音頻滑柱的長度，則可嵌入于視頻中顯示。
在數據處理模塊中，建立一個ROM存儲字符型數組dB，如表1所示。 音頻監視功能是調用監視器系統菜單來實現，為菜單的一部分。如圖8所示，分為左右聲道，刻度都是-36至+12，共50級(當然，也可以采用其它級來監視，如40級)，由于顯示 的需要，dB值與DbValue并不完全相同，如表1所示。dB值與DbValue的關系，表1只為 示例。
例如
例1:當數據采樣值為0.015V時，經數據處理認為平均值AdcValue為0.013，根據公式 得出DbValue值為-35.51，對應分貝dB顯示為-36;也就是說，實際顯示將是-36dB;
例2:當數據采樣值為0.078V時，經數據處理認為平均值AdcValue為0.078，根據公式 得出DbValue值為-19.94，對應分貝dB顯示為-23;
例3:當數據采樣值為0.168V時，經數據處理認為平均值AdcValue為0.169，根據公式 得出DbValue值為-13.23，對應分貝dB顯示為-15。
表1音頻電平采樣與音頻量對應表
AdcValueDbValue分貝dBAdcValueDbValue分貝dBAdcValueDbValue分貝dB
0.013-35. 51-360. 338-7. 208_80. 663-1.356_1
0. 026-29. 49-340. 351-6. 88_70. 676-1. 187_1
0. 039-25. 96-320. 364-6. 564-70. 689-1.022-l
0. 052-23. 47-280. 377-6. 259-70. 702-0. 8590
0. 065-21. 53-260. 39-5. 965--60. 715-O. 70
0. 078-19. 94-230. 403-5. 68-60. 728-0. 5430
0. 091-18. 61-210. 416-5. 404_60. 741-0. 390
0. 104-17. 45-200. 429-5. 137_50. 754-0. 2390
0. 117-16. 42-190. 442-4. 878_50. 767-0. 090
0, 13-15. 51-180. 455-4. 626_50. 780. 05590
0. 143-14. 68-170. 468-4. 381_50. 8711.01431
0. 156-13. 92-160. 481-4. 143_40.艦2. 10912
0. 169-13. 23-150. 494-3.911—41. 1053.08123
0. 182-12. 58-140. 507-3, 686—41.2354. 04734
0. 195-11.99-130. 52-3. 466_41. 3915. 08055
0. 208-11.42-130. 533-3. 251_31,5476. 00386
0. 221-10.9-120. 546-3. 042-31. 7427. 0349了
0. 234-10. 4-120.559-2. 838_31,958.01478
0. 247-9. 932-110. 572-2. 638-32. 1979. 05069
0. 26-9. 487-ll0. 585-2. 443-22. 45710. 02210
0. 273-9. 063-100. 598-2. 252_22. 75611. 0211
0. 286-8. 659-100. 611-2. 065_22. 83411. 26212
0. 299-8. 273-90. 524-1.882-2
0. 312-7. 903-90. 637-1,703-l
0. 325-7. 548_80, 65-1.528-l
動態音頻滑柱的長度對應dB值， 一般設置為綠色。當dB值變化時，動態音頻滑柱的長 度實時進行刷新。動態音頻滑柱疊加在音頻表(如圖7或圖8兩邊的柱)上，當動態音頻滑
10柱在音頻表中升降時，其頂峰對應的格子為相對應音頻的分貝值。
動態音頻滑柱模塊可預先疊加在音頻表上，形成動態音頻表，然后嵌入到監視器視頻中， 在監視器視頻顯示時， 一同顯示。
本發明的監視效果如圖8所示為帶數值的音頻表顯示在顯示屏的左右兩邊，隨著音頻 量的變化，其音頻表上表示分貝大小的矩形框顯示綠色(即動態音頻滑柱)。從而在監視器上 監視到音頻的情況。
權利要求
1、一種廣播級監視器，包括顯示屏，其特征在于還包括——均衡器，用于均衡補償嵌入數字音頻信號的SDI信號的線損；——解嵌模塊，用于將經均衡器處理后的嵌入數字音頻信號的SDI信號進行解碼并解嵌分離出視頻信號和第一音頻信號；分離出來的視頻信號輸送給顯示驅動模塊，分離出來的第一音頻信號，為AES3-D標準定義；——AES3轉I2S模塊，用于將第一音頻信號轉換成I2S音頻信號；——數模轉換模塊，用于將I2S音頻信號轉換成模擬音頻信號；——數據采樣模塊，用于對模擬音頻信號的電壓進行采樣；——數據處理模塊，用于對采樣得到的電壓值轉換成dB值；——動態音頻滑柱模塊，用于根據上述dB值產生相應長度的動態音頻滑柱并傳送到顯示驅動模塊；——顯示驅動模塊，用于將動態音頻滑柱疊加在視頻信號上，從而在顯示屏上實時顯示動態音頻滑柱。
2、 根據權利要求1所述的廣播級監視器，其特征在于所述解嵌模塊依次包括 ——CDR模塊，用于將串行信號轉換成并行信號，恢復數據和時鐘；——偵察發現模塊，用于讀取SAV、 ADF、時鐘以及數據；所述SAV為有效視頻起始； 所述ADF為輔助數據標志；——音頻信號分離模塊，用于將嵌入的數字音頻信號提取出來并重新生成第二音頻信號； ——FIFO模塊，用于暫存第二音頻信號；——音頻AES3編碼發送模塊，用于將第二音頻信號打包為符合AES3標準的第一音頻 信號。
3、 根據權利要求2所述的廣播級監視器，其特征在于所述音頻信號分離模塊包括 ——SAV偵察模塊，用于尋找有效視頻起始；——ADF偵察模塊，用于尋找輔助數據標志；——DID偵察模塊，用于偵察數據類型，將有效數據包傳送給DBN模塊，將控制數據包 和輔助數據包傳送給控制及輔助數據處理模塊； ——DBN模塊，用于數據塊計數檢測； ——DC檢測模塊，用于數據計數檢測；——AUD采樣模塊，對數據計數檢測正確的信號進行采樣，得到完整的音頻采樣數據； ——CS檢測模塊，用于檢測完整的音頻采樣數據是否正確；——控制及輔助數據處理模塊，用于處理控制數據包和輔助數據包，得到相應的控制數據和輔助數據；——音頻信號合成模塊，用于對正確的音頻采樣數據和經控制及輔助數據處理模塊處理 后的控制及輔助數據合成第二音頻信號。
4、 根據權利要求1所述的廣播級監視器，其特征在于還包括音頻表模塊，用于產生一系列的矩形框，矩形框組合成一條或兩條柱，通過顯示驅動模 塊疊加在視頻信號上。
5、 根據權利要求4所述的廣播級監視器，其特征在于還包括音頻表數值模塊，用于產生一系列對應于音頻表模塊的數值，通過顯示驅動模塊疊加在 視頻信號上。
6、 根據權利要求1至5任一項所述的廣播級監視器，其特征在于數據采樣模塊包括兩 個通道，分別對左、右聲道兩路模擬音頻信號實時同步采樣。
全文摘要
本發明公開了一種廣播級監視器，包括顯示屏，其特征在于還包括均衡器，用于均衡補償嵌入數字音頻信號的SDI信號的線損；解嵌模塊，用于解嵌分離出視頻信號和第一音頻信號；AES3轉I²S模塊，用于將第一音頻信號轉換成I²S音頻信號；數模轉換模塊，用于將I²S音頻信號轉換成模擬音頻信號；數據采樣模塊，用于對模擬音頻信號的電壓進行采樣；數據處理模塊，用于對采樣得到的電壓值轉換成dB值；動態音頻滑柱模塊，用于根據上述dB值產生相應長度的動態音頻滑柱并傳送到顯示驅動模塊；顯示驅動模塊，用于將動態音頻滑柱疊加在視頻信號上，從而在顯示屏上實時顯示動態音頻滑柱。本發明一步到位完善地解決了SDI接口音頻監聽的問題。
文檔編號G09G5/00GK101562004SQ20091003960
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月19日 優先權日2009年5月19日
發明者吳偉杰, 鄭鎮欽, 東 陳 申請人:廣東響石數碼科技有限公司