電視新聞演播室音頻系統核心構建

安 明

（北京北方安恒利數碼技術有限公司，北京 100121）

0 引 言

當前，各頭部省級廣播電視臺對新聞類、資訊類電視節目要求24 h滾動連續直播。在安全播出的基礎上，如何利用新技術建設全媒體新聞演播室，是各電視臺直面的挑戰。本文將就當前背景下利用網際協議（Internet Protocol，IP）化音頻（Audio over IP，AoIP）技術建設全新電視新聞演播室音頻系統的核心架構和設備選型進行分析，以在新技術應用下提高系統的安全性、靈活性。

基于上述背景，在電視新聞演播室音頻系統建設過程中，設計人員應力求將實際使用中可能遇到的情況和用到的功能以最簡潔易用的方式提供給操作者，并保證系統架構和功能的安全性、先進性和擴展性，應考慮采用IP化、全備份共享的全新系統架構，在新聞演播室改造中實現音頻技術跨越式進步，形成新型、全面備份共享的、IP化、高擴展性的音頻系統[1]。

1 音頻系統基本規劃

在音頻系統的規劃設計中，考慮到安全播出在電視新聞演播室的重要性，設計人員應以系統安全性作為設計原則，同時兼顧系統功能的擴展性和靈活性。音頻系統架構以及音頻系統與視頻系統工作界面均考慮基帶信號為主、IP傳輸為輔的方式，主、備調音臺之間可通過基帶和AoIP網絡進行不同類型音源信號的雙重共享，也可以隨時通過任一連接方式進行節目輸出的接管[2]。主、備調音臺各自制作的節目信號，分別以AES67和AES3兩種格式同時送往視頻加嵌應用。

在新聞演播室音頻系統內，應考慮將所有話筒及模擬線路信號、音頻工程師協會/歐洲廣播聯盟（Audio Engineering Society/European Broadcast Union，AES/EBU）數字信號等基帶信號和AES 67格式的AoIP網絡信號，同時接口送入主、備調音臺；備調音臺可以實時調整主調音臺接口機箱中話筒增益以實現獨立調整，各自的音頻制作信號也分別從主、備調音臺接口輸出，以保證進行信號傳輸、交換和處理的過程中，沒有任何物理單點嚴重故障的可能性存在[3]。

音頻節目視頻信號（Program，PGM）送視頻加嵌應用時，除主、備獨立的AES 3信號格式輸出外，同時將節目音頻通過AES 67格式的IP方式同樣送往加嵌設備作為備用通路，為節目播出的安全性做出最優保證，也為日后IP應用擴展搭建起基本架構。

2 音頻系統功能優勢

新聞演播室音頻系統在建設過程中，其核心設備——主備調音臺的選型無疑是系統建設的重中之重。設計人員應利用調音臺的功能特點，使系統架構可同時滿足對基帶和IP兩種架構的要求以及其他相關功能要求，進而保證音頻系統具備以下功能優勢：

（1）在系統設計中，主、備調音臺可分別獲取到系統內所有信號且可分別獨立調整接入信號，備調音臺可以實時調整主調音臺話筒增益以實現獨立調整[4]；

（2）操作人員可進行一鍵切換主備鏈路，可以在主調音臺面上自定義快捷按鍵進行調音臺所控制的任意部分或全部音頻接口；

（3）音頻系統具備AoIP接口，支持ST 2022-7和ST 2110-30標準，可隨時與最新的IP化語音（Voice over IP，VoIP）系統進行信號互通，原生支持SONY/GV等VoIP系統的IP格式和協議；

（4）在音頻路由網絡中，基帶連接和AoIP的網絡化連接可同時共存，在系統中相互融合、并行使用；

（5）技術人員可以對主備調音臺所有硬件輸入輸出（Input Output，IO）接口的輸入輸出音頻信號進行實時監看，同時可以監看調音臺數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）的邏輯通路[5]；

（6）調音臺可提供基于硬件的邏輯判斷及動作設置功能，如針對關鍵音頻通路主PGM信號的AES3輸出，可以設置相應的PGM輸出物理接口的電平監測為條件，當此接口輸出信號電平連續某個設定時間段（自定義）低于設定的電平值（自定義）時，則觸發設置的相應動作等。

3 電視新聞演播室音頻系統設計

3.1 系統架構選型

根據上述音頻系統規劃要求，采用以德國StageTec NEXUS音頻路由網絡為基礎的系統架構是一個兩全的選擇，這也是與其他調音臺廠家設計思路的一個重大區別。其他調音臺廠家一般會首先考慮一個調音臺面及相應配套的DSP處理核心和IO音頻傳輸系統，而StageTec公司的NEXUS音頻路由網絡系統則與之不同，可以先根據需求進行NEXUS音頻路由網絡的搭建，然后在這個音頻路由網絡的基礎上再選擇適合應用場景的調音臺面，以完成音頻處理和節目制作功能。NEXUS網絡路由如圖1所示。

圖1 NEXUS網絡路由示意圖

如圖1所示，基帶時代以來，NEXUS系統以時分復用模式（Time Division Multiplexing，TDM）光纖做各機箱間的相互連接。多個NEXUS機箱間，可以用TDM光纖進行任意點到點的連接，形成NEXUS音頻路由網絡。在這個NEXUS音頻網絡內，某一個機箱只要保證仍然有任意一條TDM光纖連接狀態為連通，這個機箱的音頻信號及本機箱的所有控制就都可以在NEXUS音頻網絡內任意地進行共享使用，且整體NEXUS網絡的所有控制及狀態監測等都可以正常工作?，F在，隨著AoIP技術的發展，StageTec公司發布了對應于NEXUS機箱的AoIP接口板卡，使得這個音頻網絡可以脫離TDM總線，改為完全采用AES 67/ST 2110標準的方式進行音頻信號和控制信號的共享連接。最重要的一點是，NEXUS音頻路由網絡中，TDM基帶連接和AoIP的網絡化連接可同時共存，在系統中相互融合、并行使用。

在NEXUS機箱內安裝AoIP板卡后，機箱就同時具備支持ST 2022-7標準的主、備熱冗余IP接口，還同時具備2個TDM基帶接口。這樣，在由若干NEXUS機箱組成的路由系統中，不論采用哪種連接方式（或同時采用這兩種連接方式），都可以完成這個接口機箱的所有信號傳輸及控制、處理功能。NEXUS的AoIP卡全面支持AES 67和ST 2110-30標準，并已經通過JT-NM視音頻IP測試、中國中央電視臺（China Central Television，CCTV）內部IP測試和騰訊視頻內部IP測試，對于其他AoIP音頻格式，如DANTE、RAVENNA、LIVEWIRE+等，也都具備良好的兼容能力，并可以實現與視頻系統的ST 2110格式直接互傳信號，不需要任何附加設備或第三方設備進行格式轉換或同步轉換。

3.2 調音臺設備選型

StageTec公司針對專業音頻行業研發了規模從大到小的一系列調音臺面，從頂級配置調音臺到簡潔直觀的播出調音臺。本系統設計選擇Stagetec NEXUS網絡架構后，只需考慮選擇用于中小型直播應用場景的Onair Flex調音臺面即可。

Onair Flex調音臺面采用純IP的方式與NEXUS系統交換控制信息。從形式上來看，這只是一個小的技術進步，但實質上可以給系統帶來安全備份方面的優勢，具體如下。

（1）主備調音臺面間的控制信息可以相互傳遞，可以實現兩個調音臺面上某個邏輯通路的完全鏡像動作，包括推子位置、圖形均衡器動態設置及總線分配等。這使得操作者從主調音臺面轉向備調音臺面時，在應急狀態下所需要關心的切換信息和操作動作大大減少。

（2）具有單個通路級別的鏡像備份，主備調音臺可以根據自身物理推子數量，部分設置同步操作、部分設置分層設置和操作。這可以使得系統主次分明，僅對關鍵的、百分之百需要鏡像的音頻信號得到機械同步，避免人為操作失誤，同時又保持了主、備調音臺面各自相對獨立、針對不同側重點的靈活性。

3.3 音頻系統設計描述

在電視新聞演播室音頻系統中，以StageTec NEXUS接口機箱為基礎組建音頻網絡，使用兩個NEXUS機箱做物理上的冗余備份，將相應系統內的所有模擬話筒/線路信號、AES3信號等基帶信號同時以不同機箱、不同板卡接口送入主、備調音臺DSP處理核心；主、備調音臺DSP核心分別位于不同NEXUS機箱做物理獨立；各自的音頻制作信號也分別從不同機箱的不同板卡接口輸出，以保證在信號傳輸、交換和處理的過程中，沒有任何物理單點嚴重故障的可能性存在。

此設計中，除了可以實現上面所述的架構優勢外，系統還具有以下功能亮點：

（1）系統安全性極高，調音臺臺面、DSP處理核心及信號接口箱采用分離式結構，所有板卡均可熱插拔，所有模塊均具備熱冗余雙電源，各模塊之間的連接全部為主備連接模式；

（2）主、備調音臺面型號一致，操作邏輯完全一致，不存在主備倒換時操作人員的操作重新適應過程和時間；

（3）主、備調音臺面可做到推子級鏡像備份；

（4）調音臺開機時間不超過30 s（以出聲音為準），所有臺面與機箱的系統設置參數在開機時自動恢復到上次關機時的狀態；

（5）主調音臺遇到DSP核心處理板卡故障等系統性故障，備調音臺可接管控制，主備調音臺可做到實時操作鏡像復制，PGM信號不受影響；

（6）具備原廠軟件，可獨立安裝運行于任何計算機上，進行NEXUS機箱上所有音頻輸入、輸出接口甚至所有主、備調音臺DSP處理通路的實時電平表頭監看。

整個系統結構如圖2所示。

圖2 系統示意圖

對于Onair Flex調音臺，StageTec公司提供了基于Web訪問的虛擬控制臺面。這意味著，不論主、備調音臺面哪個出現故障，仍然可以通過Web界面隨時進行訪問和控制，這是在完善備份基礎上的有益、再次補充。

此外，針對NEXUS音頻網絡，廠家也研發了統一控制管理軟件。在軟件中，除了可以對NEXUS網絡進行全面的設備狀態管理外，也可完成音頻路由甚至話筒前放調整的全部功能。在原廠軟件中，不但可以對所有硬件IO接口的輸入輸出音頻信號進行實時監看，而且可以將調音臺DSP邏輯通路設置為監看表頭的一部分。此外，響度表、實時頻譜分析表（Real-Time Spectrum Analyzer，RTA）表頭也是監看的可選部分，為音頻操作者掌握音頻系統的信號狀態提供了強大的支持。

4 結 語

采用本文所述的音頻系統架構設計，新聞演播室的音頻系統將會完成全面IP化升級，不論與視頻系統的工作界面或音頻系統內部的音頻信號交換，都可以采用AoIP架構作為通路之一，同時又兼具基帶連接的能力，使得系統架構的先進性和可靠性得到了高度保障。希望此系統設計成果能為電視節目制播和技術革新盡一分薄力。