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  • 基于AoIP數字音頻技術在廣播全臺網智能總控系統的應用
基于AoIP數字音頻技術在廣播全臺網智能總控系統的應用

中超联赛赛程安排:基于AoIP數字音頻技術在廣播全臺網智能總控系統的應用

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一、廣播全臺網及傳統總控系統簡介

1、廣播全臺網系統構成

          數字化廣播電臺全臺網系統由音頻節目制作系統、業務管理系統、播出系統、新聞文稿系統、數字導播系統、媒資系統、智能總控系統等構成,滿足各級廣播電臺的不同業務需求。

       總控系統是全臺技術系統之間以及臺內系統和臺外系統之間信號傳輸交換的樞紐,承擔著對參與播出的各種音頻信號的監測、調校、處理、調度任務。同時負責全臺時鐘信號系統等,是整個電臺播出鏈路的信號中樞,它將全臺的各個獨立的技術系統聯接為一個整體,實現了信號資源的共享。
       總控系統具有的主要功能有:
      (1)播出節目的切換和分配,負責向發射臺和有線廣播傳送不間斷的高質量數字節目信號;
      (2)收、轉信號以及現場直播信號等,并進行自動或手動切換和路由;
      (3)負責向各直播室及錄制室傳送所需音頻源信號,通過矩陣信號返送至各直播室和錄制室;
      (4)節目的多點(直播室、發射前、空中接收)實時網絡化監測、監聽,以及慢錄(配備慢錄工作站);
      (5)停播等故障發生時的聲、光報警和應急智能切換,日志記錄;
      (6)向全臺各播出機房及網絡提供標準時間,六響、語音整點報時信號(或通過網絡校時,由播出工作站自動報時);
      (7)視頻監控功能;主備通道傳輸,設備的輸入端是音頻數字信號;
      (8)實現數字化傳輸、智能化切換、網絡化管理。
       廣播電臺全臺網系統的節目制作、播出、業務管理、新聞文稿、媒資等系統已是成熟產品,各級廣播電臺已廣泛使用,由于篇幅限制在這里不單獨介紹。

2、傳統總控系統的局限  

       傳統總控系統是以模擬或數字設備為對象、以音頻信號切換為核心構件的應用系統,核心設備音頻矩陣采用主備冗余架構、所有音頻信號高密度集成到音頻矩陣上,導致廣播電臺數字網絡建設與運行與總控系統之間在信號格式、傳輸接口、數據交換等方面“貌合神離”,無法真正實現信號在網絡和數據層面的互聯互通,大量數模/模數轉換和音頻分配設備的加入,不僅降低信號技術指標,增加了系統故障點,最關鍵的是由于無法實現廣播音頻節目信號的網絡流化傳輸和交換。整個系統存在設備多、信號衰減、失真、抗干擾差、傳輸距離近;核心設備高密度集中、一旦核心設備出現故障,影響面廣;數模/模數轉換和音頻分配設備多,鏈路復雜,故障點增加;設備管理復雜,信號監測點存在局限性;線纜多,布線復雜,維護困難;建設成本高;傳統總控系統一旦出現故障,不能快速判斷故障點和恢復播出。

二、新一代全數字廣播網絡總控系統設計

       為適應廣播電臺數字化全臺網系統的技術進步,成都緯視科技有限公司與蘇州福川科技有限公司強強聯合,發揮各自在軟件、硬件研發設計方面的優勢,采用最新AOIP數字音頻傳輸技術構建的新一代全數字、網絡化總控系統,有效克服了傳統廣播總控系統固有的局限性,實現廣播音頻節目信號的網絡流化傳輸和交換,與傳統總控系統相比具有十分明顯的優勢。

1、新一代網絡化智能總控系統需求分析

       新一代智能總控系統應是一套同時運行的雙路由多鏈路互補結構,構成從直播室到總控直至傳輸鏈路的完整數字化、網絡化、智能化總控系統,數字化智能總控系統采用目前最前沿的廣播技術及最新廣播技術產品,以達到高技術水準,全流程以數字音頻技術、先進網絡技術為基礎技術平臺,兼具自動和手動的故障處理策略;所有有源設備均采用冗余雙電源,關鍵鏈路設備采用冗余雙網口,設備具有掉電直通功能。

  • 播控系統基本構架:利用AoIP技術真正實現從制作→播出→總控→網絡化智能管理→工作站系統的數字音頻網絡互聯互通;
  • 滿足多功能、多手段檢測、監視和監聽的要求,具有系統故障診斷功能;
  • 直播室系統采用具有AoIP接口的數字化、網絡化、??榛?、雙電源、在線插卡式數字調音臺;滿足電臺自動化、智能化需求;
  • 錄制系統采用數字設備,滿足各類節目錄制需求,同時適用節目人員剪輯、編排節目,能與總控、直播系統在數字音頻網絡傳輸上真正實現互聯互通無縫無間隙資源共享;
  • 利用AoIP虛擬聲卡技術,讓慢錄、應急播出系統脫離開專業聲卡的束縛,讓信號路由更加便捷,給音頻制作網拓展了平臺;
  • 完善的同步機制使不同采樣率的音頻信號可以在同一個網絡中可靠有序的傳遞信號;
  • 系統配置安全可靠,設備沒有單一崩潰點,主要設備冗余配置,熱備份;
  • 為了提高安全播出的可靠性,各頻率網絡分控設備采用獨立機箱,能有效減少頻率間的相關性、相互影響;總控布線時,頻率輸入和輸出通道分布在矩陣不同的輸入輸出板卡,減小因板卡故障引起的兩路信號之間的影響;
  • 維護簡單便捷,具有自動和手動的故障處理策略,系統升級維護時達到0秒停播、0風險升級的設計原則;

2、AoIP數字音頻傳輸技術簡介

        AoIP數字音頻傳輸技術是Audinate于2003年提出的,基于以太網第3層的高保真實時多路音頻傳輸技術,能在千兆以太網傳送多達512ch+512ch,質量為48KHZ、24bit的不壓縮音頻信號,由于采用了IEEE1588精密時鐘傳輸協議,在通用以太網中獲得了低延時抖動的多路音頻傳輸,被視為下一代數字音頻的核心技術,為音頻連接提供了一種低延時、高精度和低成本的解決方案(可以在以太網[100M或者1000M]上傳送高精度時鐘信號以及專業音頻信號并可以進行復雜的路由)。與以往傳統的音頻傳輸技術相比,它繼承了CobraNet與EtherSound所有的優點,如無壓縮的數字音頻信號,保證了良好的音質效果;解決了傳統音頻傳輸中繁雜的布線問題,降低了成本;適應現有網絡,無需做特殊配置;網絡中的音頻信號,都以“標簽”的形式進行標注等。同時具備自身獨特的優勢:
  • 更小的延時。在100M網絡帶寬,總傳輸音頻通道為3個時,延時僅為34微秒;
  • 系統自動調節可用的網絡帶寬,延時時間降低到最??;
  • 采用了IEEE1588精密時鐘協議進行時鐘同步;
  • 采用了zeroconf(Zero Configuration Networking)協議,利用自動配置服務器自動檢查接口設備、標識標簽以及區分IP地址等工作,無需啟動高層級別的DNS或者DHCP服務,同時節省了復雜的手工網絡配置;
  • 網絡的高兼容特性。音頻信號、控制數據和其他數據流共享同一個網絡;
  • 自愈系統。為了避免意外導致的音頻傳輸中斷,系統可以設定多重自我修復機制,例如時鐘丟失、網絡故障等;
  • 音頻通道的傳輸模式可以是單播或是多播。
  • 在百兆網能獲得最大64ch進64ch出、千兆網能獲得最大512ch進512ch出的傳送密度,利用組播技術能實現在網絡中信號的軟分配和軟切換,與PC的音頻交換也能跳過傳統聲卡直接由網絡實現;
特 點 CobraNet Ethersound AoIP
完全支持以太網 Yes 只能廣播 Yes
支持標準TCP/IP No No Yes
技術AES67-2013 No No Yes
采樣率 48K/96K 44.1K/48K/88.2K/96K192K 44.1K/48K/88.2K/96K192K
量化深度 16/20/24bit 16/20/24bit 16/20/24bit
抖動時間 40/60ns <1ns <1ns
網絡帶寬要求 無須使用專用的100M以太網,但 PeakAudio建議使用千兆虛擬網(VLAN) 使用專用的100M以太網,或使用千兆虛擬網(VLAN) 無須使用專用以太網,
設計及維護網絡的復雜性
多重多播模式 No No Yes
高效單播模式 部分 No Yes
音頻延時 1.33ms 125µs+ 34µs
自動優化音頻延時 No No Yes
同一網絡使用不同網速設備 No No Yes
同一網絡使用不同采樣頻率 No No Yes
Zero-Conf網絡配置 No No Yes
技術發布時間 1996 2002 2003
一個網絡內可連接設備的最多數量 164 65534 不限
技術開發/持有人 PeakAudio Digigram Audinate
 

         目前AoIP技術已被已被100多家主流廠商支持(部分廠商如下),主流協議有Dante和AES67-2013,前者市場占有率及成熟度較高,后者為2013年AES組織最新發布的國際統一標準。福川科技調音臺、音頻矩陣、路由器系統同時支持這兩個標準。
 

           由于支持相同的標準,上述各主流廠商的音頻設備以及未來支持Dante技術的產品可以互聯互通。

3、基于AOIP技術的新一代音頻總控系統設計
        基于AoIP的新一代總控管理平臺由服務器、設備終端、顯示終端、管理工作站組成,設備終端包括所有的AoIP和非AoIP音頻設備、以及視頻監測、機房環境監測等其它非音頻設備,通過冗余IP網絡構成完整統一的監測控制體系,由運行在各終端及工作站的管理軟 件實現大系統的各項管理功能,滿足不同安全條件、不同拓撲結構下對總控系統的各項要求。

新一代AoIP總控系統平臺構成圖

       新一代AoIP總控系統構造如圖所示,其核心是局域網架構的AoIP系統平臺,系統為雙網絡結構,采用TCP/IP網絡協議,將音頻信號以IP數據包的形式在局域網或廣域網上進行實時傳送,每個數據包都有一個唯一的IP地址,通過這個IP地址可以在網絡中進行路由分配??刂菩藕龐胍羝敵藕?、視頻監控信號、音頻采集均以IP方式在一起傳輸,共用一個網絡。
 

系統主要技術和功能特點:

  • 能利用現有的標準IP網絡,連接支持AOIP協議的調音臺、矩陣、音頻路由器等設備,完成基于網絡的音頻調度和傳輸,使系統架構更加簡潔、靈活和方便
  • 單一網絡完成音頻流的路由和設備管理,不必象CobraNet設置獨立專網,一主一備兩根電纜就能實現接入設備的傳和控全部功能,可靠性更高,故障率更低,有利于建設統一完整的管理調度平臺
  • 利用虛擬聲卡將工作站直接接入AoIP網絡,省去AoIP-AES3/模擬-聲卡-工作站的中間轉換環節,適用于代播、監聽、慢錄、監測、顯示等場合
  • 由AoIP網絡可將不同節點的音頻信號匯聚到一起,實現基于內容的分析監測,通過相關算法獲得內容相關性、噪聲、頻響、消波等真實信息,改變了以往將信號簡化成電平表后再分析帶來的偽監測現象
  • 方便地通過AoIP時鐘同步特性構建數字音頻的同步傳輸網絡
  • 以AoIP的海量傳輸特性,實現真正意義的數字音頻云平臺

基于AoIP的總控管理???nbsp;

 4、系統關鍵設備介紹   

        福川DB3000全系列直播調音臺、DB3000一體化矩陣、CR100云路由器、CSW10X云切換器等設備均已具備AoIP接口,包括HARMAN,NTP,DHD,YAMAHA等主流音頻廠商的專業音頻設備也均支持相同的接口協議,為我們設計建設統一的傳輸監控平臺奠定了基礎。
        基于AoIP總控系統管理軟件??榘ù篤料允?、設備管理、路由管理、報警管理、監聽管理、對講管理等,涵蓋了音頻數據、音頻參數、用戶自義信息、監控圖像、環境參數的采集,以圖形化方式按頻率在各顯示終端得到重組顯示,實時監測、分析和路由,提供聲光報警并做相應的處理預案,具有完善的日志供日后分析和統計,具有設備管理、交接班管理、轉播調度管理等日常信息管理功能。

三、結束語

       成都緯視科技有限公司長期專注于廣電行業音、視頻技術軟件開發,在計算機網絡、自動化控制、多媒體處理技術上具有豐富經驗和深厚的技術積累;蘇州福川科技有限公司是國內最早專注于廣播硬件產品開發,是《廣播電臺數字化網絡化發展白皮書》的起草者之一,數字調音臺國家標準《GY/T274-2013》的制定者,其產品在國內包括中央臺、各省、市電臺廣泛使用,產品穩定、可靠,均已獲得各級廣播電臺認可。緯視科技與福川科技兩家強強合作、優勢互補,已在國內云南省人民廣播電臺、湖北省廣播電臺、江西省人民廣播電臺、廣西省人民廣播電臺、上海市人民廣播電臺、河南許昌市人民廣播電臺、陜西咸陽市人民廣播電臺、河北保定市人民廣播電臺、青海西寧市人民廣播電臺、云南普洱市人民廣播電臺、山東濟寧市人民廣播電臺、貴州遵義市人民廣播電臺、四川廣元市人民廣播電臺、四川南充市人民廣播電臺、四川宜賓市人民廣播電臺等國內7家省級和50多家地市級廣播電臺中應用新一代AoIP總控系統。

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