廣播電臺(tái)IP AUDIO數(shù)字音頻直播室原理與系統(tǒng)組建

文丨李吉祥 周 寧

廣播電臺(tái)IP AUDIO數(shù)字音頻直播室原理與系統(tǒng)組建

文丨李吉祥 周 寧

筆者介紹了基于Livewire技術(shù)的IP AUDIO音頻處理系統(tǒng)，包括Livewire技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，Livewire的系統(tǒng)構(gòu)成，重點(diǎn)介紹了廣播電臺(tái)通用IP AUDIO數(shù)字音頻直播室的系統(tǒng)構(gòu)成和設(shè)備構(gòu)成。

廣播電視技術(shù)； 廣播電臺(tái)直播網(wǎng)絡(luò)； 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)播音室

IP AUDIO是一種全新的音頻傳輸、處理方式，為音頻技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)革命，基于Livewire技術(shù)的Livewire IP AUDIO音頻處理系統(tǒng)有效的利用以太網(wǎng)及其傳輸協(xié)議進(jìn)行高速、低延時(shí)、高品質(zhì)的音頻傳輸和處理，Livewire帶來(lái)了全新的音頻制作觀念，在此基礎(chǔ)上，基于IP AUDIO的調(diào)音臺(tái)、話放等設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。目前，在全世界Livewire技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)播音室的面貌。

1 Livewire音頻多播系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 音頻路由

基于Livewire多播系統(tǒng)，可以在以太網(wǎng)內(nèi)將音頻信號(hào)從任意設(shè)備移動(dòng)到任意目的地，這意味著廣播電臺(tái)播音室將告別繁雜的音頻線纜及矩陣切換設(shè)備，不需改線即可實(shí)現(xiàn)，任意音頻信號(hào)源從任意端口進(jìn)入系統(tǒng)，就可以被任意數(shù)量的接受端調(diào)用。在Livewire音頻多播系統(tǒng)中，每個(gè)音源設(shè)備都有一個(gè)文本名稱和唯一的標(biāo)識(shí)ID，每個(gè)接收端都可得到可用的音源列表，只需選擇相應(yīng)的名稱和ID，就可以連接到硬件節(jié)點(diǎn)。PC節(jié)點(diǎn)是一臺(tái)安裝有網(wǎng)絡(luò)控制軟件的計(jì)算機(jī)，用戶可通過PC節(jié)點(diǎn)了解整個(gè)Livewire音頻多播網(wǎng)絡(luò)狀況和所有設(shè)備信息，調(diào)整設(shè)置參數(shù)。

1.2 系統(tǒng)設(shè)備控制

Livewire音頻多播系統(tǒng)通過GPIO完成硬件設(shè)備的控制，如音源設(shè)備的播放/停止的控制、傳聲器的開/關(guān)控制以及熱線電話的接聽、轉(zhuǎn)接等都可以通過以太網(wǎng)傳輸GPIO控制信號(hào)完成。不僅如此，通過以太網(wǎng)，Livewire還可以提供更精密的演播室設(shè)備遙控功能，比如，指定好調(diào)音臺(tái)各路輸入通道對(duì)應(yīng)的音源后，就可以通過音量推子控制有效的信號(hào)傳輸，保證正在使用的音源占據(jù)最大帶寬。

1.3 Pc-based音頻

Livewire系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，Pcbased音頻可以不經(jīng)過聲卡直接連接到網(wǎng)絡(luò)。這意味著廣播電臺(tái)傳輸系統(tǒng)可以直接使用以太網(wǎng)發(fā)送和接受音頻，避免了使用聲卡帶來(lái)的失真和噪聲，數(shù)字音頻信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸不會(huì)受到串?dāng)_和失真等影響。對(duì)于廣播電臺(tái)，不僅是節(jié)省了聲卡，更重要的是高質(zhì)量的音頻流可以被任意路由，被接收到的音頻可能來(lái)源于另一臺(tái)Pc或其他硬件節(jié)點(diǎn)，發(fā)出的音頻可能被其它Pc或硬件節(jié)點(diǎn)接收，同一個(gè)連接中，不僅可以傳輸雙向音頻，還能同時(shí)傳輸控制信號(hào)和其它信息。

1.4 聲音質(zhì)量

盡管Livewire系統(tǒng)使用Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，但是該系統(tǒng)僅在局域網(wǎng)中運(yùn)行，不受公眾網(wǎng)絡(luò)的限制，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)是嚴(yán)格受控的，因此保證了廣播級(jí)音頻質(zhì)量。Livewire系統(tǒng)中聲音信號(hào)是不壓縮的，使用廣播級(jí)48KHz/24-bit PCM編碼，Axia音頻接口節(jié)點(diǎn)具有超過100dB動(dòng)態(tài)范圍，<0.005%THD和+24dBU動(dòng)態(tài)余量。在局域網(wǎng)上采用多種手段防止網(wǎng)絡(luò)擁塞、優(yōu)化傳輸路由為多通道、高質(zhì)量無(wú)壓縮音頻信號(hào)傳輸提供了足夠的帶寬和安全可控的環(huán)境，避免了因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問題造成的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)由于直接與Pc連接、使用64bit混音引擎和完備的音頻節(jié)點(diǎn)的使用，保證了Livewire音頻多播系統(tǒng)優(yōu)異的音頻質(zhì)量。

1.5 延遲

在Livewire網(wǎng)絡(luò)中同步系統(tǒng)覆蓋了系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都安裝有PLL系統(tǒng)，用來(lái)恢復(fù)和校準(zhǔn)同步器，在系統(tǒng)中有一個(gè)主同步節(jié)點(diǎn)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)遇到網(wǎng)絡(luò)阻塞或網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，其余節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)準(zhǔn)確的接替。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中不同的延遲要求Livewire網(wǎng)絡(luò)采用兩種數(shù)據(jù)流：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流使用小而快的數(shù)據(jù)包，滿足對(duì)低網(wǎng)絡(luò)延遲的傳輸需要，必須使用專用硬件設(shè)備；標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流采用Internet標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流，使用較大較慢的數(shù)據(jù)包，滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)要求不高的傳輸要求。

2 Axia Livewire數(shù)字音頻直播室解決方案

Livewire系統(tǒng)包括一系列專業(yè)硬件節(jié)點(diǎn)和裝有專用軟件的Pc節(jié)點(diǎn)，還包括以太網(wǎng)交換機(jī)。下圖是一個(gè)通用Livewire播音室系統(tǒng)解決方案。

2.1 Comrex LiveShotTM（無(wú)線傳輸編解碼系統(tǒng)）

Comrex LiveShotTM 是一套借助多種IP網(wǎng)絡(luò)傳輸專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視頻的設(shè)備。專業(yè)電視臺(tái)可以用LiveShot在任何地點(diǎn)利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸高質(zhì)量，低延時(shí)的視頻信號(hào)。LiveShot基于Comrex Access音頻IP編解碼器的成功技術(shù)，并對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了拓展，使其順暢傳輸廣播質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)流。LiveShot可以應(yīng)用在任何IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括：3G,4G和衛(wèi)星技術(shù)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)連接。Comrex LiveShotTM具有如下特點(diǎn)。

2.2 Element Studio Mix Engine混音引擎

Studio Mix Engine(直播室混音引擎)與網(wǎng)絡(luò)連接，基于Pentium IV主板，運(yùn)行實(shí)時(shí)Linux系統(tǒng)，他可以提供極為可靠的調(diào)音臺(tái)信號(hào)處理。所有Studio Engine的輸入輸出連接都是通過單一個(gè)1000M以太網(wǎng)口。每個(gè)引擎都帶多個(gè)輸入、輸出、減混音反饋、監(jiān)聽信號(hào)等。另外，他還可以為多路通道提供均衡并且還有容量支持?jǐn)U展功能。自動(dòng)感應(yīng)電源，90VAC到240VAC，50 Hz到60 Hz. 100瓦。機(jī)架式安裝，2RU大小。需要預(yù)留一個(gè)千兆以太網(wǎng)口連接到Axia網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)控制界面需要一個(gè)Studio Engine。

2.3 Element Broadcast Console

作為整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，Element Broadcast Console與傳統(tǒng)調(diào)音臺(tái)不同，雖然只用一條網(wǎng)線連到系統(tǒng)中，卻不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)模擬或數(shù)字調(diào)音臺(tái)的所用功能，還可以遙控系統(tǒng)中的其它硬件設(shè)備，調(diào)用Pc上的軟件程序。液晶屏不僅可以顯示更多實(shí)用狀態(tài)信息，還可調(diào)用適用于直播的輔助工具，如Element桌面觸摸屏?xí)r鐘面板，這個(gè)可單獨(dú)工作的桌面式時(shí)鐘面板附件，讓嘉賓、監(jiān)制、主持人可以使用目前只有操作人員才能使用的功能。觸摸屏界面的功能包括：具備數(shù)字及模擬時(shí)鐘功能，顯示當(dāng)天時(shí)間；另外可以計(jì)算已經(jīng)過去的時(shí)間，并帶凍潔及暫停功能；可以作為演出倒數(shù)時(shí)鐘，帶調(diào)節(jié)功能。它可以伺服于調(diào)音臺(tái)時(shí)鐘，也可以作為主時(shí)鐘，或獨(dú)立工作。Element Broadcast Console需要配合Element Studio Mix Engine混音引擎工作。

2.4 Element Power Station主電源模塊

PowerStation是全集成一體化的直播室解決方案。它集合了音頻I/O、調(diào)音臺(tái)電源、混音引擎和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)于一個(gè)機(jī)箱中，使用方便。每個(gè)PowerStation主機(jī)箱提供：4路模擬輸入和6路模擬輸出；2路AES/EBU輸入和2路AES/EBU輸出；2路話筒輸入，帶可選幻相電源；4個(gè)GPIO機(jī)器控制邏輯接口，每個(gè)有5路輸入和5路輸出；一個(gè)集成化網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，有10個(gè)100Base-T以太網(wǎng)口，4個(gè)帶PoE(以太網(wǎng)供電)的100Base-T端口，以及2個(gè)的1000Base-T(千兆網(wǎng))端口以（帶SFP接口格式）；強(qiáng)大的電源供應(yīng)；工業(yè)級(jí)CPU，專為嚴(yán)酷的環(huán)境而設(shè)計(jì)，保證設(shè)備穩(wěn)定性。

2.5 Microphone Node話放節(jié)點(diǎn)

話筒信號(hào)音頻節(jié)點(diǎn)（Microphone Node）有8路錄音棚級(jí)的話筒前置放大器，每路都有幻相電源開關(guān)和軟件調(diào)節(jié)增益。同時(shí)提供8路平衡立體聲模擬線路輸出，方便給主持人回傳耳機(jī)和音箱需要的監(jiān)聽信號(hào)。輸入使用XLR接頭；輸出使用容易安裝的RJ-45頭。Axia話筒信號(hào)音頻節(jié)點(diǎn)也可作為多輸入的話放及A/D轉(zhuǎn)換器使用，它還可用作數(shù)字音頻的舞臺(tái)接口。

2.6 AES Node數(shù)字節(jié)點(diǎn)

數(shù)字線路音頻節(jié)點(diǎn)（AES/EBU Node）提供8路立體聲AES3輸入和8路AES3輸出。它也可作1x8，2x4，2x8等使用。AES分配放大器使用任意的AES輸入饋送給8路AES輸出。

2.7 Analog Node模擬線路節(jié)點(diǎn)

模擬線路音頻節(jié)點(diǎn)（Analog Line Node）有8路平衡立體聲輸入和8路平衡立體聲輸出，全部使用RJ-45 連接頭。每路輸入都可以調(diào)節(jié)電平，可以適應(yīng)民用級(jí)-10dBv或?qū)I(yè)級(jí)+4dBu的設(shè)備。

2.8 GPIO NodeGPIO節(jié)點(diǎn)

通用控制節(jié)點(diǎn)（GPIO Node）提供8個(gè)用于設(shè)備控制的邏輯端口，每個(gè)端口有5個(gè)光電隔離的輸入和5個(gè)光電隔離的輸出，可以與音源或目的地相關(guān)聯(lián)，提供機(jī)器開始/停止脈沖、燈泡驅(qū)動(dòng)及遠(yuǎn)程通道控制。每個(gè)邏輯端口都可與一臺(tái)設(shè)備相關(guān)聯(lián)，而它會(huì)自動(dòng)與該設(shè)備一起連動(dòng)。

2.9 Router Selector路由選擇節(jié)點(diǎn)

路由選擇節(jié)點(diǎn)（Router Selector Node）可以讓你選擇Axia網(wǎng)絡(luò)里任意的共享音源。另外，它的音頻輸入很方便就可以將正在播放的音源加入到Axia網(wǎng)絡(luò)。滾動(dòng)查看可用的音源，或使用8個(gè)可編程的“圓鈕”，可以快速訪問常用的音源?？梢钥焖僭L問常用的音源。它有立體聲音頻輸入和輸出，同時(shí)具有AES/EBU和模擬接口非常適合在制作室或新聞演播室這類需要同時(shí)接收和發(fā)送音頻信號(hào)的場(chǎng)合使用。

2.10 PathfinderPC路由控制軟件

專為中小型場(chǎng)所的自動(dòng)路由控制而設(shè)計(jì)。PathfinderPC可以作為控制的中心點(diǎn)，通過IP地址，可以控制最多達(dá)25臺(tái)Axia設(shè)備。它的功能包括：根據(jù)預(yù)定的事件、GPIO閉合點(diǎn)（GPIO closure）或靜音檢測(cè)觸發(fā)（Silence Detection trigger）事件，改變路由或場(chǎng)景(scene)。它有一個(gè)服務(wù)器許可證，支持10個(gè)PathfinderPC Client或PathfinderPC mini的連接。硬件要求P2-400 MHz (或更高) PC，帶10/100or100/1000以太網(wǎng)NIC，運(yùn)行Windows XP或Windows 2003 server。

2.11 IC. 20站點(diǎn)對(duì)講面板

IC.20是一個(gè)20工位對(duì)講控制面板，可預(yù)設(shè)20個(gè)對(duì)講工位，便于快速連接經(jīng)常呼叫的工位。非常適合主控中心（Master Control）或中心技術(shù)區(qū)（TOC）使用。IC.20包括一個(gè)鍵盤和對(duì)應(yīng)的顯示屏，可方便快速接入系統(tǒng)中的對(duì)講站，支持多方通話和自動(dòng)應(yīng)答功能。鍵盤還可以拔打外線（使用一個(gè)可選的電話橋接器）。整個(gè)設(shè)備只有2RU高度，功能特性包括：配備有高能見度的10字母OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）顯示屏，內(nèi)置喇叭，前面和后面的話筒輸入接口，帶鎖定的4針對(duì)講耳麥接口，模擬I/O接口具有XLR和兼容StudioHub標(biāo)準(zhǔn)的RJ-45接口兩種方式，控制喇叭mute/dim的GPIO接口和外部線路狀態(tài)指示器，和以太網(wǎng)口用于單線網(wǎng)絡(luò)連接。需要1個(gè)空閑的100Base-T以太網(wǎng)端口用于連接Axia網(wǎng)絡(luò)。自動(dòng)感應(yīng)電源，90VAC到240VAC，50Hz到60Hz，30瓦，機(jī)架式安裝。

2.12 Softcom站點(diǎn)對(duì)講控制軟件

可以將任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的PC變成IP內(nèi)通系統(tǒng)的一部分。簡(jiǎn)單的用戶界面與IC-20機(jī)架單元完全一樣，對(duì)20個(gè)經(jīng)常使用的工位作了預(yù)設(shè)。具備自動(dòng)應(yīng)答和免提功能。便捷的下拉工位尋找功能讓用戶馬上可以訪問沒有預(yù)編程的工位，可以將Softcom工具條安裝在本地任意一臺(tái)或每一臺(tái)PC上。軟件的使用需要與以太網(wǎng)連接，還有聲卡及話筒/頭戴耳機(jī)，運(yùn)行Windows XP或更高版本的軟件，有20MB硬盤空間。

[1]周明輝． 基于IP 的廣播音頻網(wǎng)絡(luò)Axia LiveWire分析與應(yīng)用． 電聲技術(shù)，2010（8）:71-77.

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州730030）