電臺AOIP直播總控系統設計

黃健春

【摘 要】AOIP協議是目前最成熟、市場占有率高的網絡音頻解決方案，全球有超過100家一流的專業音頻公司選擇AOIP網絡音頻傳輸標準，通過AOIP網絡音頻技術的應用，實現廣播電臺直播總控系統與國際數字音頻技術、廣播數字化網絡化技術發展潮流同步，為廣播電臺安全播出提供可靠的系統平臺。

【Abstract】AOIP protocol is a network audio solution， which is most mature and has high market share at present. More than 100 world-class professional audio companies choose AOIP network audio transmission standards. Through the application of AOIP network audio technology， the total control system of broadcast broadcasting station is synchronized with the international digital audio technology and the development trend of digital broadcasting network technology， which can provide a reliable system platform for the safe broadcast of radio station.

【關鍵詞】AOIP ； 直播總控系統； 音頻智能監測

【Keywords】AOIP； direct broadcast master control system； audio intelligent monitoring

【中圖分類號】TN94 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0164-03

1 項目概述

直播總控系統是廣播電臺重要的技術業務系統，南寧電臺現有的直播總控系統已經長期運行多年，其核心設備直播調音臺模塊、數字音頻矩陣、音頻監測監控等設備存在系統故障率高發現象，對安全播出影響極大。根據南寧電臺的節目播出需要，通過采用AoIP網絡音頻技術實現直播和總控系統的網絡化、智能化的路由切換和監測，AOIP直播總控系統將采用雙矩陣架構，實現四套頻率節目的直播信號、轉播信號的自由切換和調度，實現全方位的監測、查看和管理。

系統建設原則：

安全性原則：滿足《廣播電視安全播出管理規定》廣播中心實施細則的要求，充分考慮系統的安全性和穩定性，具備完善的應急預案和冗余措施，避免因單一節點設備出現故障造成的崩潰式播出事故。

標準性原則：嚴格遵守我國相關國家標準及國家新聞出版廣電總局頒布的行業標準，參照《廣播電臺數字化網絡化建設白皮書》的要求進行設計及實施采用統一的標準和接口規范，以利于系統的維護、擴展、升級。

先進性原則：需要具有技術前瞻性，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的融合發展需求，以便于升級擴容從而繼續保持其先進性。

2 系統整體架構

2.1 AoIP技術簡介

AoIP（ Audio over IP ）是指在普通局域網以IP方式傳輸高質量音頻流的技術，基于3層的IP網絡技術，該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。

2.2 系統架構設計

直播和總控系統包括播出信號物理傳輸網、AOIP音頻傳輸網絡、音頻信號監測網絡、環境與設備監測網絡等子系統。本次南寧電臺直播總控系統規劃設計滿足4頻率信號的播出，以及4個主直播間、1個備直播間、20路外轉的信號傳輸。

系統架構設計如下：①音頻傳輸網的信號傳輸分配：以DHD數字矩陣+AOIP網絡音頻矩陣的雙矩陣結構為核心，將各頻率直播調音臺的輸出信號，經過矩陣、智能切換器、音頻處理器、光端機，直至發射臺。②音頻信號監測：對電臺各頻率音頻信號傳輸過程中，一些關鍵點的音頻信號進行監測監聽。通過顯示工作站，將所有頻率的關鍵點音頻信號顯示在大屏幕上。③視頻監控：將對直播、導播、走廊等采集的視頻信號，通過視頻實時錄像編碼主機與數字總控網絡連接，實現監測點與視頻畫面的聯動監視。④機房環境監測：對于各直播間、總控間等關鍵機房與設備，配置ESM-888狀態采集器，對關鍵設備和機柜等地方的溫度、濕度、電壓值等進行監測，所有數據均會在超過預設的閥值后進行報警。⑤短信報警：在總控室內部署短信貓、報警音箱、短信模塊等設備，配合智能監測服務，可將系統故障信息以短信的方式及時通知技術人員。⑥故障應急處理：在總控室內部署智能音頻切換器、矩陣控制站，可根據故障分析和專家庫處理結果，自動進行應急切換。

2.3 系統設計特點

2.3.1 基于AOIP網絡音頻協議的總控和智能監測系統

總控和智能監測系統，可基于AOIP網絡音頻協議，完成網絡音頻的路由切換。AOIP網絡音頻協議，具有無壓縮的數字音頻信號、更小延時、精密時鐘、兼容多種數據互不干擾等優點[1]。

網絡音頻矩陣、智能切換器、音分等設備，均支持AOIP網絡音頻協議。這些設備的音頻信號可以通過網口輸出，在網絡上實現音頻信號與數據的同網傳輸。可以實現全網音頻信號的網絡路由、切換、監測、監聽和監視。不僅節省了大量的建設成本，而且簡化了全網音頻信號的路由邏輯關系，提高系統的工作效率。

通過這些AOIP設備，利用網絡傳輸高保真、低延遲的無損音頻流。并且支持網絡音頻信號、監測數據同網傳輸，避免總控系統再單獨敷設監測網絡[2]。因為采用了AOIP網絡音頻技術，因此可以很方便地通過電腦聲卡直接監聽網絡音頻信號。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、切換和監控

①以數字音頻矩陣為信號切換傳輸主矩陣，以網絡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測、報警、應急切換功能，備份矩陣則采用監測網絡中的任意節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，使用網線相連形成網絡化音頻矩陣，每個模塊自帶DSP和微處理器，可獨立工作，大大減少了故障發生的可能性。③主、備矩陣及智能監測代播系統等物理設備獨立工作，走不同的交換機、各自具有獨立的網絡連接，系統間故障不會相互影響。④網絡矩陣具有獨立的監測及應急代播系統，主備矩陣、各直播間進行在線監測及報警，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，一旦出現通路信號故障，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，并經過不同的傳輸路由送到發射臺。⑥網絡矩陣信號通過網絡接口輸出到智能音頻切換器，智能音頻切換器可以選擇網絡矩陣中任何一路信號作為輸出信號。⑦主矩陣的路由調度控制、監測報警切換，以及備矩陣的控制、監聽、報警、監測信息顯示都具有獨立的服務器，互相之間絕對獨立，同時工作。⑧總控室內所有有源設備前、后設置有塞孔盤，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、應急或更換設備提供方便。

2.3.3 對關鍵節點的音頻信號的實時監測

實現對全系統關鍵節點的音頻信號進行實時監測，采集網絡音頻矩陣、智能切換器、音分的輸入輸出信號，實現對直播調音臺的播出信號、外轉信號、現場轉播信號、智能切換器的主備信號、末級音分的信號等等進行實時監測、監聽、監視。

2.3.4 對所有關鍵音頻設備的工作狀態進行在線監測、分析和預警

①對主要音頻設備的工作狀況進行監測和顯示，如：調音臺的工作狀況、調音臺主要推子狀態、延時器狀態、矩陣工作狀況、音分設備狀況等。②對直播間、導播間、設備機柜的環境溫度、工作溫度、電源等進行全面的監測和報警。③當出現故障或者異態時，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、網絡報警等。④所有監測參數的報警閾值、報警級別、報警手段均可單獨設置。

2.3.5 全方位的圖形化的全程監測

對廣播播出業務系統的全工藝流程進行全方位的監測，包括播出音頻信號監測、播出設備監測、網絡設備監測、溫濕度環境監測、視頻監控等，保證對全面掌握廣播系統的運行狀態。采用音頻監聽、視頻監看、圖形化數據監看、手機短信等多種模式，方便工作人員直觀監控整個系統。

2.3.6 對音頻系統的故障和異態進行自動緊急處理

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 音頻信號調度與傳輸

根據系統架構設計，結合南寧電臺的實際需求，實現總控系統的信號傳輸切換功能：

①將總控系統所有的輸入、輸出信號利用網絡矩陣的環路直通功能匯總到總控機房的數字音頻矩陣，用于信號的調度、分配；矩陣的所有輸入信號，包括需要應急操作時，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數字矩陣、AOIP交換機矩陣及智能音頻切換器。經過音頻處理后送至發射臺。

③以數字音頻矩陣+網絡音頻矩陣的雙矩陣系統為核心，實現4路直播信號、2路外轉信號及其他擴展信號的路由切換和調用。

④數字音頻矩陣輸出、網絡音頻矩陣輸出、4路直播信號，直接發送到智能音頻切換器，作為其1-4路主備播出信號。當主信號故障時，智能音頻切換器根據預設優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，經預先設置的策略進行智能選擇后送至發射臺。

3 智能化總控系統功能設計

3.1 音頻信號監測

3.1.1 音頻信號監測取點

依據南寧臺的業務需求，本次智能總控系統的音頻監測基于AoIP進行，通過智能監測系統進行監測。具體監測范圍如下：各個直播、備播機房音頻信號、延時器音頻信號、數字矩陣、網絡矩陣信號、智能四選一信號、外轉、空收信號

3.1.2 音頻監測功能實現

基于上述監測點，音頻監測功能對各機房或設備通過不同方式實現：

直播間音頻監測：由直播間調音臺直接接入AoIP網絡，通過其AoIP端口實現音頻監測。

總控系統音頻監測：基于矩陣配置的AoIP 卡、智能多選一設備的AoIP口，實現外轉信號、數字矩陣、網絡矩陣信號的監測。

空收信號監測：空收信號接入網絡音頻矩陣，通過網絡音頻矩陣的AoIP端口實現音頻監測。

3.2 設備及動環監測子系統

對直播間、總控機房、設備機柜等的環境溫濕度、電流、電壓等進行全面的監測和報警。對各關鍵音頻設備的工作狀態及重要操作進行監測和記錄。當出現故障或者異態時，及時進行報警。

設備及動環監測的主要功能：①部署數據采集終端，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，對主要設備狀態及環境狀態進行在線監測。②音頻設備的工作狀況進行監測和顯示，如：調音臺的工作狀況、調音臺主要推子狀態、延時器狀態、矩陣工作狀況、音分設備狀況等。③對直播間、總控機房、設備機柜等的環境溫度、工作溫度、電源等進行全面的監測和報警。④對各關鍵音頻設備的工作狀態及重要操作進行監測和記錄。⑤對各直播機房、總控室以及設備機架的工作環境和工作電壓進行實時監測和記錄。⑥當出現故障或者異態時，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、網絡報警等。

3.3 網絡對講子系統

網絡對講系統，作為播控中心主控系統的輔助系統，主要用于直播間、總控室各機房之間的信號通聯和指揮調度。網絡對講系統對各機房協同工作、日常內部通訊、事故快速聯絡具有重要意義，能夠提高電臺運維工作的響應速度，增強快速聯絡、故障處理、應急維護能力，網絡對講系統使用基于IP技術將對講音頻信號以數據包形式在局域網和廣域網上進行傳送，屬于一套純數字傳輸的對講通話系統，有效解決了傳統對講系統存在的布線復雜、維護管理復雜、傳輸距離有限、易受干擾等問題。主持人、編輯導播、技術人員只需內通系統對講終端接入網絡即可構成功能強大的數字通訊系統，每個接入點無需單獨布線，使用簡單，安裝擴展方便。

4 總控顯示大屏設計

拼接屏顯示系統主要用于直播總控系統的信息匯聚顯示，用于輔助安全播出應急處理，提升綜合展示能力。大屏系統作為監測系統的重要組成部分，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。總控與監測大屏顯示系統的建成，播控值班人員可以直觀地顯示全臺所有重要的監測信息，能夠對整個音視頻系統的運行一目了然。大屏可以分為不同的功能區域，每個區域的顯示內容可以通過智能化監測系統靈活調整，EQM監測系統的大屏顯示包含直播播控傳輸的音頻流程圖、設備機架圖、矩陣音頻顯示、音視頻綜合顯示、網絡設備監測顯示、環境動力信息顯示等等。

5 總結

根據上文所述，基于AOIP技術的直播總控系統在確保廣播電臺安全播出方面提供了有力的支持，實現了廣播電臺播控中心從AES數字音頻到IP化音頻的技術升級，在一定程度上簡化音頻路由，為信號傳輸、監控、監聽、調度提供了更為可靠先進的技術，在設計上使用雙矩陣雙切換器的網絡架構，在安全性、穩定性方面優于原有的系統設計，滿足了電臺未來播控業務的需要。

【參考文獻】

【1】毛桂梅. 廣播電臺智能化總控監管系統[J]. 甘肅科技， 2014， 30（6）：16-17.

【2】張賢. 蘇州廣播總控的設計與實現探析[J]. 新媒體研究，2017，3（8）：32-33.