一种音频载波编解码调制解调模块.pdf

本发明公开了一种音频载波编解码调制解体模块。本发明涉及载波编码调制模块，包括应急信息编码软件、编解码调制解调模块及鉴权信息编解码软件，发送的数据由应急信息编码软件，通过串口传输给编解码调制解调模块MSK数据调制，再经过插入到正在播放的音视频流中后传输到中波、短波、FM、有线电视、移动通信等发射：应急指令从FPGA通过SPI口到DSP，完成编码及MSK调制，再通过DA输出到正常音频信号中后播出；接收端，音频通过调节可控增益放大器的放大倍数，AD进行采样后由FPGA进行滤波等预处理后送到DSP进行MSK解调，并将数据发到鉴权信息编解码软件进行鉴权后。

权利要求书1.  本发明涉及一种音频载波编解码调制解调模块，可以在现有无线和有线通信设施，配合国家、地方等应急广播中心信息中心信息数据库使用，其特征在于：其包括应急信息编码软件、编解码调制解调模块及鉴权信息编解码软件。2.  所述的编解码调制解调模块分为发射端和接收端两类：发射端的编解码调制解调模块，需要发送的数据由应急信息编码软件按照应急信息协议标准进行编码，编码完成后通过串口传输给编解码调制解调模块，进行MSK数据调制，然后再经过音视频截播设备插入到正在播放的音视频流中，传输到中波、短波、FM、有线电视、移动通信等发射机发射。3.  接收端的编解码调制解调模块，解调音频流中的模拟信号，并判断应急信号的有效性，再将信号中的鉴权信息送入鉴权信息编解码软件进行鉴权，确认应急信号的合法性，最后将应急信号发送给应急广播的各种应急广播终端设备。4.  如权利要求1 所述的音频载波编解码调制解调模块，其特征在于:所述的载波编码调制模块，是在发射机外部进行改装，将原来接入发射机的音频信号混合数据信号后再接入发射机。5.  如权利要求1 所述的音频载波编解码调制解调模块，其特征在于:所述的音频载波编解码调制解调模块，其调制信号包括处于中波、短波、FM发射机的有效带宽范围内，可以适用于各种有线、无线广播系统。6.  如权利要求1 或3 所述的音频载波编解码调制解调模块，其特征在于：所述的MSK 信号调制，是通过DSP完成MSK调制解调，利用工业级ASIC芯片实现鉴权。7.  如权利要求1 所述的音频载波编解码调制解调模块，其特征在于:所述的接收端的MSK解调，通过可控增益放大芯片的放大倍数来控制MSK 信号，再由AD芯片采集的信号经过DSP进行相应的解调计算。8.  如权利要求1 所述的音频载波编解码调制解调模块，其特征在于：所述的MSK 调制部分，由DSP 、FPGA、D/A 模块组成，在应急广播系统中将音频信号和所需传输的数字信号在音视频截播设备中叠加， MSK 根据音频信号的标准幅度来控制数据流的电压幅度，一般要求数据电压幅度是1Vrms时， 应急广播系统能有效播出。9.  如权利要求1 所述的音频载波编解码调制解调模块，其特征在于:所述的应急信息编码软件，其数据处理流程的步骤是：选择[事件级别]、[事件类别] 、[事件类型]、[切换类型]、[切换内容]、[播出时长]，软件会自动加入在登录软件时注册用户所代表的[用户级别]和[授权类型]。

说明书一种音频载波编解码调制解调模块
技术领域
本发明涉及一种在音频载波编码调制模块，可以在现有无线和有线通信设施，配合国家、地方等应急广播中心信息中心信息数据库使用，属于信息技术领域。
背景技术
国家应急广播系统方案已经制定并即将实现应急广播信息从“中央”到“地方发射台”到“发射播出”这个流程，“正在收听、收看广播或电视节目”广大群众可以实时收听收看到应急广播音视频节目内容。但是，目前接收终端接收应急广播信息由于不同时段、不同位置、不同经济收入群体等情况的差异性，导致应急广播信息尚不能被广大群众接收，存在“最后一公里”问题，若受到时间、场所等限制没有正在收听、收看广播电视节目的群众却无法及时接收到应急广播信息，所以为了尽可能让所有的群众都能收听到应急广播，本发明设计研制了适用于多种广播系统的指令及鉴权信息的传输方案，在几乎不改变现有广播电视传输系统的前提下，利用广播电视传输通道进行远程唤醒指令的全国或区域下发，接收用的模块将模拟信号进行解调后，通过内置协议判断信息的有效性，通过ASIC鉴权芯片判断信息的合法性，再把指令信息发送给在室外及公共场所的各种应急广播终端设备。这种技术也可部署在个人终端上。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在不改变或极少改变现有广播通道或设施的前提条件下，将应急广播内容及时发送给应急事件将要发生的地区，并及时向该地区人民播放，从而有效预防或减轻应急事件造成的伤亡，同时在没有应急广播发送的情况下，保证本地原有信号正常播放。
为解决上述问题，本发明提供方案如下：
本发明的目的在于提供一种载波编码调制模块，该编码调制模块能满足应急广播编码需要，在广播覆盖区域内有效响应，具有2.4kbps 、1.2kbps等数据传送速率，较好的数据纠错能力和较低的误码率。
为了设备通用化及简化生产，本发明的模块可以同时实现调制和解调功能，通过软件可以选择使用的模式，可在发送端设置为调制模式，在接收端设置为解调模式。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：本方案包括应急信息和鉴权信息编码软件及编解码调制解调模块，需要发送的信息由应急信息和鉴权信息编码软件按照应急广播协议标准进行编码，为了保证数据接收的效果，减少连续的数据"1" "0" 的个数，还需要对数据进行加扰处理，数据经过编码加扰后通过串口传输给调制解调模块，进行MSK数据调制，然后再经过用于有线电视截播设备混合到有线电视信号中通过卫星等手段传播到各级广播中心的调频、调幅广播发射机，进行发射。
广播中心的播出源发送一个符合有线电视协议的MPEG2数字TS码流，包含有多路音视频广播节目，使用截播设备指定广播节目ID后，将由调制解调模块给出的音频载波调制信号封装成符合广播协议的MPEG2数字TS码流，插入到指定的广播节目，发送给各级广播中心。
应急信息和鉴权信息编码软件根据应急广播内容进行编码后，发送到鉴权中心生成鉴权信息，再将数据通过串口发送到编解码调制解调模块调制部分，编解码调制解调模块调制部分将数字信号调制成音频信号，发送到截播设备。
各级地方广播中心接收国家应急广播中心的广播后，发送到调频、调幅广播发射机，有线电视、移动通信设备等，接收端如收音机、电视、手机等通过音频接口将应急信息传送给编解码调制解调模块解调部分进行解调。
编解码调制解调模块解调部分，通过对音频信号进行下变频处理，还原为基带调制信号，再根据同步算法，进行应急广播信息基带数据导引码搜索操作，当搜到导引码时，对其后的应急广播信息基带数据进行解调处理，还原出信息，如果未搜到导引码，则继续搜索导引码；应急信息发送到ASIC鉴权芯片进行鉴权，确认发送信息的合法性；负责对接收的唤醒指令的管理，进行指令编码和目标区域的联合判断，如果同一个目标区域收到同样的指令编码或者比之前还小的指令编码，则认为该指令是蓄意攻击，指令无效，不予播放；根据应急广播指令所带的目标区域和播放时长，通知该目标区域的播出设备，如果再次收到关闭唤醒指令或者播放时间到达以后，要及时控制播出设备关闭应急广播内容，以防给人民群众造成不便；
音频载波编解码调制解调模块框图如图2所示。
附图说明
图1是本发明所述编解码调制解调模块播出端应用框图；
图2是编解码调制解调模块调制部分硬件组成及连接图；
图3是编解码调制解调模块接收端应用框图；
图4是编解码调制解调模块解调部分硬件组成及连接图。
具体实施方式
应急信息和鉴权信息编码软件
       应急信息和鉴权信息编码软件安装在应急广播发布中心的工作电脑上，主要用来产生应急广播信息，为了防止有人恶意的发布应急广播，该模块设置了用户名和密码登陆系统，只有正确的登陆以后，才可以操作该模块。应急信息产生模块通过串口与中心控制系统相连。        
编解码调制解调模块调制部分
本发明所述的编解码调制解调模块调制部分，包括：（1）应急信息接收模块；（2）应急信息调制模块；（3）电源稳压模块。
编解码调制解调模块调制部分是应急广播系统的主要组成部分，实现接收发布需求、调制应急信息、制作应急信息等功能；
编解码调制解调模块调制部分如图2所示；
（1）应急信息接收模块，硬件电路是由FPGA完成，FPGA用于实现串口通信，与应急信息产生模块相连，通过SPI总线跟应急信息调制模块连接，并通过I/O总线跟应急信息控制模块连接。
（2）应急信息调制模块，由DSP、FLASH、时钟电路和DA输出电路组成：
a)  DSP，实现唤醒指令的数字化处理，其唤醒指令进行组帧，调制，并上变频为数字指令信号，然后通过FPGA发送到应急信息制作模块，另一方面， DSP将控制信号通过FPGA发送到应急信息控制模块，控制其通断功能；
b)  FLASH，主要负责记录DSP里面需要存贮的一些应急信息，同时也是DSP程序存贮的地方；
c)  时钟电路，给DSP和FPGA提供时钟，保证中心控制系统的正常工作；
d)  输出电路，由DA芯片控制输出音量幅值，满足播出设备要求。
（3）电源稳压模块，作用是给整个中心控制系统提供稳定可靠的电源，以防电压不稳对元器件造成的伤害；
编解码调制解调模块解调部分
编解码调制解调模块解调部分包括：（1）应急信号接收模块；（2）应急信号解调管理模块；（3）电源稳压模块。
编解码调制解调模块解调部分具有接收解调应急信息、应急信息管理等功能，应能分别响应中央、省、地市、县四级应急部门的应急信息，能抵御篡改攻击、本地重放攻击和异地重放攻击等主要干扰手段。
编解码调制解调模块解调部分如图4所示：
（1）应急信号接收模块，对调频中短波、数字音频广播、有线数字电视、地面数字电视等广播电视信号输出的音频基带信进行接收，硬件组成包括AD、FPGA，音频流通过AD采样为数字信号后传输给FPGA， FPGA此处只是一个连接通路，它将继续将该音频流传输给DSP，即应急信息解调管理模块；
（2）应急信息解调管理模块，硬件有DSP，FLASH，时钟电路和ASIC鉴权电路组成：
a)  DSP对收到的音频流进行音频信号处理，通过对音频信号进行下变频处理，还原为基带调制信号，再根据同步算法，进行唤醒信息基带数据导引码搜索操作。当搜到导引码时，对其后的基带数据进行解调处理，还原出应急信息。如果未搜到导引码，则继续搜索导引码；
b)  FLASH会存贮本模块的区域码和指令编号，只有收到同一区域的区域码，并且指令编号比存贮的指令编号大时，才会唤醒该终端，否则设备不响应该次指令；
c)   时钟电路，主要给FPGA和DSP提供时钟，保证器件的正常运行；
d)   ASIC鉴权电路，主要是对DSP解调出来的应急信息进行来源确认。
（3）电源稳压模块，作用是提供稳定可靠的电源，防止电源不稳对元器件造成的伤害。
本发明所述的音频载波编解码调制解调模块，体积小，性能稳定可靠，可以方便安装于多种设备中，如收音机、电视机、“村村通”户外广播终端等；同时，本发明并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉该领域的人，只要对该系统稍加改造，就可应用于其它方面。