一．概述
随着广播电台行业数字化、网络化的加深，以数字技术为核心的中心音频矩阵系统作为广播电台中重要的数据交换、传输系统，得到了广泛的应用，成为广播电台日常工作的重要组成部分。
中央人民广播电台的总控系统音频流程的基本设计思想是：由主、备播出矩阵形成两路完全相同的、相互冗余备份的音频调度通路，并以音频交换矩阵、网络音频传输等为补充手段，实现总控系统中音频信号的多级备份流通。
在我台目前的总控系统中，采用了STUDER公司的ROUTE6000矩阵系统。ROUTE6000矩阵具有高可靠性、便捷性及可扩展性，不仅满足了日益增长的电台内、外不同形式和不同格式的节目交换、而且还可满足传输需求和多变的广播形式，给我台的节目传输工作带来极大的便利性、灵活性。
1.可靠性
ROUTE6000矩阵由两部分组成：1、SCORE音频处理核心以及D21m音频接口机箱；2、用于矩阵切换及控制调度的相关软件系统。
SCORE系统的最大特点是采用音频交换网络与控制网络分离的设计结构。音频交换网络可以采用模拟、AES数字、ADAT、MADI等多种格式组成，控制网络则采用通用IP局域网结构。
除此之外，SCORE处理核心还具有以下特性：所有模块都支持热交换；所有相互独立的机箱都具备冗余电源备份的能力；控制卡支持热交换，单一的控制信号错误并不会干扰音频信号；可实现双控制接口的冗余备份；错误信息可以通过图形用户界面显示，同时也被记录在日志文件中，日志文件可以在网络的任何地方被查看和分析。
2.便捷性
总控音频信号的输入输出以及调度处理，是由SCORE硬件核心来实现的，主要操作、控制则由以LAN网络连接到一起的各软件服务器来完成。其控制系统连接示意如图1：
图1 矩阵控制系统连接示意图
由图1可见，ROUTE6000矩阵系统通过不同的计算机安装不同软件模块来分别完成矩阵控制、信号监测、日志记录等功能。
矩阵控制软件通过以太网与各矩阵连接和交换控制信息，并同时控制多台矩阵动作，就可以实现主、备双服务器冗余运行，相互同步，使得经过ROUTE6000矩阵的音频信号的安全性并不依赖于计算机，即使失去各服务器计算机的控制连接，输入矩阵的音频信号也会仍然按照之前设置的路由在矩阵中调度输出。
另一方面，通过各软件模块在不同计算机上的冗余安装，也可以很容易地实现矩阵系统的控制功能备份。
此外，矩阵的控制及监测协议采用标准公开协议，可以非常方便地进行第三方软件再开发与相互融合，使得多套矩阵系统硬件可由一套矩阵软件进行设置和控制，大大简化操作人员的工作步骤并降低人为设置的工作量。
3.可扩展性
为适应未来业务发展的需求，该音频矩阵系统的扩容仅需简单的通过增加矩阵输入、输出模块数量即可实现。
二．音频矩阵硬件系统
1.ROUTE6000矩阵在中央台总控系统中的应用
中央人民广播电台总控系统使用两个ROUTE6000矩阵系统作为主控主、备播出矩阵，各具备40路AES输入及输出接口，负责并行地将各直播间信号调度切换后送往主、备8选1设备。采用这一架构，可以保证主要播出流程中完全不会产生由任何设备的单点故障带来的播出中断等严重问题，并能够很好的保证主、备播出信号的一致性。
如图2所示，直播间送出两路信号，不论主、备矩阵，或者8选1设备中任何一点的中断，都不会影响到最终送出信号。
图2 总控主、备矩阵音频流程示意图
此外，STUDER公司的ROUTE6000矩阵系统同时也具备针对矩阵输入信号的彩条监看和音频监听、以及静音报警等智能化功能。由于矩阵系统可在内部实现对所有输入信号的监听、监测、报警等功能，因此可以避免在智能监控系统等主要监测系统严重故障时，值班人员及技术人员无法掌握音频播出信号基本情况的尴尬情景，有效的提高了技术人员的应急能力。
2.主矩阵、备矩阵、交换矩阵的具体配置
（1）主播出矩阵
主播出矩阵由Compact SCORE音频处理核心和D21m接口机箱组成，包括DSP卡、HD卡、AES输入/输出卡、同步卡、HOST卡、GPIO卡、MADI输入/输出卡、主备双电源。
HOST板卡是矩阵控制命令的翻译和处理的核心，负责6U机箱与外界控制信息的沟通。HOST板卡通过RJ45以太网接口连接到交换机，通过局域网将控制信号送到矩阵控制软件、矩阵表头检测软件。
DSP板卡是音频处理的核心。通过I/O接口，可将所有D21M的外部信号送到DSP卡内部的处理芯片上进行音频处理，并可决定输入输出信号的连接和切换。RJ45网口供矩阵内部连接使用。
同步板卡是音频同步的中心。它从同步分配器取得同步信号，送给矩阵，让所有在矩阵内部的AES信号、模拟信号等转换到同一同步源下，再进行下一步工作。
AES输入/输出卡将输入的音频信号通过D21m机箱背板输入HD板卡，再由HD板卡转换成RJ45信号后传输给DSP卡进行数字处理。DSP处理完的音频送回HD卡，HD卡转换格式后再传送到AES输入/输出卡上，完成信号的输出。其中，每块AES输入/输出卡都有8入8出，5块板卡即可实现40路音频的输入输出。
GPIO板卡具有WEB遥控功能，目前没有使用，可做后期扩展用。
主矩阵配备了主、备双电源，使用220V供电，互为热备份。
（2）备播出矩阵
备播出矩阵与主播出矩阵物理结构、配置完全相同，以达到主、备双矩阵镜像工作冗余的设计目标。
（3）交换矩阵
交换矩阵的配置在三台矩阵硬件中最为复杂，它包括1个Compact SCORE(6U)机箱，2个本地D21m音频接口机箱，3个远程D21m音频接口机箱。
比起主、备播出矩阵，交换矩阵的I/O接口数量大大增加，因此另外增加了更多的DSP卡，以提高其信号处理能力。
交换矩阵的“本地”D21m机箱以网线方式连接到6U SCORE机箱。由于其它3台“远程”D21m机箱的物理位置离总控较远，所以通过MADI多模光纤连接到SCORE机箱和本地D21m机箱，以达到更好的传输效果。其他结构与配置与主、备播出矩阵相似。[page]
三．音频矩阵监测软件
ROUTE6000矩阵系统的内部监测软件能够检测矩阵输入输出信号的状态。针对各种主要音频参数的监测，包括静音、削波、相位等音频指标，可以对所提供的音频信号进行报警提示。
另外，ROUTE6000矩阵具备SNMP开放监管协议，在Streamnet监测系统中集成对矩阵硬件状态的实时监测和报警。因矩阵自身的彩条监看软件是从矩阵内部TDM总线上取得音频信号，再以MADI光纤方式送至软件安装的服务器进行表头显示，故与智能监测系统有所区别。由此，矩阵系统可在内部实现对所有输入信号的监听、监测、报警等功能，有效避免了当主要监测系统严重故障时，值班人员无法掌握各播出节目音频信号基本信息的情况。
在现有系统设计中，我们只使用其表头显示功能、静音时颜色提醒的功能，作为智能监测系统的一个有益的功能补充。
四．音频矩阵控制软件
1.矩阵控制系统概述
矩阵控制系统是对STUDER及StreamNet音频矩阵设备进行实时控制、状态监视、按时间编排切换计划的软件系统。在总控系统流程中，矩阵控制系统担负着大部分音频路由和调度任务，具有相当高的稳定性和容错性，显示直观、操作便捷、构架灵活。
在矩阵软件系统中，主矩、备矩、交矩控制模块分别对主播出矩阵、备播出矩阵及交换矩阵进行同步控制。所有服务器控制终端的功能都通过主、备数据库服务器的数据更改并对实际矩阵下达切换命令来实现。主、备数据库服务器为双向热备份设计，可实时镜像同步。
WEB服务器提供系统设置、编单、节目单运行情况查看等后台服务，可通过浏览器登录WEB后台服务来进行相应设置和监看，并管理矩阵系统多用户权限。矩阵实时控制客户端（QT端）作为独立安装的软件，安装于主、备矩阵切换终端上，可实时监看及手动切换各通道的连接状态。
2.WEB端的应用
在WEB端可完成监视计划任务、配置通道、管理组屏、用户、维护模板等任务。
登陆WEB端主页面后，首先要进行“物理通道”和“逻辑通道”的配置，将矩阵的物理连接与逻辑通道建立一一对应的关系。通道信息与ROUTE6000矩阵内部通路对应关系一致，配置完毕后通过后台服务模块存储于数据库中。
我们新建了主播、备播、交换3个组屏，用来分别管理和查看主播出矩阵、备播出矩阵、交换矩阵的输入输出通道信息。
“计划模版”和“计划模版补丁”用于按时间对矩阵切换计划进行安排和查看。计划模板用于长时间、周期性的节目单设置或调整。中央台日常的14套广播节目传输的设置，采用的就是计划模板。计划模板补丁用于突发性、临时性、短时间的节目单设置或调整，如临时性的多套节目并机转播、或临时开关机时间调整。
“连接回读”信息页面可显示当前数据库中各通道的连接信息、读取矩阵设备的实时通道连接状态。
通过“LOG记录”，可查看对组/用户的修改操作、组屏、批处理、计划任务、工作站崩溃及重启的等所有非实时切换的操作记录，还可以查看实时切换操作的记录。
3.矩阵实时操作界面（QT端）的应用
启动实时操作界面（QT客户端），可以通过矩阵实时操作界面实时监视所辖组屏的通道连接状态。同时，用户还可以手动切换组屏的通道连接状态、编辑、删除、新建、执行组屏的相关场景。
日常工作中，值班人员通过QT端试试监控各组屏的通道连接状态即可。有临时性的并机任务或转播任务时，技术人员可以直接在QT端上手动切换各通路的连接状态。任务结束后通过手动切换，恢复通路的原始状态即可，既直观又便捷。
另外，QT端具有快照的功能。我们可以在正常播出形态下，将QT端主播出矩阵的连接状态作为一个快照保存下来。当出现WEB故障，造成矩阵多个通路异常切换时，可以调用此快照，快速的将矩阵恢复到正常的连接状态，避免了重新编写计划模板补丁任务的繁琐。
五．综述
在中央台总控系统中采用STUDER公司的ROUTE6000矩阵系统，是综合考虑经济性、实用性、安全性等各方面因素的一个极佳选择。ROUTE6000矩阵不仅满足了日益增长的电台内、外不同形式和不同格式的节目交换、而且还可满足传输需求和多变的广播形式，给我台的节目传输工作带来极大的可靠性、便利性、灵活性。B&P