電臺AOIP直播總控系統(tǒng)設(shè)計

黃健春

（南寧人民廣播電臺，南寧 530022）

1 項目概述

直播總控系統(tǒng)是廣播電臺重要的技術(shù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，南寧電臺現(xiàn)有的直播總控系統(tǒng)已經(jīng)長期運行多年，其核心設(shè)備直播調(diào)音臺模塊、數(shù)字音頻矩陣、音頻監(jiān)測監(jiān)控等設(shè)備存在系統(tǒng)故障率高發(fā)現(xiàn)象，對安全播出影響極大。根據(jù)南寧電臺的節(jié)目播出需要，通過采用AoIP網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)實現(xiàn)直播和總控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化的路由切換和監(jiān)測，AOIP直播總控系統(tǒng)將采用雙矩陣架構(gòu)，實現(xiàn)四套頻率節(jié)目的直播信號、轉(zhuǎn)播信號的自由切換和調(diào)度，實現(xiàn)全方位的監(jiān)測、查看和管理。

系統(tǒng)建設(shè)原則：

安全性原則：滿足《廣播電視安全播出管理規(guī)定》廣播中心實施細(xì)則的要求，充分考慮系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，具備完善的應(yīng)急預(yù)案和冗余措施，避免因單一節(jié)點設(shè)備出現(xiàn)故障造成的崩潰式播出事故。

標(biāo)準(zhǔn)性原則：嚴(yán)格遵守我國相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及國家新聞出版廣電總局頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，參照《廣播電臺數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)白皮書》的要求進行設(shè)計及實施采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范，以利于系統(tǒng)的維護、擴展、升級。

先進性原則：需要具有技術(shù)前瞻性，以音頻播出為主，兼顧視頻播出；既要滿足電臺廣播模式，還需要同時兼容新媒體技術(shù)的融合發(fā)展需求，以便于升級擴容從而繼續(xù)保持其先進性。

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.1 AoIP技術(shù)簡介

AoIP（Audio over IP）是指在普通局域網(wǎng)以IP方式傳輸高質(zhì)量音頻流的技術(shù)，基于3層的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)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。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

直播和總控系統(tǒng)包括播出信號物理傳輸網(wǎng)、AOIP音頻傳輸網(wǎng)絡(luò)、音頻信號監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)等子系統(tǒng)。本次南寧電臺直播總控系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計滿足4頻率信號的播出，以及4個主直播間、1個備直播間、20路外轉(zhuǎn)的信號傳輸。

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如下：①音頻傳輸網(wǎng)的信號傳輸分配：以DHD數(shù)字矩陣+AOIP網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣的雙矩陣結(jié)構(gòu)為核心，將各頻率直播調(diào)音臺的輸出信號，經(jīng)過矩陣、智能切換器、音頻處理器、光端機，直至發(fā)射臺。②音頻信號監(jiān)測：對電臺各頻率音頻信號傳輸過程中，一些關(guān)鍵點的音頻信號進行監(jiān)測監(jiān)聽。通過顯示工作站，將所有頻率的關(guān)鍵點音頻信號顯示在大屏幕上。③視頻監(jiān)控：將對直播、導(dǎo)播、走廊等采集的視頻信號，通過視頻實時錄像編碼主機與數(shù)字總控網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)監(jiān)測點與視頻畫面的聯(lián)動監(jiān)視。④機房環(huán)境監(jiān)測：對于各直播間、總控間等關(guān)鍵機房與設(shè)備，配置ESM-888狀態(tài)采集器，對關(guān)鍵設(shè)備和機柜等地方的溫度、濕度、電壓值等進行監(jiān)測，所有數(shù)據(jù)均會在超過預(yù)設(shè)的閥值后進行報警。⑤短信報警：在總控室內(nèi)部署短信貓、報警音箱、短信模塊等設(shè)備，配合智能監(jiān)測服務(wù)，可將系統(tǒng)故障信息以短信的方式及時通知技術(shù)人員。⑥故障應(yīng)急處理：在總控室內(nèi)部署智能音頻切換器、矩陣控制站，可根據(jù)故障分析和專家?guī)焯幚斫Y(jié)果，自動進行應(yīng)急切換。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計特點

2.3.1 基于AOIP網(wǎng)絡(luò)音頻協(xié)議的總控和智能監(jiān)測系統(tǒng)

總控和智能監(jiān)測系統(tǒng)，可基于AOIP網(wǎng)絡(luò)音頻協(xié)議，完成網(wǎng)絡(luò)音頻的路由切換。AOIP網(wǎng)絡(luò)音頻協(xié)議，具有無壓縮的數(shù)字音頻信號、更小延時、精密時鐘、兼容多種數(shù)據(jù)互不干擾等優(yōu)點[1]。

網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣、智能切換器、音分等設(shè)備，均支持AOIP網(wǎng)絡(luò)音頻協(xié)議。這些設(shè)備的音頻信號可以通過網(wǎng)口輸出，在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)音頻信號與數(shù)據(jù)的同網(wǎng)傳輸。可以實現(xiàn)全網(wǎng)音頻信號的網(wǎng)絡(luò)路由、切換、監(jiān)測、監(jiān)聽和監(jiān)視。不僅節(jié)省了大量的建設(shè)成本，而且簡化了全網(wǎng)音頻信號的路由邏輯關(guān)系，提高系統(tǒng)的工作效率。

通過這些AOIP設(shè)備，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸高保真、低延遲的無損音頻流。并且支持網(wǎng)絡(luò)音頻信號、監(jiān)測數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸，避免總控系統(tǒng)再單獨敷設(shè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)[2]。因為采用了AOIP網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)，因此可以很方便地通過電腦聲卡直接監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)音頻信號。同時，自帶聲光或蜂鳴報警功能。

2.3.2 采用雙矩陣對全臺音頻信號進行傳輸、切換和監(jiān)控

①以數(shù)字音頻矩陣為信號切換傳輸主矩陣，以網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣為備份矩陣，備份矩陣為并行工作模式，主矩陣具備對自身輸入信號進行監(jiān)測、報警、應(yīng)急切換功能，備份矩陣則采用監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點音頻靈活的作為代播信號，以此互為備份。②選用CAS音頻路由器，使用網(wǎng)線相連形成網(wǎng)絡(luò)化音頻矩陣，每個模塊自帶DSP和微處理器，可獨立工作，大大減少了故障發(fā)生的可能性。③主、備矩陣及智能監(jiān)測代播系統(tǒng)等物理設(shè)備獨立工作，走不同的交換機、各自具有獨立的網(wǎng)絡(luò)連接，系統(tǒng)間故障不會相互影響。④網(wǎng)絡(luò)矩陣具有獨立的監(jiān)測及應(yīng)急代播系統(tǒng)，主備矩陣、各直播間進行在線監(jiān)測及報警，在總控機房可直觀地通過圖形界面看到所有直播間延時器的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)通路信號故障，可以判斷故障原因。⑤從直播間延時器直接輸出信號分別送入兩臺智能音頻切換器，并經(jīng)過不同的傳輸路由送到發(fā)射臺。⑥網(wǎng)絡(luò)矩陣信號通過網(wǎng)絡(luò)接口輸出到智能音頻切換器，智能音頻切換器可以選擇網(wǎng)絡(luò)矩陣中任何一路信號作為輸出信號。⑦主矩陣的路由調(diào)度控制、監(jiān)測報警切換，以及備矩陣的控制、監(jiān)聽、報警、監(jiān)測信息顯示都具有獨立的服務(wù)器，互相之間絕對獨立，同時工作。⑧總控室內(nèi)所有有源設(shè)備前、后設(shè)置有塞孔盤，通過快速跳線方式可將輸入到總控室的播出信號直接跳接到輸出端，為檢修、應(yīng)急或更換設(shè)備提供方便。

2.3.3 對關(guān)鍵節(jié)點的音頻信號的實時監(jiān)測

實現(xiàn)對全系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的音頻信號進行實時監(jiān)測，采集網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣、智能切換器、音分的輸入輸出信號，實現(xiàn)對直播調(diào)音臺的播出信號、外轉(zhuǎn)信號、現(xiàn)場轉(zhuǎn)播信號、智能切換器的主備信號、末級音分的信號等等進行實時監(jiān)測、監(jiān)聽、監(jiān)視。

2.3.4 對所有關(guān)鍵音頻設(shè)備的工作狀態(tài)進行在線監(jiān)測、分析和預(yù)警

①對主要音頻設(shè)備的工作狀況進行監(jiān)測和顯示，如：調(diào)音臺的工作狀況、調(diào)音臺主要推子狀態(tài)、延時器狀態(tài)、矩陣工作狀況、音分設(shè)備狀況等。②對直播間、導(dǎo)播間、設(shè)備機柜的環(huán)境溫度、工作溫度、電源等進行全面的監(jiān)測和報警。③當(dāng)出現(xiàn)故障或者異態(tài)時，及時進行報警。報警手段包括大屏幕文字顯示報警、語音報警、短消息報警、網(wǎng)絡(luò)報警等。④所有監(jiān)測參數(shù)的報警閾值、報警級別、報警手段均可單獨設(shè)置。

2.3.5 全方位的圖形化的全程監(jiān)測

對廣播播出業(yè)務(wù)系統(tǒng)的全工藝流程進行全方位的監(jiān)測，包括播出音頻信號監(jiān)測、播出設(shè)備監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測、溫濕度環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控等，保證對全面掌握廣播系統(tǒng)的運行狀態(tài)。采用音頻監(jiān)聽、視頻監(jiān)看、圖形化數(shù)據(jù)監(jiān)看、手機短信等多種模式，方便工作人員直觀監(jiān)控整個系統(tǒng)。

2.3.6 對音頻系統(tǒng)的故障和異態(tài)進行自動緊急處理

通過智能音頻切換器、矩陣控制軟件，能對音頻信號的劣播情況，包括相位、過載、停播等狀態(tài)自動告警。所有報警日志可自動保存，并且提供打印功能。

2.4 音頻信號調(diào)度與傳輸

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，結(jié)合南寧電臺的實際需求，實現(xiàn)總控系統(tǒng)的信號傳輸切換功能：

①將總控系統(tǒng)所有的輸入、輸出信號利用網(wǎng)絡(luò)矩陣的環(huán)路直通功能匯總到總控機房的數(shù)字音頻矩陣，用于信號的調(diào)度、分配；矩陣的所有輸入信號，包括需要應(yīng)急操作時，均可通過快速跳線方式可將輸入到總控室的播出信號直接跳接到輸出端。

②直播間共輸出三路信號，分別送至DHD數(shù)字矩陣、AOIP交換機矩陣及智能音頻切換器。經(jīng)過音頻處理后送至發(fā)射臺。

③以數(shù)字音頻矩陣+網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣的雙矩陣系統(tǒng)為核心，實現(xiàn)4路直播信號、2路外轉(zhuǎn)信號及其他擴展信號的路由切換和調(diào)用。

④數(shù)字音頻矩陣輸出、網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣輸出、4路直播信號，直接發(fā)送到智能音頻切換器，作為其1-4路主備播出信號。當(dāng)主信號故障時，智能音頻切換器根據(jù)預(yù)設(shè)優(yōu)先級順序自動切換到下一級正常的備用信號。

⑤智能切換器共有4路輸入信號，經(jīng)預(yù)先設(shè)置的策略進行智能選擇后送至發(fā)射臺。

3 智能化總控系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 音頻信號監(jiān)測

3.1.1 音頻信號監(jiān)測取點

依據(jù)南寧臺的業(yè)務(wù)需求，本次智能總控系統(tǒng)的音頻監(jiān)測基于AoIP進行，通過智能監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測。具體監(jiān)測范圍如下：各個直播、備播機房音頻信號、延時器音頻信號、數(shù)字矩陣、網(wǎng)絡(luò)矩陣信號、智能四選一信號、外轉(zhuǎn)、空收信號

3.1.2 音頻監(jiān)測功能實現(xiàn)

基于上述監(jiān)測點，音頻監(jiān)測功能對各機房或設(shè)備通過不同方式實現(xiàn)：

直播間音頻監(jiān)測：由直播間調(diào)音臺直接接入AoIP網(wǎng)絡(luò)，通過其AoIP端口實現(xiàn)音頻監(jiān)測。

總控系統(tǒng)音頻監(jiān)測：基于矩陣配置的AoIP卡、智能多選一設(shè)備的AoIP口，實現(xiàn)外轉(zhuǎn)信號、數(shù)字矩陣、網(wǎng)絡(luò)矩陣信號的監(jiān)測。

空收信號監(jiān)測：空收信號接入網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣，通過網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣的AoIP端口實現(xiàn)音頻監(jiān)測。

3.2 設(shè)備及動環(huán)監(jiān)測子系統(tǒng)

對直播間、總控機房、設(shè)備機柜等的環(huán)境溫濕度、電流、電壓等進行全面的監(jiān)測和報警。對各關(guān)鍵音頻設(shè)備的工作狀態(tài)及重要操作進行監(jiān)測和記錄。當(dāng)出現(xiàn)故障或者異態(tài)時，及時進行報警。

設(shè)備及動環(huán)監(jiān)測的主要功能：①部署數(shù)據(jù)采集終端，通過各種溫濕度、電壓等傳感器，或通過 rs232、rs485、GOIP、tcp/IP連接等方式，對主要設(shè)備狀態(tài)及環(huán)境狀態(tài)進行在線監(jiān)測。②音頻設(shè)備的工作狀況進行監(jiān)測和顯示，如：調(diào)音臺的工作狀況、調(diào)音臺主要推子狀態(tài)、延時器狀態(tài)、矩陣工作狀況、音分設(shè)備狀況等。③對直播間、總控機房、設(shè)備機柜等的環(huán)境溫度、工作溫度、電源等進行全面的監(jiān)測和報警。④對各關(guān)鍵音頻設(shè)備的工作狀態(tài)及重要操作進行監(jiān)測和記錄。⑤對各直播機房、總控室以及設(shè)備機架的工作環(huán)境和工作電壓進行實時監(jiān)測和記錄。⑥當(dāng)出現(xiàn)故障或者異態(tài)時，及時進行報警。報警手段包括大屏幕文字顯示報警、語音報警、短消息報警、網(wǎng)絡(luò)報警等。

3.3 網(wǎng)絡(luò)對講子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)對講系統(tǒng)，作為播控中心主控系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，主要用于直播間、總控室各機房之間的信號通聯(lián)和指揮調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)對講系統(tǒng)對各機房協(xié)同工作、日常內(nèi)部通訊、事故快速聯(lián)絡(luò)具有重要意義，能夠提高電臺運維工作的響應(yīng)速度，增強快速聯(lián)絡(luò)、故障處理、應(yīng)急維護能力，網(wǎng)絡(luò)對講系統(tǒng)使用基于IP技術(shù)將對講音頻信號以數(shù)據(jù)包形式在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上進行傳送，屬于一套純數(shù)字傳輸?shù)膶χv通話系統(tǒng)，有效解決了傳統(tǒng)對講系統(tǒng)存在的布線復(fù)雜、維護管理復(fù)雜、傳輸距離有限、易受干擾等問題。主持人、編輯導(dǎo)播、技術(shù)人員只需內(nèi)通系統(tǒng)對講終端接入網(wǎng)絡(luò)即可構(gòu)成功能強大的數(shù)字通訊系統(tǒng)，每個接入點無需單獨布線，使用簡單，安裝擴展方便。

4 總控顯示大屏設(shè)計

拼接屏顯示系統(tǒng)主要用于直播總控系統(tǒng)的信息匯聚顯示，用于輔助安全播出應(yīng)急處理，提升綜合展示能力。大屏系統(tǒng)作為監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，主要包含55寸6*2液晶拼接屏幕及支架、24路視頻矩陣、控制計算機等硬件。總控與監(jiān)測大屏顯示系統(tǒng)的建成，播控值班人員可以直觀地顯示全臺所有重要的監(jiān)測信息，能夠?qū)φ麄€音視頻系統(tǒng)的運行一目了然。大屏可以分為不同的功能區(qū)域，每個區(qū)域的顯示內(nèi)容可以通過智能化監(jiān)測系統(tǒng)靈活調(diào)整，EQM監(jiān)測系統(tǒng)的大屏顯示包含直播播控傳輸?shù)囊纛l流程圖、設(shè)備機架圖、矩陣音頻顯示、音視頻綜合顯示、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測顯示、環(huán)境動力信息顯示等等。

5 總結(jié)

根據(jù)上文所述，基于AOIP技術(shù)的直播總控系統(tǒng)在確保廣播電臺安全播出方面提供了有力的支持，實現(xiàn)了廣播電臺播控中心從AES數(shù)字音頻到IP化音頻的技術(shù)升級，在一定程度上簡化音頻路由，為信號傳輸、監(jiān)控、監(jiān)聽、調(diào)度提供了更為可靠先進的技術(shù)，在設(shè)計上使用雙矩陣雙切換器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在安全性、穩(wěn)定性方面優(yōu)于原有的系統(tǒng)設(shè)計，滿足了電臺未來播控業(yè)務(wù)的需要。