技术领域
[0001] 本
发明涉及一种音频
采样电路，尤其是指一种具备音频采集的安防监控电路及其电路设计方法。
背景技术
[0002] 传统的监控设备主要专注于对监控现场视频画面的还原，以至于有些监控设备无现场语音
信号的捕获和收集能
力。但随着监控应用的推广，音频采集的重要性也逐渐凸显。但现有安防监控领域中，即使具备语音监控的设备也只能满足近距离的语音采集和捕捉，距离稍远的声音往往要么完全捕捉不到语音信息，要么捕捉到的语音信息模糊不清，不能有效的进行分辨和视听，从而导致不能完整的还原被监控的现场。
[0003] 究其原因是由监控设备对于音频采集的设计不合理造成的。例如，现有监控设备的音频采集采用两种方案：
[0004] 一种是直接外设设置麦克
风，麦克风直接传送至A/D转换后进入监控设备主控芯片(核心进行的是音视频同步编码处理)与视频结合。但此方案有几大弊端：1)监控设备主控芯片本身不具备音频降噪处理能力，因此对采集到的繁杂
音频信号(主要是音频包含了环境噪音及有用音频——如人声)不能正确的进行降噪处理，因此录制的音频往往吵杂不轻，难以分辨有用音频。2)麦克风采集的模拟音频信号在电路传输过程中极易受到干扰，也会导致采集到的声音模糊不清。3)监控设备主控芯片本身不具备音频处理能力，因此外接麦克风只能有一路，无法满足监控设备大范围监测的需求。
[0005] 为了解决上述问题，现有另一种方案是在监控设备
基础上增加专
门的音频处理模
块，音频处理模块由于具备音频处理芯片，因此一来可对采集的音频进行降噪处理，二来支持多路麦克风同时采集也变得可能。然而现有方案中受困于模拟音频信号受干扰，因此麦克风采集音频后就进行A/D转换，而后采用数字音频处理模块进行处理，确保后续传输过程为数字音频信号从而避免干扰。但由于在输入监控设备主控芯片时，主控芯片需要再一次对数字音频信号进行重采样，多次采样会致使原始音频信息的大幅失真，最终导致其中弱信号的损失。因此此种方案下采集音频信号的清晰度也非常有限，直接体现的就是无法采集较远距离的音频。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种可满足远距离音频清晰采集需求的具备音频采集的安防监控电路及其电路设计方法。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具备音频采集的安防监控电路，包括音频采集系统、安防
监控系统及电源系统；
[0008] 所述音频采集系统主要由音频采集模块、模拟音频处理模块及有源晶振组成；所述安防监控系统包括A/D采样模块及音视频同步编码处理模块；所述音频采集系统的电源模块包括模拟电源、模拟地、数字电源、数字地；
[0009] 所述音频采集系统的音频采集模块连接模拟音频处理模块，模拟音频处理模块连接安防监控系统的A/D采样模块，A/D采样模块连接音视频同步编码处理模块；所述模拟电源与模拟地连接音频采集模块及模拟音频处理模块；所述数字电源与数字地和音频采集系统的模拟音频处理模块、有源晶振以及安防监控系统的音视频同步编码处理模块相连。
[0010] 上述中，所述电源系统包括依次连接的电源
接口、降压芯片及输出电源模块；
[0011] 所述输出电源模块包括数字电源支路与模拟电源支路；
[0012] 所述数字电源支路包括依次相连的第一隔离单元、第一滤波单元以及数字电源数字地；
[0013] 所述模拟电源支路包括依次相连的第二隔离单元、第二滤波单元以及模拟电源模拟地；
[0014] 所述第一隔离单元与第二隔离单元与降压芯片相连。
[0015] 上述中，所述电源接口可接入第一直流电/第一交流电；于电源接口及降压芯片之间还连接有整流模块；所述降压芯片可接入第二直流电；所述降压芯片通过输出电源模块输出直流电。
[0016] 所述整流模块与降压芯片之间设有第一防倒流模块；所述降压芯片连接有第二防倒流模块，所述5V直流电通过第二防倒流模块接入降压芯片。
[0017] 上述中，于电源接口和整流模块间还设有防雷防浪涌模块、高频滤波模块、瞬变
电压抑
制模块及保险模块。
[0018] 上述中，包括多层PCB板，于多层PCB板的其中一层表面的左、右间隔设置有呈块的数字地及呈块的模拟地；所述音频采集模块通过第一
导线连接模拟音频处理模块，所述模拟音频处理模块通过第二导线连接A/D采样模块；所述第一导线包裹于成块的模拟地中；所述第二导线包裹于成块的数字地中。
[0019] 上述中，包括多层PCB板，于多层PCB板的其中另一层表面的左、右间隔设置有呈块的数字电源及呈块的模拟电源；所述数字电源与模拟电源的边缘拐
角处设有
倒角。
[0020] 上述中，所述音频采集模块包括至少两路呈角度设置的麦克风。
[0021] 上述中，所述音频采集模块包括第一麦克风接口、第二麦克风接口、第三麦克风接口及第四麦克风接口；所述模拟音频处理模块一路并接第一麦克风接口与第二麦克风接口，另一路并接第三麦克风接口与第四麦克风接口；所述模拟音频处理模块输出有偏置电源，所述偏置电源连接第二麦克风接口与第三麦克风接口。
[0022] 本发明还涉及一种具备音频采集的安防监控电路设计方法，包括，[0023] 将电源系统的供电输出独立划分为模拟电源、模拟地、数字电源、数字地的步骤；
[0024] 采用模拟音频处理模块，并为其搭配有源晶振的步骤；
[0025] 将模拟音频处理模块输出接入监控系统的A/D采样模块采样后以数字形式输入音视频同步编码处理模块的步骤；
[0026] 将音频采集模块及模拟音频处理模块接入模拟电源、模拟地的步骤；
[0027] 将音频处理模块、有源晶振及音视频同步编码处理模块接入数字电源、数字地的步骤。
[0028] 上述中，还包括，
[0029] 采用多层PCB板的步骤；
[0030] 在其中一层PCB板表面左、右成块设置数字地及模拟地的步骤；
[0031] 用模拟地对音频采集模块至模拟音频处理模块的信号线进行包地的步骤；
[0032] 用模拟地及数字地对模拟音频处理模块至A/D采样模块的信号线进行包地的步骤。
[0033] 本发明的有益效果在于：在设计上充分考虑了安防设备的实际应用特性，音频采集系统可与安防监控设备实现同步供电，并在安防监控系统前的所有音频信号的采集、传输、处理均对原始
模拟信号完成，从而最大限度保证数据的完整性，此外在模拟音频处理模块采用有源晶振，有效避免
时钟信号干扰其他信号或者其他信号干扰到时钟信号，实现了在安防监控设备上真正的远距离高清语音信息的采集和处理，处理之后的
语音信号仍然以模拟的语音
信号传输到安防监控设备之内，此时方对初始的模拟语音信号在安防设备内的首次采样和
数模转换，与高清视频实现同步编码、传输和输出，有效解决了安防监控设备只有高清视频输出而无法有效实现监控画面现场高清语音的难题。此外，将电源系统细分为相互独立的数字、模拟两路供电，有效降低了电源对电路中传输的模拟信号、
数字信号的干扰噪声问题。
附图说明
[0034] 下面结合附图详述本发明的具体结构
[0037] 图3为本发明的PCB的其中一层结构示意图；
[0038] 图4为本发明的PCB的另外一层结构示意图；
[0039] 图5为本发明的具体实施例电路图1；
[0040] 图6为本发明的具体实施例电路图2。
[0041] 10-数字地；20-模拟地；30-第一导线；40--数字电源；50-模拟电源。
具体实施方式
[0042] 为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0043] 请参阅图1，一种具备音频采集的安防监控电路，包括音频采集系统、安防监控系统及电源系统；
[0044] 所述音频采集系统主要由音频采集模块、模拟音频处理模块及有源晶振组成；所述安防监控系统包括A/D采样模块及音视频同步编码处理模块；所述音频采集系统的电源模块包括模拟电源、模拟地、数字电源、数字地；
[0045] 所述音频采集系统的音频采集模块连接模拟音频处理模块，模拟音频处理模块连接安防监控系统的A/D采样模块，A/D采样模块连接音视频同步编码处理模块；所述模拟电源与模拟地连接音频采集模块及模拟音频处理模块；所述数字电源与数字地和音频采集系统的模拟音频处理模块、有源晶振以及安防监控系统的音视频同步编码处理模块相连。
[0046] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：设计时充分考虑了安防设备的实际应用特性，音频采集系统可与安防监控设备实现同步供电，并在安防监控系统前的所有音频信号的采集、传输、处理均对原始模拟信号完成，从而最大限度保证数据的完整性，此外在模拟音频处理模块采用有源晶振，有效避免时钟信号干扰其他信号或者其他信号干扰到时钟信号，实现了在安防监控设备上真正的远距离高清语音信息的采集和处理，处理之后的语音信号仍然以模拟的语音信号传输到安防监控设备之内，从而实现了初始的模拟语音信号在安防设备内的首次采样和数模转换，与高清视频实现同步编码、传输和输出。有效解决了安防监控设备只有高清视频输出而无法有效实现监控画面现场高清语音的难题。此外，将电源系统细分为相互独立的数字、模拟两路供电，有效降低了电源对电路中传输的模拟信号、数字信号的干扰噪声问题。
[0047] 此外，本发明配置的电源系统，可满足安防监控系统现场实际使用时电源供电的灵活使用需求，即音频采集系统既可以采取在监控设备中取电的方式，所需电源与监控设备内的主要电压一致，也可以与监控设备使用同一种电源同时供电。总之不需要为本系统单独配置一个电源来供电。
[0048] 参见图2所示为具体实施例电路原理框图。
[0049] 实施例1
[0050] 上述中，所述电源系统包括依次连接的电源接口、降压芯片及输出电源模块；
[0051] 所述输出电源模块包括数字电源支路与模拟电源支路；
[0052] 所述数字电源支路包括依次相连的第一隔离单元、第一滤波单元以及数字电源数字地；
[0053] 所述模拟电源支路包括依次相连的第二隔离单元、第二滤波单元以及模拟电源模拟地；
[0054] 所述第一隔离单元与第二隔离单元与降压芯片相连。
[0055] 实施例2
[0056] 上述中，所述电源接口可接入第一直流电/第一交流电；于电源接口及降压芯片之间还连接有整流模块；所述降压芯片可接入第二直流电；所述降压芯片通过输出电源模块输出直流电。
[0057] 所述整流模块与降压芯片之间设有第一防倒流模块；所述降压芯片连接有第二防倒流模块，所述5V直流电通过第二防倒流模块接入降压芯片。
[0058] 本实施例中提供的市一中依据安防监控设备的环境供电情况设计的一种通用的电源系统，外部不稳定的第一直流(如常见的12V直流)，第一交流(如常见的24V交流)电源公用一个电源接口通过整流模块后进入降压芯片，此时，使用时若接入的是12V直流，则可直接通过整流模块输入降压芯片，若接入的为24V交流则会在整流模块作用下变为24V直流输入降压芯片，而稳定的第二直流(如常见USB标准的5V直流)则通过另一路直接接到降压芯片，由此通过选择一个支持输入电压范围较宽的降压芯片(即对应例中至少下至支持5V，上至支持24V)即可实现同时兼容现行三种输入电源，从而降压芯片将稳定的将电压降至安防监控设备常见的3.3V以供系统使用。
[0059] 此外，本实施例中电源系统为了保证本系统自身电源的稳定与控制噪声，同时为了避免引入共模及差模干扰，采取了本地降压的模式，并对降压后的电源进行滤波降噪设计。
[0060] 实施例3
[0061] 上述中，于电源接口和整流模块间还设有防雷防浪涌模块、高频滤波模块、瞬变电压抑制模块及保险模块。
[0062] 由于电源接口接入的为外部不稳定的供电(主要指电源浪涌、纹波特性不好)，因此安全起见，在电源接口输入后设置了多级的防护模块，其中防雷防浪涌模块可吸收输入电源的瞬时高压，大
电流，而高频滤波模块则可吸收输入电源的高频杂波，瞬变电压抑制模块则进一步防止瞬时电压的突变，保险模块则提供最后一道防护，防止电路被意外损毁。
[0063] 实施例4
[0064] 所述保险模块包括自恢复保险丝；所述防浪涌模块包括级联的压敏
电阻及气体
放电管；所述瞬变电压抑制模块包括TVS管；所述整流模块包括全桥式整流单元。
[0065] 本实施例进一步采用自恢复保险丝作为保险模块，使得产品在过载启动保险后，一旦外因消除即可自行恢复。此外本实施例中，TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)管，也称瞬变电压抑制
二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其应用于电路中时，当TVS管两端经受瞬间的高
能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS的反应速度比RC回路快10E-12s，且可不用考虑TVS的
击穿电压VBR，反向临界电压VWM，最大峰值脉冲电流IPP和最大箝位电压VC及峰值脉冲功率PP。
[0066] 实施例5
[0067] 所述降压芯片与输出电源模块之间还设有储能电感；所述储能电感输出一路连接输出电源模块，另一路反馈连接至降压芯片。本实施例储能电感可确保输出电流的
稳定性，此外构成一个输出反馈回路，构成
输出电压的闭环检测，从而可确保降压芯片输出电压的稳定性。
[0068] 实施例6
[0069] 如图3所示，上述中，包括多层PCB板，于多层PCB板的其中一层表面的左、右间隔设置有呈块的数字地10及呈块的模拟地20；所述音频采集模块通过第一导线30连接模拟音频处理模块，所述模拟音频处理模块通过第二导线连接A/D采样模块；所述第一导线30包裹于成块的模拟地20中；所述第二导线主体包裹于成块的模拟地20中，其端部延伸包裹至成块的数字地10中。
[0070] 地平面抗干扰划分等特有的设计；(4)模拟语音信号在设计中进行重点保护。进行有效的PCB抗干扰和防干扰设计
[0071] 实施例7
[0072] 如图4所示，上述中，包括多层PCB板，于多层PCB板的其中另一层表面的左、右间隔设置有呈块的数字电源40及呈块的模拟电源50；所述数字电源40与模拟电源50的边缘拐角处设有倒角。本实施例中，采用了电源整层PCB板左、右分布式平衡划分方式，数字电源40与模拟电源50的边缘拐角处均注意倒角，消除尖锐角，从而减少干扰产生。
[0073] 通过实施例6、7可见，整个电路设计上对电源层和
地层进行了合理的数字、模拟划分，避免不同电源间的相互干扰。保证在同一个电路中，数字电源和模拟电源互不影响。
[0074] 实施例8
[0075] 上述中，所述音频采集模块包括至少两路呈角度设置的麦克风。
[0076] 本实施例中，利用双麦克风捕捉语音信号的技术，可进一步增强语音信号的捕捉能力。此外，通过优化多个麦克风之间的角度，可以实现各个角度的语音信号均衡捕捉和采集，从而将监控
视野内的各个角度的语音信息成功的捕捉并作处理。实现安防监控设备监控视野内无死角的语音信号捕捉，达到语音信息与对监控视频的互补的安防监控目的。
[0077] 实施例9
[0078] 上述中，所述音频采集模块包括第一麦克风接口、第二麦克风接口、第三麦克风接口及第四麦克风接口；所述模拟音频处理模块一路并接第一麦克风接口与第二麦克风接口，另一路并接第三麦克风接口与第四麦克风接口；所述模拟音频处理模块输出有偏置电源，所述偏置电源连接第二麦克风接口与第三麦克风接口。由此，音频采集模块输出有两路麦克风接口，每路麦克风接口分别支持选择接入无源麦克风或有源麦克风。使得电路通用支持不同麦克风，增加电路的通用性更加。
[0079] 此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和
位置有什么不同。
[0080] 本发明具备音频采集的安防监控电路的具体实施例电路图如图5、6所示。其中图5为电源系统部分具体实施例电路图。图6为音频采集系统部分具体实施例电路图。
[0081] 本发明还涉及一种具备音频采集的安防监控电路设计方法，包括，[0082] 将电源系统的供电输出独立划分为模拟电源、模拟地、数字电源、数字地的步骤；
[0083] 采用模拟音频处理模块，并为其搭配有源晶振的步骤；
[0084] 将模拟音频处理模块输出接入监控系统的A/D采样模块采样后以数字形式输入音视频同步编码处理模块的步骤；
[0085] 将音频采集模块及模拟音频处理模块接入模拟电源、模拟地的步骤；
[0086] 将音频处理模块、有源晶振及音视频同步编码处理模块接入数字电源、数字地的步骤。
[0087] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：设计上在安防监控系统前的所有音频信号的采集、传输、处理均对原始模拟信号完成，从而最大限度保证数据的完整性，此外在模拟音频处理模块采用有源晶振，有效避免时钟信号干扰其他信号或者其他信号干扰到时钟信号，实现了在安防监控设备上真正的远距离高清语音信息的采集和处理，处理之后的语音信号仍然以模拟的语音信号传输到安防监控设备之内，从而实现了初始的模拟语音信号在安防设备内的首次采样和数模转换，与高清视频实现同步编码、传输和输出。有效解决了安防监控设备只有高清视频输出而无法有效实现监控画面现场高清语音的难题。此外，将电源系统细分为相互独立的数字、模拟两路供电，有效降低了电源对电路中传输的模拟信号、数字信号的干扰噪声问题。
[0088] 实施例1
[0089] 上述方法中，还包括，
[0090] 采用多层PCB板的步骤；
[0091] 在其中一层PCB板表面左、右成块设置数字地及模拟地的步骤；
[0092] 用模拟地对音频采集模块至模拟音频处理模块的信号线进行包地的步骤；
[0093] 用模拟地及数字地对模拟音频处理模块至A/D采样模块的信号线进行包地的步骤。
[0094] 实施例2
[0095] 上述方法中，还包括，
[0096] 采用多层PCB板的步骤；
[0097] 在其中一层PCB板表面左、右间隔设置有呈块的数字电源及呈块的模拟电源的步骤；
[0098] 消除数字电源与模拟电源的边缘拐角的尖角的步骤。
[0099] 实施例3
[0100] 设置采用两路麦克风作为音频采集模块的步骤；
[0101] 将两路麦克风呈角度设置的步骤。
[0102] 本发明技术应用场景举例：
[0103] 某
银行项目要求对服务柜台进行高清监控，并要求全方位还原现场情况，除视频外，还需监控设备实时捕捉现场的语音信息。但由于高清监控设备安装的角度问题，摄像机距离柜台说话者相距较远，无法准确采集到说话人的声音。客户要求增强型的语音采集模块，能至少捕捉到柜台范围内的人说话声，在此背景下，将本设计应用到网络摄像机上，有效解决了现场较远的语音信号捕捉采集，实现了现场的全方位语音监控。
[0104] 综上所述，经测试得本发明技术方案有以下优势：
[0105] 1、有效增加语音信号的捕捉距离，区别于
现有技术通常只能完成3米内音频采集且人声混杂在环境噪声中不清楚的情况，实测采用本发明方案后，可在室内环境可以有效捕捉到15米范围内的正常说话人声语音信息；在室外非吵闹的场合可以有效捕捉到8米范围内正常说话的人声。
[0106] 2、方案可灵活应用到现有安防监控设备中，如高清网络摄像机/半球/快球/
云台/NVR等安防监控设备。
[0107] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
