基于網絡流媒體的調頻一備多應急傳輸系統

王 麟，聶廣才

(安徽廣播電視臺，安徽 合肥 230022)

0 引言

隨著廣電事業的飛速發展，各級廣電發射臺承擔的播出任務越來越重，新增的節目頻點越來越多。以大蜀山發射臺為例，作為安徽省省會骨干臺，因地處合肥市西郊海拔283 m的大蜀山頂，近年來許多新增或改址播出的節目頻率都將發射地點選于此處，目前發射臺已有12個調頻廣播頻點，并且2011年新增4～5套新節目。每套節目播出都需要從信源到信道傳輸的一整套設備支持，由于不可能為每一套系統的各個環節都建立完備的冗余系統，可能會給安全播出帶來威脅，一種比較現實的解決方案就是搭建一備多傳輸系統。

1 調頻一備多傳輸系統簡介

與一般電視節目發射系統不同，在調頻發射系統中，天線一般都設計成全頻段通用，用于音頻調制的發射機激勵器也基本能適應全調頻頻段工作要求，只需在操作菜單上修改頻點即可，這就為一備多傳輸系統建立提供了必要的前提。

最常見的調頻備份方式是主備發射機+前端音頻矩陣信源切換系統，但由于成本較高，這種方式只能針對重點節目，很難給每套播出節目都配置，因此一備多技術備受各級發射臺青睞。目前常見的調頻一備多方案在信源端主要采用音頻矩陣切換技術，在信道端有兩種方式:第一種就是N+1發射機備份系統，但需要N+1個智能控制的天線切換開關及一套復雜的電控裝置或者控制主機，可節約一套節目天饋裝置，但系統造價較高，且對發射機位置和同一性要求較高;另一種方式就是采用一套獨立的發射機及天饋系統，成本相對低廉，但需要占用一定的鐵塔空間。大蜀山臺在歷次技術改造后，有多余的兩套天線和兩部發射機，因此主要采用第二種方式。

當前技術架構下的調頻一備多傳輸技術在前端信源系統中，主要使用光纖、微波、衛星、有線及差轉信號等傳統信號源，需信號解調設備和切換設備，資金投入仍舊較大，而且有的節目可能只能提供一兩種不穩定信號源，安全播出難以保障。

2 用網絡流媒體作為調頻節目信號源

2.1 流媒體技術及網絡電臺

流媒體(Streaming Media)是使用流式傳輸技術的連續時基媒體，在廣播領域的突出應用就是網絡電臺(Net Radio，NR)，這是一種以計算機為平臺，以網絡為傳播途徑的電臺。從我國網絡廣播的發展情況來看，廣東珠江經濟廣播電臺在1996年12月15日率先開通網上實時廣播，中央人民廣播電臺于2000年開通了中國廣播網，2008年底，國內已有80%的廣播電臺建立了自己的網站，上千套節目實現了網絡流媒體播出，目前幾乎全部的國內電臺節目都能實現互聯網在線收聽，以安徽新聞綜合廣播為例，只需在瀏覽器中輸入mms://live.ahradio.com.cn/xwgb，就可實現在線收聽。

2.2 網絡電臺技術綜述

網絡電臺的技術架構一般由編碼服務器、直播服務器和客戶端組成，如圖1所示。

編碼服務器用于將采集到的聲音模擬信號轉換成數字信號，需要較高性能的配置，在編碼的過程中，需將音頻文件保存到硬盤中，以備上傳到直播服務器，因此需較大的硬盤容量。現在比較流行的網絡電臺一般都是基于Real和Windows Media編碼，其中Real編碼使用由Real-Networks和Netscape共同提出的實時流協議RTSP，該協議定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據;Windows Media使用的是微軟媒體服務器協議(Microsoft Media Server Protocol，MMS)，該協議支持任意的壓縮/解壓縮編碼方式，并可以使用任何一種底層網絡傳輸協議，具有很大的靈活性。在這兩種編碼方式中，Windows Media不但系統資源占用相對較小，低比特率下音質較高，同時易學易用，而且每一臺安裝有Windows的計算機中都有Windows Media Player這款播放軟件，使用方便。

圖1 網絡電臺的技術架構

直播服務器以Web網站服務器方式將電臺節目向客戶端進行廣播，客戶端只需要在瀏覽器地址欄里輸入廣播服務器的地址或域名就可以收聽節目，前提是客戶端必須安裝有Windows Media Player播放器。為了將接收到的流快速地傳輸出去，在設計上采用圖2所示的音頻數據接收模塊、轉發模塊和播放模塊3層傳輸結構，模塊間采用異步傳輸機制，這樣發送模塊將數據迅速發送出去就不必等待接收方的回應，在大用戶量點播的情況下，直播式服務器性能的好壞決定于音頻數據轉發模塊和播放模塊之間的數據轉發機制。為了使得直播服務器在復雜的網絡環境下長時間運行后不會再次發生數據共振的情況，保證播放緩沖區不會被播放模塊同時讀空，播放緩沖區留有一定的緩沖數據(如幾秒的緩存)，這就造成了一定的時延，但能支持大用戶直播。

圖2 直播式服務器的3層傳輸結構

2.3 網絡流媒體作為節目信號源的可行性

網絡電臺作為電臺節目在網絡上的傳播載體，只要有互聯網的地方都能收到節目，各級發射臺也不例外，因此將網絡電臺信號作為發射臺的備份音頻信號無疑是一種創新之舉，而這種流媒體信號的質量是否滿足要求就是關鍵所在。

首先音質主要取決于編碼服務器中編碼軟件設置的編碼率，常見的網絡電臺編碼后數據流速率有32 kbit/s，48 kbit/s，64 kbit/s，128 kbit/s 等，如果通過比特率值與現實音頻比對，112 kbit/s就達到FM調頻立體聲廣播的水平，由于 WMA低比特率下音質失真小，64 kbit/s的WMA可以提供接近128 kbit/s的MP3音質，根據實際監聽對比的結果，即使是最低的32 kbit/s音質也較好，與正常節目源聽不出明顯差別，因此可以用來做節目信號源。隨著未來寬帶技術的發展，可提供更大的上行帶寬，編碼率還可進一步提高，網絡流媒體音頻很可能在近2年內完全達到或超過播出需求。

信號的時延可以說這是網絡電臺信號在發射臺應用的軟肋，經實際測試，安徽廣播電視臺使用的12套節目相對于正常信號的時延在50～90 s之間，相對于原先不同信號源之間最長時延幾秒鐘，這在一些地、市、縣等對實時性要求略低的臺站還是可行的，但對于播出要求較高的骨干臺站，將網絡流媒體信號用作最后一級備份信號或應急系統播出較為合適。時延主要由編碼時延、直播服務器數據緩存時延、網絡傳輸時延及用戶端解碼時延構成，如果在發端采取提高硬件配置、優化直播軟件、增加二級直播服務器數量等有效措施，有可能將時延降低一個數量級，基本達到傳統信號源的水平，但由于技術特性，時延不可完全避免。

由于采用數字編解碼技術，不會出現音頻傳輸的信道損耗;因采用網絡技術，也不會出現傳統信號易發生的光纜被挖斷，衛星信號受天氣干擾，有線信道經常調整等現象困擾。唯一需要考慮的是計算機的穩定性和網絡的可靠性，由于客戶端軟件所占資源很少，由軟件運行導致系統崩潰的幾率極低，同時由于各級發射臺一般都采用專網接入，網絡的可靠性也能基本得到保障。

綜合以上幾點，用網絡電臺傳輸的流媒體音頻信號作為節目信號源是可行的。

3 基于網絡流媒體的調頻一備多應急傳輸系統設計

考慮到大蜀山發射臺節目頻點多的現狀，建立一備多傳輸系統是很必要的。原先的一備多發射機轉接傳統的十幾套信號源，至少需要兩臺8×4音頻矩陣，由于資金原因，沒有購置這些切換設備，每次應急播出時，需人工轉接信號，十分不便。現發射臺還有一部空余發射機和天饋裝置，準備再搭建一套調頻一備多傳輸系統，保障安全播出。

3.1 軟件配置

要實現一備多的功能，用在瀏覽器中輸入在線電臺地址的方式顯然是很不方便的，需要有一個軟件能將所需電臺收集在一起并可隨時方便切換電臺節目。最常見的通過Internet接收廣播的軟件就是Windows Media Player播放器，播放器打開后，只需單擊“在線商店”選項卡下的箭頭，然后單擊“媒體指南”，選擇“Internet廣播”的鏈接就可方便的查找、編輯、收藏電臺節目，使用時只需鼠標點擊切換即可，但由于Internet廣播只是軟件的一個功能組件，功能并不強大。

專業的網絡電臺收聽軟件有許多，其中龍卷風網絡收音機以其免費、界面美觀、操作簡單、功能強大等特點，得以廣泛使用，該軟件不僅支持MMS流，也同時支持RTSP流，只需系統同時安裝Real Player軟件即可，大蜀山發射臺使用的就是龍卷風網絡收音機3.0.2.1版本，其用戶界面如圖3所示。該軟件收錄了全球幾千個電臺，國內幾乎所有電臺，并且定時更新，支持手動添加電臺，支持錄音功能。把發射臺轉播的所有十幾套節目加到“我的收藏”中。通過右擊節目名，還可方便連接到節目表，了解節目內容信息。需要注意的是，在軟件運行時，應配置將系統自帶組件和其他軟件的報警，提示聲音關閉，以免干擾正常音頻信號的播放，此外為防止誤操作，當節目配置完成后，應最小化播出窗口。

圖3 龍卷風網絡收音機用戶界面

3.2 硬件改造

計算機通過聲卡輸出的音頻信號(一般聲卡有Line Out和Speaker兩個輸出口)可將一路接至一備多發射機，一路接音箱實現信號源監聽功能。由于調頻激勵器一般使用XLR接口，而聲卡輸出為3.5 mm耳機接口，可先經3.5音頻接頭轉RCA蓮花插孔，再通過專業RCA轉XLR接頭或音頻變壓器轉接至發射機激勵器即可。這樣從信源到信道的整套調頻一備多應急傳輸系統就搭建完畢，該系統用計算機和軟件實現了傳統系統中的多個信源調制設備、多個信號切換設備及大量繁雜的音頻連接線功能，使用時只需用鼠標切換信號源及在激勵器上設置頻率兩個步驟，十分方便。

3.3 新調頻一備多應急傳輸系統特點

新的基于網絡流媒體的調頻一備多應急傳輸系統搭建成功，充分利用了發射臺現有資源，進一步保障了發射臺的安全播出工作，綜合起來，該系統有以下特點:

1)系統結構簡單、功能強大。主要功能均集成在計算機和軟件中，實現了計算機到發射機端到端的直接握手，省去了以往系統搭建所需的大量中間設備，但功能卻比以往系統更強大，具有信源監聽、信號錄音回放、節目表查看等附加功能。

2)創建了新媒體類型節目信號源。雖然網絡電臺已發展十多年，但大面積普及只是近2～3年的事，將其提供的流媒體信號用作發射臺信號源是一種創新，這種創意為發射臺每套節目都備份了一種新媒體信號源，促進了安全播出。

3)系統操作方便、利于拓展。該系統操作極為方便，只需在計算機和發射機兩端簡單設置就可完成應急播出，省略了以往系統中間設備的配置和接線工作，節約了應急切換時間，減少了停播率;當信號接入發射機后，對音頻調制度的調節也十分便利，無需到激勵器上調出菜單調節，只需在軟件界面調節音量大小即可;當有新節目加入時，只需更新節目表或者手動添加節目地址，相對于以前需增加調試新設備來說，系統拓展也更為輕松。

4)節約成本、經濟實用。由于系統的軟件占用計算機資源少，筆者利用了原來的發射機監控計算機作為工作主機，在計算機的投入資金為零，而龍卷風網絡收音機為綠色免費軟件，投入也為零，因此全部的投入只是兩個音頻變壓器或音頻轉換接頭，其價格也可忽略不計，也就是說該系統用零成本完成了過去相同功能系統幾萬到幾十萬元設備所做的工作。

4 小結

將網絡電臺的網絡流媒體信號引入發射臺作為調頻廣播信號源，建立一備多應急傳輸系統，是一種新穎的思路和切實的做法，這種方法用極低的成本實現了較復雜的系統，而且在只要連通互聯網的臺站就可實現，可在全國絕大多數臺站大面積展開，具有很高的推廣價值，特別是在條件相對簡陋的地、市、縣、鄉級臺站更有著很好的現實意義，這種系統的大范圍推廣將會在提高各級臺站的安全播出水平同時為國家節約數億的資金。