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  • 基于AoIP数字音频技术在广播全台网智能总控系统的应用
基于AoIP数字音频技术在广播全台网智能总控系统的应用

基于AoIP数字音频技术在广播全台网智能总控系统的应用

基于AoIP数字音频技术在广播全台网智能总控系统的应用

一、广播全台网及传统总控系统简介

1、广播全台网系统构成

          数字化广播电台全台网系统由音频节目制作系统、业务管理系统、播出系统、新闻文稿系统、数字导播系统、媒资系统、智能总控系统等构成,满足各级广播电台的不同业务需求。

       总控系统是全台技术系统之间以及台内系统和台外系统之间信号传输交换的枢纽,承担着对参与播出的各种音频信号的监测、调校、处理、调度任务。同时负责全台时钟信号系统等,是整个电台播出链路的信号中枢,它将全台的各个独立的技术系统联接为一个整体,实现了信号资源的共享。
       总控系统具有的主要功能有:
      (1)播出节目的切换和分配,负责向发射台和有线广播传送不间断的高质量数字节目信号;
      (2)收、转信号以及现场直播信号等,并进行自动或手动切换和路由;
      (3)负责向各直播室及录制室传送所需音频源信号,通过矩阵信号返送至各直播室和录制室;
      (4)节目的多点(直播室、发射前、空中接收)实时网络化监测、监听,以及慢录(配备慢录工作站);
      (5)停播等故障发生时的声、光报警和应急智能切换,日志记录;
      (6)向全台各播出机房及网络提供标准时间,六响、语音整点报时信号(或通过网络校时,由播出工作站自动报时);
      (7)视频监控功能;主备通道传输,设备的输入端是音频数字信号;
      (8)实现数字化传输、智能化切换、网络化管理。
       广播电台全台网系统的节目制作、播出、业务管理、新闻文稿、媒资等系统已是成熟产品,各级广播电台已广泛使用,由于篇幅限制在这里不单独介绍。

2、传统总控系统的局限  

       传统总控系统是以模拟或数字设备为对象、以音频信号切换为核心构件的应用系统,核心设备音频矩阵采用主备冗余架构、所有音频信号高密度集成到音频矩阵上,导致广播电台数字网络建设与运行与总控系统之间在信号格式、传输接口、数据交换等方面“貌合神离”,无法真正实现信号在网络和数据层面的互联互通,大量数模/模数转换和音频分配设备的加入,不仅降低信号技术指标,增加了系统故障点,最关键的是由于无法实现广播音频节目信号的网络流化传输和交换。整个系统存在设备多、信号衰减、失真、抗干扰差、传输距离近;核心设备高密度集中、一旦核心设备出现故障,影响面广;数模/模数转换和音频分配设备多,链路复杂,故障点增加;设备管理复杂,信号监测点存在局限性;线缆多,布线复杂,维护困难;建设成本高;传统总控系统一旦出现故障,不能快速判断故障点和恢复播出。

二、新一代全数字广播网络总控系统设计

       为适应广播电台数字化全台网系统的技术进步,成都纬视科技有限公司与苏州福川科技有限公司强强联合,发挥各自在软件、硬件研发设计方面的优势,采用最新AOIP数字音频传输技术构建的新一代全数字、网络化总控系统,有效克服了传统广播总控系统固有的局限性,实现广播音频节目信号的网络流化传输和交换,与传统总控系统相比具有十分明显的优势。

1、新一代网络化智能总控系统需求分析

       新一代智能总控系统应是一套同时运行的双路由多链路互补结构,构成从直播室到总控直至传输链路的完整数字化、网络化、智能化总控系统,数字化智能总控系统采用目前最前沿的广播技术及最新广播技术产品,以达到高技术水准,全流程以数字音频技术、先进网络技术为基础技术平台,兼具自动和手动的故障处理策略;所有有源设备均采用冗余双电源,关键链路设备采用冗余双网口,设备具有掉电直通功能。

  • 播控系统基本构架:利用AoIP技术真正实现从制作→播出→总控→网络化智能管理→工作站系统的数字音频网络互联互通;
  • 满足多功能、多手段检测、监视和监听的要求,具有系统故障诊断功能;
  • 直播室系统采用具有AoIP接口的数字化、网络化、模块化、双电源、在线插卡式数字调音台;满足电台自动化、智能化需求;
  • 录制系统采用数字设备,满足各类节目录制需求,同时适用节目人员剪辑、编排节目,能与总控、直播系统在数字音频网络传输上真正实现互联互通无缝无间隙资源共享;
  • 利用AoIP虚拟声卡技术,让慢录、应急播出系统脱离开专业声卡的束缚,让信号路由更加便捷,给音频制作网拓展了平台;
  • 完善的同步机制使不同采样率的音频信号可以在同一个网络中可靠有序的传递信号;
  • 系统配置安全可靠,设备没有单一崩溃点,主要设备冗余配置,热备份;
  • 为了提高安全播出的可靠性,各频率网络分控设备采用独立机箱,能有效减少频率间的相关性、相互影响;总控布线时,频率输入和输出通道分布在矩阵不同的输入输出板卡,减小因板卡故障引起的两路信号之间的影响;
  • 维护简单便捷,具有自动和手动的故障处理策略,系统升级维护时达到0秒停播、0风险升级的设计原则;

2、AoIP数字音频传输技术简介

        AoIP数字音频传输技术是Audinate于2003年提出的,基于以太网第3层的高保真实时多路音频传输技术,能在千兆以太网传送多达512ch+512ch,质量为48KHZ、24bit的不压缩音频信号,由于采用了IEEE1588精密时钟传输协议,在通用以太网中获得了低延时抖动的多路音频传输,被视为下一代数字音频的核心技术,为音频连接提供了一种低延时、高精度和低成本的解决方案(可以在以太网[100M或者1000M]上传送高精度时钟信号以及专业音频信号并可以进行复杂的路由)。与以往传统的音频传输技术相比,它继承了CobraNet与EtherSound所有的优点,如无压缩的数字音频信号,保证了良好的音质效果;解决了传统音频传输中繁杂的布线问题,降低了成本;适应现有网络,无需做特殊配置;网络中的音频信号,都以“标签”的形式进行标注等。同时具备自身独特的优势:
  • 更小的延时。在100M网络带宽,总传输音频通道为3个时,延时仅为34微秒;
  • 系统自动调节可用的网络带宽,延时时间降低到最小;
  • 采用了IEEE1588精密时钟协议进行时钟同步;
  • 采用了zeroconf(Zero Configuration Networking)协议,利用自动配置服务器自动检查接口设备、标识标签以及区分IP地址等工作,无需启动高层级别的DNS或者DHCP服务,同时节省了复杂的手工网络配置;
  • 网络的高兼容特性。音频信号、控制数据和其他数据流共享同一个网络;
  • 自愈系统。为了避免意外导致的音频传输中断,系统可以设定多重自我修复机制,例如时钟丢失、网络故障等;
  • 音频通道的传输模式可以是单播或是多播。
  • 在百兆网能获得最大64ch进64ch出、千兆网能获得最大512ch进512ch出的传送密度,利用组播技术能实现在网络中信号的软分配和软切换,与PC的音频交换也能跳过传统声卡直接由网络实现;
特 点 CobraNet Ethersound AoIP
完全支持以太网 Yes 只能广播 Yes
支持标准TCP/IP No No Yes
技术AES67-2013 No No Yes
采样率 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
抖动时间 40/60ns <1ns <1ns
网络带宽要求 无须使用专用的100M以太网,但 PeakAudio建议使用千兆虚拟网(VLAN) 使用专用的100M以太网,或使用千兆虚拟网(VLAN) 无须使用专用以太网,
设计及维护网络的复杂性
多重多播模式 No No Yes
高效单播模式 部分 No Yes
音频延时 1.33ms 125µs+ 34µs
自动优化音频延时 No No Yes
同一网络使用不同网速设备 No No Yes
同一网络使用不同采样频率 No No Yes
Zero-Conf网络配置 No No Yes
技术发布时间 1996 2002 2003
一个网络内可连接设备的最多数量 164 65534 不限
技术开发/持有人 PeakAudio Digigram Audinate
 

         目前AoIP技术已被已被100多家主流厂商支持(部分厂商如下),主流协议有Dante和AES67-2013,前者市场占有率及成熟度较高,后者为2013年AES组织最新发布的国际统一标准。福川科技调音台、音频矩阵、路由器系统同时支持这两个标准。
 

           由于支持相同的标准,上述各主流厂商的音频设备以及未来支持Dante技术的产品可以互联互通。

3、基于AOIP技术的新一代音频总控系统设计
        基于AoIP的新一代总控管理平台由服务器、设备终端、显示终端、管理工作站组成,设备终端包括所有的AoIP和非AoIP音频设备、以及视频监测、机房环境监测等其它非音频设备,通过冗余IP网络构成完整统一的监测控制体系,由运行在各终端及工作站的管理软 件实现大系统的各项管理功能,满足不同安全条件、不同拓扑结构下对总控系统的各项要求。

新一代AoIP总控系统平台构成图

       新一代AoIP总控系统构造如图所示,其核心是局域网架构的AoIP系统平台,系统为双网络结构,采用TCP/IP网络协议,将音频信号以IP数据包的形式在局域网或广域网上进行实时传送,每个数据包都有一个唯一的IP地址,通过这个IP地址可以在网络中进行路由分配。控制信号与音频信号、视频监控信号、音频采集均以IP方式在一起传输,共用一个网络。
 

系统主要技术和功能特点:

  • 能利用现有的标准IP网络,连接支持AOIP协议的调音台、矩阵、音频路由器等设备,完成基于网络的音频调度和传输,使系统架构更加简洁、灵活和方便
  • 单一网络完成音频流的路由和设备管理,不必象CobraNet设置独立专网,一主一备两根电缆就能实现接入设备的传和控全部功能,可靠性更高,故障率更低,有利于建设统一完整的管理调度平台
  • 利用虚拟声卡将工作站直接接入AoIP网络,省去AoIP-AES3/模拟-声卡-工作站的中间转换环节,适用于代播、监听、慢录、监测、显示等场合
  • 由AoIP网络可将不同节点的音频信号汇聚到一起,实现基于内容的分析监测,通过相关算法获得内容相关性、噪声、频响、消波等真实信息,改变了以往将信号简化成电平表后再分析带来的伪监测现象
  • 方便地通过AoIP时钟同步特性构建数字音频的同步传输网络
  • 以AoIP的海量传输特性,实现真正意义的数字音频云平台

基于AoIP的总控管理模块 

 4、系统关键设备介绍   

        福川DB3000全系列直播调音台、DB3000一体化矩阵、CR100云路由器、CSW10X云切换器等设备均已具备AoIP接口,包括HARMAN,NTP,DHD,YAMAHA等主流音频厂商的专业音频设备也均支持相同的接口协议,为我们设计建设统一的传输监控平台奠定了基础。
        基于AoIP总控系统管理软件模块包括大屏显示、设备管理、路由管理、报警管理、监听管理、对讲管理等涵盖了音频数据、音频参数、用户自义信息、监控图像、环境参数的采集,以图形化方式按频率在各显示终端得到重组显示,实时监测、分析和路由,提供声光报警并做相应的处理预案,具有完善的日志供日后分析和统计,具有设备管理、交接班管理、转播调度管理等日常信息管理功能。

三、结束语

       成都纬视科技有限公司长期专注于广电行业音、视频技术软件开发,在计算机网络、自动化控制、多媒体处理技术上具有丰富经验和深厚的技术积累;苏州福川科技有限公司是国内最早专注于广播硬件产品开发,是《广播电台数字化网络化发展白皮书》的起草者之一,数字调音台国家标准《GY/T274-2013》的制定者,其产品在国内包括中央台、各省、市电台广泛使用,产品稳定、可靠,均已获得各级广播电台认可。纬视科技与福川科技两家强强合作、优势互补,已在国内云南省人民广播电台、湖北省广播电台、江西省人民广播电台、广西省人民广播电台、上海市人民广播电台、河南许昌市人民广播电台、陕西咸阳市人民广播电台、河北保定市人民广播电台、青海西宁市人民广播电台、云南普洱市人民广播电台、山东济宁市人民广播电台、贵州遵义市人民广播电台、四川广元市人民广播电台、四川南充市人民广播电台、四川宜宾市人民广播电台等国内7家省级和50多家地市级广播电台中应用新一代AoIP总控系统。

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