高清轉播車中IP化音頻系統的設計及應用

現如今越來越多的電視臺都在做高清轉播車，因其具有靈活、機動等特點，只需在現場就可進行實況轉播、錄制及編輯等工作，像是一個移動的小演播中心，而且可活動的范圍也很大，不僅可在演播廳進行轉播及錄制也可外出做現場轉播及錄制。對于地方臺的使用來講性價比是很高的。故我臺于2017年制作了一輛12米長的13訊道高清轉播車，該車主要用于外出，對各種大中型的體育及綜藝節目進行直播和錄制。另外還擔負著臺內演播廳的節目錄制和直播工作。該車在滿足安全優質制作、安全播出的基礎上，還具有一定的新技術的設計和應用。其中包括新的AES67協議下的IP化音頻網絡技術。

在該轉播車的設計階段，經過我們調研，發現新協議下的IP化音頻技術剛剛興起，而對于新的轉播車系統構架是否采用這種新的技術對于我們使用者來說成了一個難題。

首先對于傳統的轉播車音頻系統來講主要包括：音頻信號輸入部分（信號輸入所需的傳輸設備和信號分配設備）、音頻信號控制和調節部分（調音臺和音頻周邊設備），音頻信號輸出部分（監聽、外部接口板、錄像機、加嵌器），音頻系統的同步由系統本身的同步設備和與視頻相關的同步設備組成。在模擬時代，大多數轉播車的車內音頻系統相對簡單。通常情況下，現場擴聲調音臺的合成信號發送到轉播車，然后通過車載調音臺與觀眾效果話筒混合，然后輸出到傳輸和錄制設備，以完成錄制及直播工作。但事實上，使用這種方法，轉播車只能控制信號的存在、不存在和大小，但無法控制信號的平衡，因為現場調音臺會調整現場擴聲系統。現場信號的良好效果并不意味著轉播車上音頻信號的效果必然良好。因為錄制過程中的平衡調整與擴聲過程中的平衡調整有所不同。在考慮現場效果的情況下，無法通過現場調音臺提供適合的多路音頻信號。數字時代的來臨完美的解決了多路信號傳輸的問題。一直延用至今的MADI傳輸協議可通過光纖傳輸128路的數字音頻信號，也改變了現場擴聲系統與轉播車調音臺的傳輸方式。信號從遠程接口箱輸出的主、備MADI信號通過主、備光纜將數字音頻信號從遠距離送至轉播車載接口箱，車載接口箱將信號分配給主調音臺和備調音臺。主、備調音臺的輸出信號也可通過車載接口箱利用光纜送至遠程接口箱。除光纖傳輸通道以外，還須有一條多芯模擬音頻電纜，既可以將遠端信號直接送入車載接口箱，供主、備調音臺調用。MADI的信號傳輸方式一直很穩定也很成熟是一種很好的選擇。但是隨著新的IP協議傳輸技術的出現，已有完全取代MADI協議的趨勢。IP化的數據流傳輸方式將省去轉播車內的很多音頻分配設備和模擬及數字線纜，使系統看上去很簡潔，信號調度也非常方便。而且隨著4K電視技術的到來，視音頻的IP化是實現4K的基本條件。

當時在該轉播車的設計階段，經過我們調研，發現新協議下的IP化音頻技術也是剛剛興起，而對于新的轉播車系統構架是否采用這種新的技術對于我們使用者來說成了一個難題。

經過我們了解，當時國內還沒有應用此項新技術的轉播車，也沒有什么可以參考的成功案例。在系統設計初與各廠商的技術交流過程中，就有兩種聲音，一種認為，新的IP協議已出，IP化的音頻是以后發展的趨勢，如果不采用IP化系統，新的轉播車過幾年會因無法適應市場而被淘汰。另一種認為，IP化的東西還不成熟沒有成功案例，系統不穩定，出現故障不好排查，系統設置麻煩。這給我們使用者出了一個難題，到底該怎么選呢？經過我們的討論和對自身臺內的技術力量的評估，首先確定轉播車的系統構架應該以安全性和可靠性為第一要素，其次考慮先進性和可發展性，如果完全采用新技術對于操作人員的要求會整個拔高，而且實際應用中一旦出現問題，解決起來會有風險，不容樂觀，工作壓力相對也會提高。

綜合考慮，在這么一個傳統技術向新技術轉變的過度時期，為了能夠較安全和平穩的過度。我們最終決定采用以傳統的系統構架為主，以IP系統為輔的轉播車音頻系統，既滿足了安全性而且具有一定的擴展性，在未來IP技術成熟時能將系統升級為全IP系統。采用這種系統構架有以下幾個優點：

1. 傳統模式下的音頻技術已經非常成熟在各種大型節目直播和錄制活動中都有廣泛的應用和成功的案例。具有很高的安全性和可靠性。

2. 采用傳統模式可以方便地與臺里原有系統及轉播車進行級聯完成各種信號交換，配合完成大型轉播任務。具有良好的兼容性。

3. 在傳統模式的基礎上引入IP化架構可提前適應及感受以后音頻技術發展的需求。具有一定的先進性。

4. 提前學習和了解一下IP網絡化音頻的特點，為迎接未來全面IP化系統的應用做好準備。

在確定了這個大方向后，對于系統中的設備選型就可以有目地的進行了。為了契合我們的想法，并將我們的理論變為現實，接下來就需要有能滿足要求的硬件來支持。

作為整個音頻系統的核心設備，調音臺無疑是我們的重點考察對象。經過我們對國內乃至世界主流調音臺產品的應用情況、穩定性、操控等方面的考察后，選定了LAWO的mc?56調音臺作為主調音臺。用YAMAHA的QL1作為備調音臺。原因如下：

1. LAWO以傳統的雙星型結構搭建系統。以核心設備NOVA73為主，具有主、備雙電壓源，雙DSP處理卡，兩塊核心路由卡。在故障時可自動切換實現無縫銜接。所有DALLIS接口箱為雙主卡，可實現無縫切換。安全性可靠性高。

2. 操作界面友好，具有觸摸屏，上手容易，路由功能強大。

3. LAWO機箱內所有接口卡和接線在前面板，可進行熱插拔，便于維護和檢修。

4. LAWO通過Ravenna接口可進行128個通道的信號傳輸，并支持新的IP協議（AES67）。具有開放的拓展接口。

5. YAMAHA的QL1調音臺性價比高，并具有主、備兩個DANTE接口，可同時進行32路入和32路出的信號交換，支持新的IP協議（AES67）。

通過選型我們先確定了傳統模式下的系統構架。如下圖：

遠端接口箱以MADI的方式用主備光纜與NOVA73連接互通信號，車內接口箱以Ravenna協議（兼容AES67協議）用主備網線與NOVA73連接互通信號。備調音臺QL1以AES數字音頻線與NOVA73連接互通信號。信號通過遠端接口箱，或車內接口箱，送入NOVA73音頻矩陣，音頻矩陣可將未經處理的信號直接分配給備調音臺，備調音臺處理信號后輸出備信號，防止主調音臺操作界面或車內接口箱故障丟失主輸出信號。

這是一個傳統的雙星型連接方式，對于星型中的核心設備 NOVA73采用兩塊核心路由卡實時無縫主備切換，具備雙電源冗余備份。而兩個DALLIS機箱內雙主卡具有MADI接口和Ravenna接口，且具有無縫切換功能。簡單來說信號由遠端或車內接口箱接入NOVA73后，可以分別將信號分配給主調音臺和備調音臺，經過調音臺信號處理，主信號由NOVA73送出至主加嵌器，備信號由QL1備調音臺送出至備加嵌器實現相互備份。

在該系統具有一個完整并獨立的傳統構架后，可以保障在任何突發情況下音頻系統都可正常工作，提升了安全性和可靠性。

隨后我們在此架構的基礎上增加了一個小型的IP化構架，使系統能兼容IP協議的信號和MADI信號的交換。形成了我們現在所用的系統構架。如下圖：

在傳統構架的基礎上增加一個以主、備交換機為核心的星型網絡構架，在這個小星型局域網內，任何設備將音頻信號以IP數據流的方式發送至主、備交換機組建的局域網內，那么在網內的任何設備都可以取得該信號。備調音臺可以通過DANTE接口（兼容AES67協議）得到網內任意的32路信號和送出32路信號到網內。AMADI4能將MADI信號轉成AES67協議信號，然后通過主備交換機共享給所有在網內的設備，主調音臺和備調音臺都可以取得該信號。并且任何其他系統的MADI信號都可以通過此方式接入轉播車系統。

總體來說，該音頻系統采用傳統雙星型和先進的IP化網絡架構，具備完整和獨立的主備系統，保證了錄制和直播的安全性，并具備多通道音頻錄制能力及5.1監聽能力。在確保安全的基礎上，兼容模擬、數字及MADI信號和AES67格式音頻信號的接入、傳輸、調度;可以與其它轉播系統和音頻系統以IP的方式或MADI的方式進行級聯。系統在先進性、安全性和兼容性方面都有很好的體現。也比較契合我臺現階段的轉播車使用情況。

在未來IP化網絡技術成熟的情況下，該車的音頻系統可以升級為全IP化的音頻系統。而主備調音臺無需做任何硬件改動。如下圖：

未來的成熟IP構架，采用雙交換機互為備份，所有設備通過交換機共享信號，來自視頻放機和外來的信號也是AES67協議的信號。

對于IP構架下的音頻系統其特點就是可以實現信號的共享。并能通過一根網線傳輸音頻、控制及同步信號，能夠雙向傳輸多通道音頻。在基于IP的音頻系統的信號傳輸中線纜不再需要一一對應的關系，信號也沒有絕對的來去路由概念，每個設備通過網口均可以發送數據流到交換機，發送到交換機的數據流可被每個設備所調用。

在新的轉播車投入使用的這幾年我們也確實感受到了新的IP化的音頻系統給我們帶來的優點，如在環湖賽和大型演出的直播中，多路話筒的備份就可以通過AES67送至備份調音臺進行備份，無需通過信號分配設備來分配進行備份。但在新車系統的使用過程中也出現了幾次故障，大概一年會有那么一次，雖然故障率不高，但還是如設計初我們所擔心的，故障發生后解決起來很難。因為故障都發生在交換機上，有時在給車內系統加完電發現IP協議的信號送不到主備調音臺了，詢問廠家是因為交換機的數據流丟失，要重新設交換機的數據流。這對于音頻工作者就有點棘手。通過這幾年對新轉播車系統的使用印證了我們當時的考慮是正確的。如果我們做了純IP的系統，發生這種故障后我們并不能在第一時間及時的排除故障，有可能會影響到節目的正常錄制。所以在系統的安全性上我們的選擇是對的。并不是說IP的系統不好，畢竟是發展階段，在選擇上要留有余地。IP系統有自身的優勢，但在選擇上還需要理智，使用者自身也應對技術力量有個準確的判斷。

隨著近幾年IP化技術的發展以及視音頻兼容的2110協議的出現，真正全IP化的時代已經到來，我也相信未來的IP技術會越來越成熟穩定，也一定會取代傳統的技術模式。通過此次在轉播車中對IP化音頻系統架構的應用，使我們看到了未來網絡化的可能性及其所帶來的便捷性、靈活性、高效性。相信在以后的應用中這些特點會越發明顯。音頻系統的IP化已成為發展趨勢，為了順應潮流我們需努力提升相關網絡知識，做好充分的準備來迎接未來新技術的應用。

作者簡介：劉正文，籍貫：青海西寧，職稱：舞臺技師。研究方向：廣播電視音頻