貴州廣播電視臺4K超高清全媒體轉播車音頻信號傳輸設計

朱華鈾

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550002）

圖1 貴州廣播電視臺4K超高清全媒體轉播車多軌音頻信號的傳輸方案

隨著節目制作精細化的要求越來越高，立體聲、5.1環繞聲、沉浸聲等多軌音頻錄制任務已成常態，技術與設備也需要隨之更新升級。貴州廣播電視臺4K超高清全媒體轉播車（以下簡稱轉播車）的多軌音頻信號的傳輸，通過傳統數字音頻基帶和AoIP兩種方式進行多軌音頻信號傳輸，系統音頻信號的路由如圖1所示。現場所有的多軌音頻信號通過車尾板本地接口箱或者數字音頻光纖接口箱接入轉播車音頻系統，再通過系統核心Nova73采用傳統數字音頻基帶和AoIP兩種方式傳輸到LAWO mc256數字調音臺，然后根據不同的需求把所有的多軌音頻信號分配到系統配置的傳輸終端。

下面就轉播車音頻系統的核心設備、傳輸核心設備、傳輸終端的功能及運用進行解析，闡釋基于傳統數字音頻基帶和AoIP兩種方式進行多軌音頻信號傳輸的方案及實施。

1 系統核心——Nova73數字音頻矩陣

傳統音頻基帶的優勢是技術成熟、普及度高，缺點是擴展性差、線纜數量復雜。AoIP架構大大降低了傳統音頻傳輸布線的復雜程度，大大減少了音分和A/D、D/A的使用，降低了系統投資；而且也大大提高了系統的性能與靈活性，很多傳統音頻基帶中相對復雜的信號備份、報警、監測等功能都可以在網絡化主控系統上方便地實現，特別是信號備份變得相對容易，使整個系統的安全性和可靠性大大提高。

轉播車的音頻系統以數字音頻矩陣Nova73為系統核心，使用LAWO mc2 56調音臺為操作界面，調音臺通過網線與Nova73連接，使用標準IP數據包進行通信，支持通過廣域IP網絡進行遠程控制。mc256調音臺界面本身沒有DSP功能，只是對Nova73進行控制，所以為轉播車的mc2 56調音臺配備了3張LOWA 983/04 DSP卡，根據實際需要的格式對輸入的音頻信號進行相應的處理。同時，配備了2張LAWO 980/33路由卡，一主一備；路由卡內置有蓄電池，當Nova73電源切斷后，蓄電池會繼續供電完成關機的軟件操作，并將當前調音臺界面的狀態使用快照保存，在下一次啟動時將其調出，保證調音臺狀態不會因為斷電而丟失。即使將調音臺界面斷電，聲音依然不會中斷，此時仍可使用iPad、Windows PC的控制軟件及VSM控制系統對Nova73進行操作。

LOWA mc256數字調音臺界面本身帶有音頻輸入輸出，需要使用Ravenna或MADI線纜連接Nova73以傳輸音頻信號，Nova73還配備了2張LOWA 981/61 Ravenna板卡，2張LOWA 981/04 AES+MADI板卡，2張LOWA 947/22的DALLIS主卡，4張LOWA 941/55傳聲器/線路輸入板卡，4張LAWO 942/86線路輸出板卡，6張LOWA 943/53 AES數字輸入/輸出卡，對輸入到Nova73的音頻信號進行多軌傳輸。另外，還可外接數字音頻光纖接口箱(Compact I/O)，用作LOWA mc2 56調音臺及Nova73接口箱，對輸入的傳聲器、線路、數字、IP等音頻信號進行多軌傳輸。

1.1 Nova73的Ravenna端口運行模式設置

Nova73可使用Ravenna端口連接接口箱、調音臺，或通過AoIP網絡與所有支持AES67協議的設備共享音頻信號。Ravenna有兩種運行方式：Ravenna LINK和Ravenna NET，需要在AdminHD軟件中對每個Ravenna 端口分別進行設置。Ravenna LINK是直連模式，即Ravenna LINK設備直接相連，不可通過交換機，用于Nova73連接DALLIS接口箱或2臺Nova73之間傳輸信號；在Ravenna LINK模式下，每個端口可同時發送和接收128個通道的音頻信號，信號分配在音頻矩陣界面完成，使用體驗與MADI相似。Ravenna NET是標準的AoIP模式，Ravenna端口連接交換機，接入AoIP網絡，與網絡中所有Ravenna/AES67/ST2110-30/ST2110-31設備共享信號。

圖2 Ravenna板卡981/61的端口

Ravenna板卡981/61含有4組Ravenna端口，如圖2所示，每組端口為一個RJ45網口和一個SFP（Small Form Pluggable，小型可插拔）光口（LC插頭），網口與光口使用同一IP地址和MAC地址，可任選其一連接設備或交換機。在Ravenna LINK模式下，網口與光口同時連接可形成備份，信號優先通過光口傳輸，光纖傳輸中斷時，會立刻轉為網口傳輸。所以轉播車的Nova73配備了2張LAWO 981/61 Ravenna卡，通過車尾板的Ravenna LINK模式進行級聯，均有主備功能。最下方的RJ45網口為控制網口（千兆口），具有獨立的IP地址，可用于連接控制系統交換機，對4組Ravenna端口的收發音頻流進行控制，其無法傳輸Ravenna音頻流。981/61還支持ST2022-7 SPS無縫保護切換，在此模式下，端口1/2和3/4會綁定為兩組SPS端口對，分別連接A/B兩個AoIP網絡，例如端口1連接A網絡，端口2連接B網絡，同時收發相同的音頻流（在矩陣控制界面上則顯示為一個Ravenna 端口），實現信號的完全備份和無縫切換，是系統優選的冗余手段。

圖3 Compact I/O和Nova73的Ravenna端口與交換機的連接

轉播車多軌音頻系統也運用到了Ravenna NET模式，在數字音頻光纖接口箱Compact I/O和Nova73的Ravenna端口分別連接到交換機，如圖3所示，通過Ravenna 音頻流傳輸音頻信號及控制信號。此時Compact I/O作為AoIP節點/轉換器使用，可將輸入信號任意組合為多條Ravenna/AES67音頻流同時傳輸，供網絡中其他AoIP設備使用。例如，將32路Mic IN以16路立體聲AES67格式音頻流送入網絡，安裝了AoIP虛擬聲卡的電腦音頻工作站便可將需要的信號接收，并進行錄制。

需要注意的是，在Ravenna NET模式下，網口和光口均為千兆帶寬，需連接至千兆交換機，若連接百兆交換機，則會因帶寬限制無法發送128通道的音頻流。

Ravenna Link模式類似于傳統基帶系統，設備直接連接，設置簡單，調試方便。Ravenna NET模式則需要更多設置和調試工作，需要使用telnet軟件設置Compact I/O的IP地址、對應Nova73的Ravenna端口IP地址（以便 mc2調音臺控制話放的增益等），以及在網頁界面中設置音頻流的收發。此外，更重要的是必須保證交換機及IP網絡的設置正確及工作穩定。

1.2 Ravenna與AES67的互通

同步信號是數字音頻系統中重要的一環，Ravenna/AES67使用PTP（Precision Time Protocol，IEEE1588-2008），即精密時鐘協議作為網絡中的同步時鐘。Ravenna/AES67網絡中需要至少一臺PTP主時鐘設備，主時鐘不僅應具備優質穩定的內部時鐘發生器，更需要強大的處理能力，以分別計算每一臺從屬設備的線路時間差，并利用時間差調整本地時間來保證同步的精確度。如果要進行IP遠程傳輸，網絡延時可達若干毫秒，則需要發送端和接收端同時具備PTP主時鐘，兩者以GPS進行校準，保證精確的同步時間。因為PTP主時鐘需要與從屬設備進行通信并計算延時，主時鐘能夠帶動的從屬設備數量是有限的。而當AoIP網絡不斷擴大，幾百甚至上千臺AoIP設備在一個網絡當中，PTP主時鐘會不堪重負，此時便需要邊界時鐘設備來對PTP主時鐘進行轉發。邊界時鐘是許多高端交換機具有的功能，它們可以跟隨主PTP時鐘，再將自己變為下面的AoIP設備的時鐘源。主時鐘帶動邊界時鐘，邊界時鐘再帶動下面的設備，大型網絡便可穩定運行。

Dante設備同樣采用PTP作為同步時鐘，但用的是早一版本的IEEE 1588-2002，即PTP v1，與AES67使用的PTP v2并不兼容，也不支持外部PTP時鐘。目前的解決方案是：由選為主時鐘的Dante設備將PTP v2轉換為PTP v1，作為網絡中其他Dante設備的同步時鐘。所以，在Dante/AES67/Ravenna混合網絡內，發現同時有PTP v1和PTP v2數據包的存在，這并不矛盾，多個PTP時鐘可以在同一網絡中和平共處。

LAWO的Ravenna設備均可作為PTP主時鐘使用，在小型AoIP網絡中，任意一款LAWO Ravenna設備都可勝任主時鐘的工作。而在演播室或轉播車中則會使用專業的PTP主時鐘設備，而LAWO調音臺則可作為備份的PTP時鐘。LAWO的VoIP產品V_link4和V_matrix具有強大的時鐘能力，均可作為優質的大型網絡PTP主時鐘使用。

以上便是Ravenna和AES67在IP網絡中實時音頻傳輸方法的定義，其應用的都是已使用多年的成熟協議，而并沒有創造新的協議。Ravenna和AES67本身只是一個音頻網絡傳輸的互通指南，而AES67完全是基于Ravenna制定，可以把AES67看作Ravenna的一個特定設置。

另外，4K轉播車使用的2張LAWO 981/61 Ravenna卡，每張提供4組128 In/Out的Ravenna端口，為IP音頻信號的多軌錄制提供了多種方式。例如，對于大型交響樂等節目需要多軌的音頻錄制，其可以為Pro tools等多種錄制平臺傳輸多軌IP音頻信號。

1.3 Nova73的MADI端口

至于傳統基帶，轉播車Nova73配備了2張LAWO 981/04 AES+MADI板卡，每張981/04 AES+MADI板卡提供32路（雙聲道）AES In/Out和4個SFP格式標準的MADI端口（LC插頭），每個SFP模塊含有兩個光口，一收一發。MADI端口連接后，無論是否有音頻流發送，均會立刻開始傳輸同步信號。

981/04AES+MADI板卡可連接MADI連接接口箱以及其他MADI設備，如Pro tools音頻工作站、擴聲調音臺等，實現多軌音頻傳輸連接。

在使用MADI端口時，兩端的設備必須使用相同的同步信號源，否則會出現信號打火等失真。連接音頻工作站時，通常會設置工作站跟隨MADI同步。使用MADI連接兩張調音臺時，例如轉播車調音臺連接擴聲調音臺，若擴聲調音臺不使用轉播車送來的同步信號，則兩張調音臺會處于不同的同步時鐘下，此時必須使用MADI Src設備進行采樣率轉換。如需故障排查等一些的靈活運用，接入Nova73的所有調用調音臺的MADI信號必須經由BNC跳線架進行跳線連接。

2 傳輸中樞——LOCALBOX

LOCAL BOX作為最重要的本地接口路由，它包含了本地車尾板接口箱的4張Mic卡和6張AES卡，如圖4所示。

具體到調音臺本地路由：Card1Mic：Apmic1～Apmic8，為車外音頻接口板的傳聲器輸入1～8通道。Card2Mic：Apmic9～Apmic16，為車外音頻接口板的傳聲器輸入9～16通道。Card4Mic：ATie1～ATie8，為轉播車音頻區Tieline的1～8通道。Card5Mic：Telout1～Telout4，BTout1～BTout 2，PDMic1～PDMic2，分別是電話耦合器輸出1～4通道、藍牙播放器左右聲道、導演區通話傳聲器1和2通道。Card11AES3：APD01～APD08，為車外音頻接口板的AES out數字音頻輸出1～8通道。Card12AES3：APD09～APD16，為車外音頻接口板的 AES out數字音頻輸出9～16通道。Card13AES3：ATie01～ATie08，為音頻區TieLine的AES in數字音頻輸入的1～8通道。Card14AES3：EVS1-1～EVS1-8，為轉播車慢動作區EVS1的1～8輸出。Card15AES3：EVS2-1～EVS 2-8，為轉播車慢動作區EVS2的1～8輸出。Card16AES3：EVS3-1～EVS3-8，為轉播車慢動作區EVS3的1～8輸出。

圖4 本地接口路由LOCAL BOX

3 傳輸終端

轉播車的音頻信號傳輸終端配備了藍光錄像機、AJA硬盤錄像機、PWS-4500 4K/高清多端口音視頻存儲單元、PIX270I 64通道MADI多軌錄音機等錄制設備，如圖5所示。

圖5 傳輸終端設備的連接

藍光機可以直接從LAWO mc256數字調音臺獲取8軌音頻信號，從而實現8軌音頻信號的多軌錄制。AJA硬盤錄像機有著雙硬盤錄制模式、續航能力強的特點，可以從音視頻加嵌板卡和LAWO mc256數字調音臺獲取16軌音頻信號進行多軌錄制。PWS4500高清多端口音視頻存儲單元的多軌音頻信號輸入分成8通道模式和16通道模式，需要注意的是，只有在16通道模式下才能進行5.1環繞立體聲的多軌音頻輸入，它可以通過AES加嵌數字傳輸方式分配16軌多軌音頻信號。PIX270I 64通道MADI多軌錄音機可以進行64個通道的錄制和播放，可通過以太網訪問和傳輸文件；它可以把錄制的多軌音頻信號直接生成多軌的WAV文件，方便文件長時間的錄制和備份；需要注意的是，其通過MADI連接調用調音臺信號，須經BNC跳線架進行跳線連接。

4 結語

從該系統的實施中可見，傳統音頻基帶所具備的安全性、穩定性、普及性以及與前級物理模塊的無縫連接即保障了制播網絡的安全，又完成了文件的穩定傳輸。而AoIP音頻模式所具備的系統簡潔性、操控靈活性、實時監測性以及利用網絡傳輸帶來的高性能流化音頻在節目制作中極大地簡化了系統擴展工作，更加便利地實現了信號監測，使節目制作在應急策略設計上有更大的發展空間，更能適應未來靈活多變的業務需求。

綜上所述，傳統音頻基帶模式和AoIP音頻模式相結合，為節目制播過程中的音頻設計提供安全性和高性能的系統需求，在傳統基帶模式帶來的高穩定性、高容錯率的同時，充分發揮AoIP模式的性能，滿足多通道的遠距離傳輸與多樣化的災備方案應急能力。在未來的節目制播過程中，要靈活運用傳統音頻基帶模式和AoIP音頻模式各自優勢，通過合理的設計使其具有互補性，彌補單系統的風險，從而建立更加精細化、多樣化的音頻系統。