【摘要】洛阳广播电视台在建设新广电中心大楼的时候，结合本台现有技术设备资源，考虑到广播电视系统的融合，以提高广播播控系统的安全性、可靠性、可用性为出发点，利用AES数字音频技术及AoIP网络音频技术设计和建设的广播播控系统，具备了多链路冗余、智能化监测的能力。
【关键词】数字化AoIP智能监测链路冗余
一.引言
洛阳广播电视台原广播总控播出系统使用已经有十年之久，在广播电视技术飞速发展的今天，已经难以满足日益增长的广播播出需求，所以此次以搬迁新大楼为契机，对原有的广播播控系统进行升级。在系统构建初期，我们进行整体分析，反复论证，制定详细的建设搬迁方案，终于圆满完成了新大楼播控系统的升级改造，实现全台五套广播频率音频信号（直播间、外转、转播等信号）的汇集、调度、分配、传输等功能。而在此基础上设计的一套科学的智能化监控应急系统，完成了对广播全程业务的监测监控，包括：工作站状态监测、关键点音频信号监测监听、各机房关键设备监测、系统故障报警、故障分析和应急处理，从而在保证广播安全播出的前提下，使得整个系统的智能化水平达到一个新的高度。
本系统分为总控系统，直播间导播间播出系统，监测系统，信号报警系统等组成，本文将简单介绍各个系统的构成以及功能。
二．总控系统
总控系统由数字音频矩阵和网络音频系统为双核心，通过矩阵管理软件、信号监测软件、信号冗余切换软件等组成。配合视频监控系统、环境监测系统、设备监控系统等辅助系统实现了全面的安全播出管理。
1.数字音频矩阵
总控系统核心硬件选用德国KLOTZ的MCR数字音频矩阵系统，此矩阵架构先进，设计双冗余电源保证安全，最多可接入多达4000*4000路输入和输出，可通过光纤连接到各直播间调音台的光纤板卡，用于音频光纤信号的双向传输，具有专用的控制软件安装于计算机上，实现远程网络监测、配置和信号调度。支持安装Dante网络和标准以太网协议接口，可以无缝结合网络音频矩阵和本地控制网络。
该矩阵提供了20个接口板卡插槽，并有模拟、数字、光纤、DANTE等多种类型扩展板卡可选，支持了目前常用的全部音频接口协议。我们所使用的这台矩阵配备了7块MADI光纤卡，分别连接5个直播间、录制技术区、调频发射台，实现各机房之间的数字音频传输。配备7块8通道AES数字音频卡，分别连接总控机房的外转、传输等周边音频设备。配备Dante网络音频卡2块，可以实现AES数字音频系统与AoIP网络音频系统之间的信号路由。2块广播级DSP处理模块，实现双主控单元冗余能力。目前还有剩余卡槽未使用，方便未来进行扩展。在与发射台的传输链路上，除了采用MADI光纤直连之外，还使用一套6路AES音频编码器，将编码后的数字音频信号与电视播出系统信号复用一台数字微波传输到发射台作为备用传输链路。
2.AoIP网络音频系统
AoIP技术在近几年的各级广播电台总控系统中越来越多的开始应用，此次新系统设计时也考虑了AoIP技术的应用。在诸多AoIP协议中，我们选择了应用最为广泛的Dante协议。Dante协议得到了全球各大知名音频设备厂商的支持，产品线丰富。特别是Klotz的数字矩阵及直播调音台以及杭州联汇公司的音频路由器产品均使用了Dante协议，在互联互通上有最佳的兼容性和便利性。
AoIP网络音频系统的核心实际上是两台全千兆EthernetIP交换机，分别连接Dante设备的A\B网络接口，并通过交换机的堆叠设置，实现设备、线路的冗余。AoIP网络中的调音台、音频路由器、自动切换器、音频工作站等设备可灵活接入网络交换机，通过Dante管理站进行配置和音频信号调度。出于对信号调度需求、音质、延迟等因素的考虑，我们将所有Dante设备的传输通道均设置为16*16，48K/24bit，既能满足调音台对外转信号的需求又保障了低延迟和高品质。AoIP系统的优势还在用将来需要对系统进行扩容的时候，只需要将Dante设备接入交换机空余端口，或扩展IP网络至任意地点均可实现方便、快速扩容。
3.总控系统构成
整个智能化总控系统包括音频信号传输网络、智能化检测网络、视频监控网络等。在保证安全播出的前提下，将音频信号的工艺流程都涵盖其中，包括音频传输网、音频信号的检测、设备状态监测监控、视频监控、机房环境检测等。还有多元的周边设备：收音头、机架式监听报警器、卫星接收机、信号监测站、监测计算机、时钟系统、环境监控系统、视频监控系统等音视频、数字模拟、管理信息数据设备，丰富饱满了广播总控系统的多元化功能模块。而且配置了固态录放机、CD光盘录放机、一播多工作站、3G信号传输系统等设备，提供更多的备用播出信号源。
（1）音频传输网的信号分配
主链路：总控机房的数字音频矩阵，通过MADI光纤通道，即可与发射台矩阵互联互通。总控机房的播出信号，通过此MADI光纤通道，可将高质量音频信号传输至发射台。发射台矩阵同样配置了信号自动冗余切换程序，可按照MADI光纤、数字音频解码器、应急CD的顺序自动切换音频信号送往调频广播发射机。
备用链路：外转信号和其他备用信号，分别输入到数字矩阵和网络矩阵，实现对外来信号的实时切换和传输，并实现电平的在线监测与调整。整个传输链路的关键环节都使用了冗余备份的结构，保证播出安全。如图1所示，直播间传输出来的数字信号到机房的四选一第一路；通过网络矩阵的Dante信号输入到四选一的第二路；一播多应急播出站输出的音频信号输入到四选一的第三路；24小时循环不间断播出的应急固态录放机播放的垫乐信号输入到四选一的第四路。四选一会根据顺序将主输出信号传输到数字微波编码器，通过微波方式到达发射台，从而实现音频传输链路的冗余。
图1主备用链路图
（2）音频信号的监测
在播出信号的传输链路中，通过联汇公司的监测监听工作站，实现对全系统关键节点的音频信号进行实时监测监听。按频道组合显示包括各个频率主要音频信号、直播间视频监视信号，全面显示该频率的所有信息。在彩条监测界面上进行智能化监听可以根据信号类型、所在频道等属性，进行任意的组屏。可实时监测、监听数字音频矩阵、网络音频矩阵的输入输出信号，并进行跨矩阵路由调度。如果出现问题，监测工作站会自动语音报警、屏幕闪红提示，并弹出故障点及应急处理预案的文字内容，从而最快速的发现问题解决问题。
图2EQM-10L监听工作站
如图2所示，监听工作站主要实现对全部音频信号的智能化监听。监听工作站在音量彩条界面上，用即点即显的智能化监听。监听界面可以根据信号类型、所在频道等属性，进行任意的组屏。并在界面上实时显示各路信号的音量彩条。值班员可以非常直观地看到各组信号的状况，并任意选择监听。
图3EQM-10MA音频监测工作站
图3为音频监测工作站，主要实现对整个音频系统关键节点的音频信号质量进行实时参数监测显示。包括直播信号和外传信号的电平、L/R/L+R、相位、失真、AES的7个状态值、采样率及物理连接情况等。网内的所有音频设备都可以通过监测工作站进行实时监听监看。音频信号监测工作站提供多种显示模式，各种显示组合自由切换。可以定时监听监看指定的通道及信号源。当音频信号异常时，系统立即报警并在显示在大屏幕上，本地监听也切换到该通道。同时系统按相应等级进行自动应急切换处理，保证信号正常传输。
（3）设备监测监控
图4设备监测监控图
如图4所示，系统会对整个工艺流程中的重要设备（例如调音台、延时器、数字音频矩阵等周边设备）的工作状态进行实时的在线监测监控，如：调音台主要推子状态、延时器状态、矩阵工作状况、智能切换器工作状况等。通过监测工作站，将设备状态实时反映在大屏幕上，如果出现问题会有语音报警提示，故障设备也会闪红报警。
（4）机房环境监测
在总控机房及5个直播间内分别部署了1台ESM-8数据采集终端和2个电压传感器、温湿度传感器、水浸传感器等环境数据采集前端设备，实现对直播间内环境状态的全面监测。采集到的环境状态数据，通过ESM-8数据采集终端汇聚到总控系统中的EQM智能监测系统。环境监测系统采集到的数据直接显示在总控机房电视墙画面上，方便值班人员监控各机房的环境状况。当环境监测数据超出设置的安全范围时，监测系统还能够实现语音、声光报警，及时告知值班人员进行处理。
图5机房视频检测
（5）视频监看
系统设计对所有直播间、导播间和总控机房等关键位置进行视频监控，同步显示该频率直播间的视频监视图像，可以直观地了解直播间工作状态。配置1台视频监控服务器和20台高清摄像头，所产生的视频流可以在监控管理站上进行实时查看和录像回放。通过视频实时录像编码主机与数字总控网络连接，实现监测点与视频画面的联动。可在总控大屏同步显示该频率直播间的视频监视图像、调音台推子的监视图像，可以直观地了解直播间状态、调音台推子的状态。可以多画面显示各路监控信号，也可以任意放大显示某一视频信号。所有视频通道7*24小时不间断录制，视频保存时长设置为60天。
4.系统设计图（图6）
图6系统设计图
三．直播间子系统
直播间子系统由直播间设备、导播间设备、标准时钟、监听报警设备、环境监控模块等主要设备组成，包括专用桌椅、指示灯、指示牌等设施。
直播间调音台采用德国KLOTZG2调音台，此调音台是由12路推子A、B双层24路音源的数字调音台，由三个推子模块和一个DSP处理、监听模块组成，推子模块由4个推子单元组成。直播间话筒采用的是2只EVRe27动圈话筒，在话筒后端使用了一台话筒激励器，来对主持人的声音进行美化。直播间主要周边设备包括数字音频延时器、两台播出工作站、两台外网工作站、数字导播、模拟电话桥接器、CD、固态录放机等。G2调音台采用了机箱、面板分离设计，之间仅需一根网线连接，方便设备布局。我们为了方便维护和减少直播间环境噪声，将调音台主机、四台工作站电脑主机安放在了导播间的机柜内。延时器、CD、固态录放机、话混等无噪声设备安放在直播桌机柜内。
图7KlotzG2数字直播调音台
这次进行直播间系统设计的时候，考虑到独立的备用直播间绝大多数时间都是锁门空置，为了避免设备资源浪费，我们对导播间设备进行了播出化设计，可实现备用直播间的功能。导播间采用一台8路数字直播调音台，配置一台播出工作站、一支主持话筒、模拟电话桥接器、数字音频延时器等周边设备，相当于一个简化的直播间。这套导播设备在日常工作中还可供节目人员进行资料录入、音频剪辑、节目编排、紧急语言录制的工作，又相当于一个录制工作站。这样的设计实现了设备资源利用的最大话，而且在出现直播间设备故障时，仅需从直播间转移到导播间即可快速恢复播出，大大缩短故障迁移的时间。
2.标准时钟系统
图8直播间系统图
本方案设计利旧台内现有的校时母钟，新增SF12E时码分配器、子钟。10台5寸子钟放在5个直播间、导播间等区域。
图9时钟显示系统
同时，时钟系统为广播各直播间、录制间、相关机房、音频工作站系统、各种系统服务器提供时钟信号，并为直播、录制、走廊、总控、监测、办公网络提供可以个性化更改的校时信号，实现整个系统的时间同步。整个时钟系统以GPS卫星系统中的原子钟时间信号为时间源，精度可达20纳秒以内。
图10
3.机架式监听报警设备
本系统选用联汇DAC-100D数字监听检测仪。部署在导播间，实时监听、监测直播间调音台的主播出信号状态。部署在总控机房，实时监听、监测总控传输系统的关键音频信号状态。
监听检测仪的使用，在提高安全播出水平上有很大的帮助。由于地市台主持人往往还需要进行节目录制、编单等工作，经常会在直播节目间隙到导播间进行一些其它业务工作，如果此时在播节目出现静音时就很难发现。在以前出现直播调音台静音时是靠延时器补乐报警或矩阵冗余报警来实现报警功能的，往往已经造成了错播事故。监听检测仪的使用上，通过设置较短的静音报警时间，及时提醒导播间内人员出现静音故障，及时处理即可避免错播事故的发生。DAC-100D检测仪还提供了反相监测报警、数字信号失锁报警，并内置了一对立体声扬声器及二级插孔方便内容监听使用。
图11
四．结束语
本系统设计在吸取了以往播控系统建设和使用过程中的经验，全面提升系统的可靠性、可用性和可扩展性。双UPS机组、双矩阵并行、多链路传输的设计全面消除了单点故障隐患。将以往的N+1备用直播室方式改变为1+1导播间备份方式，提高了设备利用率，为节目人员带来极大的工作便利。Dante网络的应用，大大提高了音频系统的可扩展性和便利性。智能化监测系统提供了全面的音频、视频及环境监测，能够更加及时的发现和处置问题。安全播出是广播电视的生命线，提高安全播出水平，建设一个完善的播控系统是广播技术部门的重要职责所在。
参考文献
[1]《广播电台数字化网络化建设白皮书(2007)》.2008年1月
[2]张凯.浅谈数字音频网络的发展趋势[J].视听界(广播电视技术).2014年05期