寧夏廣播電臺智能化總控系統建設

韓致綱

（作者單位：寧夏廣播電視總臺）

1 項目背景

寧夏廣播電視臺廣播總控系統負責分配、調度、監控和傳輸5 套自辦廣播節目的播出信號以及中央臺轉播信號，是廣播節目播出的中心樞紐[1]。廣播節目總控系統由1 套信號傳輸矩陣作為主用，1 套虛擬矩陣作為備份。虛擬矩陣同時承擔系統的監測、監控、報警、存儲等功能。2011 年該系統建設成并投入使用，其中的虛擬信號傳輸矩陣和監測系統故障頻出，系統運行不穩定，對廣播節目的安全播出造成嚴重影響。為了解決故障隱患，提升播出系統的可靠性，根據相關規定，需要對現有廣播節目總控系統進行升級改造。

2 技術方案

智能化總控系統由2 套信號傳輸矩陣、1 套虛擬矩陣和1 套智能管理監測平臺構成，2 套信號傳輸矩陣主要用于主/備鏈路音頻信號的傳輸，同時，2 套信號傳輸矩陣之間互為主/備關系。主用信號傳輸矩陣故障，系統自動切換至備份矩陣輸出，實現使用同一套矩陣控制軟件對2 套節目信號傳輸矩陣的自動切換控制。虛擬矩陣由具有Dante 協議（一個在標準的IP網絡上運行的現代化高性能數字媒體傳輸系統）的音頻路由器、交換機、音頻分配器等網絡設備組成，主要用于AoIP 網絡信號的切換，并將切換后AoIP 信號送入下游設備，作為第三備份使用；同時，虛擬矩陣為智能監測平臺提供監測信號。智能監測管理平臺，主要用于監測播控系統主/備鏈路設備的實時運行狀態、信號傳輸方向，其根據故障源的不同，完成故障點報警呈現、自動記錄故障信息等。

信號傳輸矩陣和虛擬矩陣組成冗余的音頻信號路由系統，完成廣播中心音頻信號的匯集、路由調度和分配。

信號傳輸方面，基帶信號傳輸矩陣采用光纖、數字音頻線傳輸，虛擬矩陣采用AoIP 信號傳輸。

總控系統包括直播監測、音頻調度、應急切換分配、動環監測、大屏呈現和網絡化智能管理，滿足了日常廣播節目的網絡化、智能化監測，為傳統廣播向融媒體方向發展提供技術支撐。

2.1 信號傳輸

直播間到智能化總控系統的音頻傳輸采用線纜、光纖和AoIP 網線三種介質進行冗余備份傳輸。AES 線纜（音頻連接線纜）保證播出信號的基本傳輸；串行多通道音頻數字接口（serial multi-channel audio digital interface,MADI）光纖信號實現直播間和總控室的多路信號靈活切換及內部通話功能；AoIP 實現播出節目信號備份傳輸和監測[2]。

智能化總控系統音頻傳輸示意圖如圖1 所示：

圖1 音頻傳輸示意圖

其中，直播間調音臺輸出兩路MADI 光纖延時信號、兩路AES 線纜延時信號，分別進入主備兩套信號傳輸矩陣，經矩陣控制軟件切換后，各輸出一路延時信號進入主備切換器；同時，直播間調音臺輸出兩路AES 非延時跨矩陣信號進入主備切換器，作為第二備份音源參與信號切換。整個系統節目信號傳輸鏈路中以延時信號為主用，非延時信號為備用，最后采用應急補樂。這樣做的目的是實現物理設備、物理鏈路、信號類型的雙冗余，滿足廣播電臺播控中心機房《廣播電視安全播出管理規定》的建設要求，使得系統的安全性更加可靠。

系統中配置了跳線盤。節目信號輸出至核心設備后，均需經過跳線盤，目的是排除部分物理設備或鏈路故障導致系統信號傳輸故障，方便信號通路的手動應急跳線；同時通過對AoIP 網絡中的音頻路由的控制，實現網絡音頻信號多選一和網絡音頻分配的功能，使其作為多選一智能音頻切換器和數字音頻分配器的鏡像備份。在實現總控系統播出信號傳輸鏈路的冗余備份的同時，實現從原總控系統到智能化總控系統的平滑過渡。

值得一提的是，系統中引用AoIP 技術，由直播間和總控機房音頻路由器、智能切換器、基帶信號傳輸矩陣、AoIP 控制服務器構成AoIP 音頻傳輸網絡，配置了主備冗余的交換機，實現AoIP 傳輸網絡的主備網絡冗余。Dante 協議的設備具備冗余的網絡接口[3]，而且主備接口同時發出音頻流數據，同樣冗余的AoIP 網絡接口同時接收網絡中的音頻流，這樣保證了音頻流的冗余傳輸。

2.2 信號監測

寧夏廣播電臺原監測系統以彩條顯示為主，大屏界面簡單，監測功能單一。智能化播控中心監測系統，運用可視化綜合管理技術，根據播控系統內監測系統區分不同功能，如播出音頻監測、視頻監視、對講內通等，在交換機上劃分不同的虛擬局域網（Virtual Local Area Network, VLAN）實現整個監測系統內的數據傳輸安全。

所有接入AoIP 網的設備均提供獨立的音頻監測及設備狀態監測端口，可以不通過AoIP 網絡去采集音頻，較少占用AoIP 網絡帶寬。為了保障監測網絡音頻的傳輸效率，在交換機中單獨劃分了獨立的VLAN 實現對音頻的監測。其他設備的監測走另一個VALN 或者交換機。

對于整個鏈路中的音頻信號的采集，基于“簡單即安全”的理念，采用了采集下一級設備的輸入信號來監測上一級設備的輸出信號的方式。例如，通過采集延時器或者AoIP 網絡節點的輸入信號來監測直播間調音臺的輸出。

音頻信號監測系統實現了對直播間播出站、延時器、總控返回信號、播出節目信號、總控機房主備基帶信號傳輸矩陣、主備智能切換器、主備數字音頻分配器的輸入輸出監測以及實現對16 路數字轉播信號、6 路模擬轉播信號、24 路直播間播出節目信號、開路接收信號的全部流程的音頻信號監測。除了對系統的音頻信號進行監測外，系統中核心設備的生命狀態也是影響整個系統穩定運行的關鍵因素。為此，在智能化總控系統中，對整個鏈路中的調音臺、信號傳輸矩陣、智能切換器、音頻處理器、音頻分配器、光端機等核心設備都進行設備狀態檢測，實現系統對設備的實時監測、報警與預警。

2.3 信號比對

智能化總控系統建設中，根據廣播播控架構、音頻鏈路及信號傳輸特點，選擇基于聲學特征的音頻比對技術[4]，設置了應急處理預案與故障回溯功能，提升了自動化、智能化應急處置能力，從而減輕一線值班員的工作強度。通過采集兩路音頻信號（源自不同設備或同一音頻設備的不同通道信號），判斷二者節目內容是否相同。當音頻內容不相同時，自動判斷故障，系統提供物理設備視角、音頻信號鏈路邏輯視角的聲光圖文報警提示，并呈現應急處置預案，供值班人員故障排查參考。

同時，考慮到寧夏廣播電臺智能化總控系統實際應用需求，在傳輸發射過程中不可避免存在音頻延時、信號衰減、噪聲干擾、常規音效處理（如均衡器調節）等情況，信號比對支持模擬音頻信號、線纜信號、光纖信號、AoIP 網絡音頻流、FM/AM（調頻/調幅）開路信號等音頻信號源以及語言節目、音樂節目、廣告節目等不同的節目類型之間的比對。在性能方面，要求系統在高健壯性的基礎上，還具有較高的效率，保證實時性。

音頻比對流程，包括音頻采集、音頻比對、結果呈現三個過程[5]。信號異常時，系統提供物理、邏輯視角的聲光報警展示。物理視角下，提供機柜圖，顯示各設備所在位置。一旦出現故障，機柜圖上故障設備就會有紅框閃爍，點中紅框，彈出應急處置預案。應急處置預案針對廣播智能播控系統可能遇到的各類問題，結合歷史故障處置經驗，提前內置到廣播智能播控系統。邏輯視角下，音頻信號流程圖以紅圈、紅色線段分別標記故障源、故障鏈路。監控客戶端提供信號監測功能，以圖文列表等多種方式展示信息，并通過聲光報警，便于值班員及時處置。

2.4 信號切換

2.4.1 主備傳輸矩陣信號切換

直播間節目（Program, PGM）信號通過光纖和線纜分別輸入主備信號傳輸矩陣，由矩陣進行調度輸出至切換器進行下一級信號切換。主備兩套信號傳輸矩陣實現冗余，能夠保障總控機房節目播出信號的隨機切換。

2.4.2 切換器切換

主備矩陣輸出（延時）信號、AoIP（延時）信號、直播間跨矩陣非延時信號與補樂信號，進入主備切換器，由主備切換器按照自定義好的優先級順序進行自動信號切換，其中延時信號優先級高于非延時信號，矩陣輸出信號優先級高于跨矩陣信號。為了保障安全播出，主備切換器第一路需接矩陣輸出信號，且具備斷電直通功能。

2.4.3 返送信號調度

中央臺信號和現場轉播信號通過無源音頻分配器一分二后，分別進入主/備信號傳輸矩陣完成信號的路由調度，返送至直播間調音臺，作為輸入音源使用。

2.5 應急處理

為了減少意外事故對整個系統的安全影響，并保障安全播出，廣播播控系統需要設計應急備份措施。應急備份主要分為直播機房的應急、總控機房的應急和智能監測系統的應急。直播機房和總控機房的應急備份措施對節目播出至關重要。

2.5.1 直播機房應急

（1）備播直播間應急倒換。當主頻率直播間設備故障無法提供節目播出服務時，倒換備播直播間是首要的應急方案。備播間處于熱播狀態，與主頻率直播間配置一致，通過總控機房的信號切換，包括矩陣音頻路由切換、智能多選一自動切換和跳線切換，實現備播直播間的切換。

（2）總控機房的冗余傳輸鏈路。每個直播間到總控機房都設計有冗余的傳輸鏈路，包括主備光纖、數字音頻線纜、AoIP 音頻網絡。這三種路徑將節目播出信號同時傳輸到總控機房，為應急切換提供多路信號。

（3）冗余的播出工作站。系統配置了主備冗余的播出工作站，主備播出工作站支持自動連接主備服務器，當主服務器故障時，可以自動或手動切換到備服務器；同時，主備工作站能夠互相監測，主播出工作站正常播出時，備播出工作站實時監測主播出站狀態，自身處于啞音狀態，當主播出工作站無法正常播出時，備播出工作站可自動接管主播出工作站進行播出，無須人為干預，智能快速切換。

2.5.2 總控機房應急

（1）智能多選一切換器自動應急切換。通過網絡多選一智能切換器，實現直播間到總控機房的多路冗余信號的自動或手動切換。設備具備內部墊樂和斷電直通功能，提供自動應急切換。

（2）主備冗余鏈路的自動應急。系統設計了MADI 光纖、AES 線纜和AoIP 音頻網線三種介質通路通道冗余模式的音頻傳輸方案。不論從直播間到總控機房，還是總控機房返送直播間都具備了信號傳輸的7 路鏈路冗余。在總控機房可以通過智能多選一切換器進行自動或手動切換。返送直播間的信號可以在調音臺上設置自動或手動切換。

（3）手動跳線應急、手動監聽。系統配置了音頻跳線盤，在信號鏈路上的設備之間進行手動跳線以實現故障應急。核心設備具備耳機接口，當智能監控系統故障時，可以在設備端進行信號監聽。

（4）一播多應急工作站應急直播間故障。在總控機房設計了一播多工作站，可以實現在直播機房故障時，節目應急播出。信號的切換可以依靠智能多選一切換器實現自動切換。

2.5.3 智能監測應急

（1）故障自動監測和報警。智能監測系統會對關鍵設備、鏈路和信號進行實時監測，一旦發現異常情況（如設備故障、信號中斷等），會自動發出報警信號，值班人員可以及時采取措施進行應急處理。

（2）主備服務器的故障自動轉移。總控智能監測系統均設計了主備冗余的服務器和交換機網絡。利用上層操作系統和數據庫的故障自動轉移功能，實現服務器群集和數據的鏡像備份。當主服務器故障時，可以通過心跳監測的方式將服務自動轉移到備服務器上。

（3）服務器的操作系統硬盤和數據硬盤的故障應急。針對服務器硬件設備，設計了冗余的硬盤通過磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks, RAID）方式進行數據的冗余。損壞單塊硬盤的情況下，不會影響系統的正常運行。恢復正常硬盤后，可以實現RAID 的恢復。

（4）監測工作站模板加載功能冗余備份。播出/監測工作站的軟件是模塊化的，可以在任意工作站進行軟件模塊的轉移，實現工作站功能的備份應急。總控智能監測的工作站支持快照模板功能，可以在不重啟工作站的情況下，重新加載模板實現監測功能的應急切換。

3 智能化總控系統的特點

3.1 靈活的信號調度與切換

智能化總控系統采用了雙信號傳輸矩陣架構，實現了音頻信號的匯集、路由調度、分配與應急處置，2套信號傳輸矩陣控制軟件可單獨操作，也可實現1 套軟件控制2 套矩陣，保證了硬件、軟件的高可用性。

3.2 采用多種介質進行冗余備份傳輸

新總控系統通過采用多種介質進行冗余備份傳輸，包括AES 線纜、MADI 光纖和AoIP 網線。這種冗余傳輸方案確保了廣播節目信號的可靠傳輸，一旦某個介質發生故障，系統可以自動切換到備用介質，保證廣播節目的連續性和安全性。

3.3 強大的監測功能

智能化總控系統配備了先進的監測系統，通過可視化綜合管理技術，實現了對播出音頻、視頻和對講內通等功能的監測。系統中的各個設備提供獨立的音頻監測和設備狀態監測端口，減少了對AoIP 網絡帶寬的占用，并保障了監測網絡音頻的傳輸效率。

4 結語

寧夏廣播電臺智能化總控系統通過采用基于AoIP技術的架構，具有強大的監測功能、靈活的信號調度與切換功能，提升了廣播節目的管理效率和傳輸可靠性。這將為廣播電臺提供更高質量的節目播出，同時提升應急處置能力，為值班員工作帶來便利。