一种视音频隔离切换装置的制作方法

1.本发明涉及一种视音频隔离切换装置，此系统主要涉及自动控制、视音频信号处理、光通信等技术领域。，


背景技术：

2.kvm设备和视频矩阵是视频监控系统、服务器机房管理、视频会议系统常用的视频切换设备，可以实现多个视频信号源共享显示设备、键盘和鼠标等usb接口设备。部分kvm设备和视频矩阵除视频信号外，还可对多个音频源进行管理与切换，实现多个音频信号源共享音箱的需求。现有kvm设备和视频矩阵一般采用视频、音频信号切换芯片，输入视频、音频信号在芯片内部进行信号选择切换，控制信号接口包括rs232串口、网络接口等数据接口，由内置嵌入式系统设备实现控制信号解码，此类设备只可满足没有保密要求的用户需求。在很多应用环境下，信号源常分为内部信号源和非可靠外部信号源，由于现有kvm设备和视频矩阵的切换芯片内部存在电气连接，无法保证信号间的物理隔离，所以出于安全需要，目前内部信号源和非可靠外部信号源必须建立独立的视音频输入、输出系统，不得共用设备，而且在使用其中一个系统前，必须手动关闭另一个系统的设备，工作十分繁琐，不便于统一管理。因此需要一种具有视音频信号物理隔离功能，且具有防止信号反向传输切换设备，设备可在保证保密安全的前提下，共用视音频输出和系统，即减少了设备，也可避免误操作，有效提高系统信息保密能力和管理能力。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种视音频隔离切换装置，将来源于不同网络的视音频信号在完全物理隔离的前提下进行二选一输出，实现切换共享显示设备的功能。具体内容包括：所述装置用于a、b两个独立视音频信号的物理隔离二选一切换输出，实现a、b两个独立视音频信号源在物理隔离条件下共用一个显示设备；所述装置包括控制设备、控制接口、输入接口、切换单元、输入信号处理单元、光信号传输单元、输出信号处理单元、输出接口和供电单元；
4.所述控制设备包括a控制按钮和b控制按钮，分别用于发送切换到a和b状态控制信号；
5.所述控制接口通过电缆连接控制设备，接收控制设备发送的控制信号；
6.所述输入接口包括a、b输入接口，分别通过线缆连接a、b两个独立视音频信号源；
7.所述切换单元根据控制设备发送的a或b状态控制信号，将a或b输入接口与输入信号处理单元进行电气连接；
8.所述输入信号处理单元负责对视音频信号进行补偿处理，保障传输到光信号传输单元的信号质量；
9.所述光信号传输单元包括光信号发送模块、光纤、光信号接收模块；光信号发送模块负责将视音频信号的4对差分电信号转换为4路光信号；每路光信号通过1根光纤进行传输；光信号接收模块负责接收的光纤传输的4路光信号，并将4路光信号转换为4对差分电信
号传输给输出信号处理单元；
10.所述输出信号处理单元负责对视音频信号的4对差分电信号进行补偿处理，保障传输到输出接口的信号质量；
11.所述输出接口通过线缆连接显示设备，将视音频信号传输给显示设备进行视频显示和音频播放；
12.所述供电单元负责为控制设备、切换单元、输入信号处理单元、光信号传输单元、输出信号处理单元、输出接口供电。
13.1.所述隔离切换装置进一步包括：所述控制接口包括控制设备识别电路，所述控制器识别电路负责识别与视频矩阵共享切换设备配套的切换控制器，当控制接口未连接设备或与其他非法网络设备连接时设备时，则控制电源不对所述隔离切换装置供电。
14.2.所述隔离切换装置进一步包括：所述供电单元包括入口电源模组、出口电源模组和控制电源模组；所述入口电源模组负责为输入信号处理单元和光信号传输单元的光信号发送模块供电；所述出口电源模组负责为输出信号处理单元、光信号传输单元的光信号接收模块供电和输出接口；所述控制电源模组负责为控制设备、控制接口和切换单元供电。
15.3.所述隔离切换装置进一步包括：所述控制电源模组包括防拆保护模块；所述防拆保护模块用于防止非法开启装置外壳，具有声音报警和自动烧毁保险元件的功能，使装置无法继续工作。
16.4.所述隔离切换装置进一步包括：所述入口电源模组和出口电源模组均包括电源滤波模块，所述电源滤波模块负责电源滤波，滤去电源电路中的载波信号，防止信号通过电源传输。
17.5.所述隔离切换装置进一步包括：所述多个隔离切换装置可并联或串联连接使用，实现分属a、b两组的多个视频的二选一切换。
18.所述隔离切换装置具有以下特点：
19.1.来源于不同视音频信息源的信号均被完全物理隔离；
20.2.控制电路与信号电路完全物理隔离；
21.3.装置没有编程元件，也无需嵌入式控制程序，不存在程序被篡改和程序后门等安全问题。
22.4.装置没有数据存储元件，不存在内部信号源数据被非法截获存储和传输等安全问题。
23.5.装置控制切换信号为电平信号，无需通信端口和相关通信芯片，可防止内部信息通过通信端口传输泄露，进一步提高了装置的安全性。
24.6.装置具有防止信号反向传输的功能。装置包括光信号传输单元，光信号传输单元包括光信号发送模块、光纤、光信号接收模块，光纤用于传输光信号，无法传输电信号。光信号发送模块和光信号接收模块的基本元件分别为发光二极管和光敏晶体管，发光二极管不具备接收信号的功能，光敏晶体管不具备发射信号的功能，因此视音频的电信号经过光信号传输单元传输处理后，不存在反向输出的通路，可防止信号通过输出接口反向传输出去。
25.7.装置的信号输入电路、信号输出电路和控制电路的分别具有独立电源，各自独立供电，可防止信号串扰和通过电源反向传输。
26.8.装置的信号处理的电源电路均设有滤波电路，可防止信号通过电源传输。
27.9.装置具有控制设备识别功能，可防止非配套设备的非法接入和控制，当控制接口未连接设备或与其他非法网络设备连接时设备时，则装置无法工作，进一步保障了装置的使用安全。
附图说明
28.图1一种视音频隔离切换装置总体功能结构示意图。
29.图2防拆保护模块原理电路示意图。
30.图3控制接口原理电路示意图。
31.图4切换单元原理电路示意图。
32.图5输入信号处理单元原理示意图。
33.图6光信号传输单元原理示意图。
34.图7多个隔离切换装置并联安装示意图。
35.图8多个隔离切换装置串联安装示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。所述隔离切换装置总体功能结构实施示例如图1所示，主要组成包括：
37.(100)控制设备，包括a控制按钮和b控制按钮，按下a控制按钮和b控制按钮时发送不同的电平控制信号，默认a组切换控制信号为低电平，b组切换控制信号为高电平，当装置断开控制设备连接时，装置无法工作。控制设备还包括识别码信号发生电路，所生成的二进制识别码信号应与装置内部的控制器识别电路(106)设定的识别码相一致，需根据识别码进行专用识别码信号发生电路的设计，识别码信号发生电路也可使用拨码开关，但其安全性低于专用电路方案。
38.(101)控制接口端子，是控制接口的组成部分，采用8针rj45母座接口，通过8芯双绞线与控制设备(100)连接。
39.(102)控制电源适配器，是控制电源模组的组成部分，负责为控制设备、控制接口提供电源输入，还为切换单元的切换元件供电，本示例采用输出12v的ac/dc适配器。
40.(103)入口电源适配器，是入口电源模组的组成部分，本示例采用输出12v的ac/dc适配器。
41.(104)出口电源适配器，是入口电源模组的组成部分，本示例采用输出12v的ac/dc适配器。
42.(105)防拆保护模块，是控制电源模组的组成部分，用于防止非法开启装置外壳，具有声音报警和自动烧毁保险元件的功能，使装置无法继续工作。
43.(106)控制器识别电路，是控制接口的组成部分，负责识别控制设备，当该控制接口端子未连接配套专用控制设备(100)或与其他非法网络设备连接时，则切断输入信号电
源适配器及输出信号电源适配器与其被供电单元的电气连接。
44.(107)入口电源滤波模块，入口电源模组的组成部分，负责出口电源的滤波，滤去电源电路中的载波信号，防止信号通过电源传输，可选用低通滤波器结合π型滤波器。
45.(108)出口电源滤波模块，出口电源模组的组成部分，负责出口电源滤波，滤去电源电路中的载波信号，防止信号通过电源传输，可选用低通滤波器结合π型滤波器。
46.(109)稳压模块，是入口电源模组、出口电源模组的组成部分，负责dc/dc转换和稳压，各稳压模块分别为光信号发送模块、输入信号处理单元、光信号接收模块、输出信号处理单元、输出接口供电。
47.(110)b指示灯，由切换单元控制，当装置处于b网状态时该指示灯亮。
48.(111)a指示灯，由切换单元控制，当装置处于a网状态时该指示灯亮，装置上电后默认处于a网状态。
49.(112)电源指示灯，当装置所有适配器通电，且正常连接控制设备后，电源指示灯亮。
50.(113)a输入接口，通过线缆连接a视音频源，本示例采用hdmi接口。
51.(114)b输入接口，通过线缆连接b视音频源，本示例采用hdmi接口。
52.(115)切换单元，具体的切换执行元件可采用多个继电器，继电器电源连接控制电源模组，常闭触点连接a网输入接口，常开触点连接b网输入接口，公共端连接输入信号处理单元(115)。
53.(116)输入信号处理单元，负责对视音频信号进行补偿处理，保障传输到光信号传输单元的信号质量。
54.(117)光信号发送模块，负责视音频信号光隔离单向传输的发送处理，将视音频的4组差分电信号转换为光信号，本示例具有4组发送单元分别连接4根光纤，通过光纤发送4组光信号。
55.(118)光纤，分别连接光信号发送模块和光信号接收模块，用于传输视音频光信号。
56.(119)光信号接收模块，负责视音频信号光隔离单向传输的接收处理，将视音频的4组光信号转换为电信号，本示例具有4组接收单元分别连接4根光纤。
57.(120)输出信号处理单元，负责对视音频信号的4对差分电信号进行补偿处理，保障传输到输出接口的信号质量和信号传输距离。
58.(121)输出接口，通过线缆连接显示屏输出视音频，本示例采用hdmi接口。
59.本示例输入、输出采用hdmi接口，也具体实施也可采用dvi等接口。
60.防拆保护模块原理电路如图2所示。防拆开关安装在装置外壳内，当非法开启装置外壳时，防拆开关闭合，保险丝与电池短路，烧断保险元件保险丝，从而断开控制电源适配器(102)与控制电源电路的连接，使装置无法继续工作，同时三极管进入饱和状态，e极和c极导通为蜂鸣器供电发出声音报警。
61.控制接口原理电路如图3所示。控制接口包括控制接口端子和控制器识别电路两部分，控制接口端子(101)通过8芯连接双绞线控制设备(100)，8芯连接双绞线包括电源和地线，电源连接控制电源适配器(102)；8芯连接双绞线中1根传输控制信号，连接切换单元；5根双绞线用于传输5位识别码信号，5位识别码信号传输给串联的两片4位cmos数字比较器
cd4585，比较器将信号与5位拨码开关设定的信号进行比较，当信号一致时，相应的输出端口输出高电平，经过反相器反相输出低电平，从而控制继电器动作，接通输入信号电源适配器(103)与入口电源滤波模块(107)，和输出信号电源适配器(104)与出口电源滤波模块(108)的连接，保证装置工作供电。本示例的控制接口和控制设备采用8针标准rj45接口，识别码为5位二进制，在实际实施时，可选用其他专用接口，并根据工程需要增加或减少识别码位数。
62.切换单元原理电路如图4所示。控制设备(100)发出的控制信号经反相器反相用于控制5个继电器，4个继电器用于a、b视音频信号(113)、(114)的二选一输出，包括3路tmds_data信号和1路tmds_clock信号，1个继电器用于a、b指示灯(111)、(110)的控制。
63.输入信号处理单元原理如图5所示，包括4路信号处理单元用于处理3路tmds_data信号和1路tmds_clock信号，每个信号处理单元包括均衡器、限幅放大器、输出驱动器，用于补偿视音频信号源和电缆到输入接口的损耗，提供完全满足dvi/hdmi tmds要求的输出信号，提高输入接口接收侧电缆通道的抖动余量，有效降低一般输出驱动器存在的端口与高阻抗dvi/hdmi输出间的反射问题，同时使输出共模偏移降到最小，以保证信号传输质量。输入信号处理单元可选用dvi/hdmi tmds fr4集成均衡器芯片。输出信号处理单元采用与输入信号处理单元相同的方案。
64.光信号传输单元原理如图6所示，包括光信号发送模块(117)、光纤(118)、光信号接收模块(119)，光信号发送模块采用发射激光器阵列模块，光纤采用多模光纤，光信号接收模块采用砷化镓pin光电二极管阵列模块。
65.多个所述隔离切换装置并联安装方法如图7所示，多个所述隔离切换装置共用控制设备(100)、控制电源适配器(102)、输入信号电源适配器(103)和输出信号电源适配器(104)，均并联连接。所有隔离切换装置的识别码均需相同。
66.多个所述隔离切换装置串联安装方法如图8所示，共用控制设备(100)、控制电源适配器(102)、输入信号电源适配器(103)和输出信号电源适配器(104)直接连接第一个隔离切换装置，其他隔离切换装置通过传输输入信号电源、输出信号电源、控制电源、控制信号的电缆依次串行连接。除第一个隔离切换装置外，其他装置可不包含防拆保护模块(105)、控制器识别电路(106)、出口电源滤波模块(107)、入口电源滤波模块(108)、稳压模块(109)，所需功能与电能由被串装置提供。