廣播電臺IP AUDIO數(shù)字音頻直播室原理與系統(tǒng)組建

文丨李吉祥 周 寧

廣播電臺IP AUDIO數(shù)字音頻直播室原理與系統(tǒng)組建

文丨李吉祥 周 寧

筆者介紹了基于Livewire技術(shù)的IP AUDIO音頻處理系統(tǒng)，包括Livewire技術(shù)的特點及其應(yīng)用優(yōu)勢，Livewire的系統(tǒng)構(gòu)成，重點介紹了廣播電臺通用IP AUDIO數(shù)字音頻直播室的系統(tǒng)構(gòu)成和設(shè)備構(gòu)成。

廣播電視技術(shù)； 廣播電臺直播網(wǎng)絡(luò)； 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)播音室

IP AUDIO是一種全新的音頻傳輸、處理方式，為音頻技術(shù)的各個領(lǐng)域帶來了一場革命，基于Livewire技術(shù)的Livewire IP AUDIO音頻處理系統(tǒng)有效的利用以太網(wǎng)及其傳輸協(xié)議進行高速、低延時、高品質(zhì)的音頻傳輸和處理，Livewire帶來了全新的音頻制作觀念，在此基礎(chǔ)上，基于IP AUDIO的調(diào)音臺、話放等設(shè)備應(yīng)運而生。目前，在全世界Livewire技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)播音室的面貌。

1 Livewire音頻多播系統(tǒng)簡介

1.1 音頻路由

基于Livewire多播系統(tǒng)，可以在以太網(wǎng)內(nèi)將音頻信號從任意設(shè)備移動到任意目的地，這意味著廣播電臺播音室將告別繁雜的音頻線纜及矩陣切換設(shè)備，不需改線即可實現(xiàn)，任意音頻信號源從任意端口進入系統(tǒng)，就可以被任意數(shù)量的接受端調(diào)用。在Livewire音頻多播系統(tǒng)中，每個音源設(shè)備都有一個文本名稱和唯一的標識ID，每個接收端都可得到可用的音源列表，只需選擇相應(yīng)的名稱和ID，就可以連接到硬件節(jié)點。PC節(jié)點是一臺安裝有網(wǎng)絡(luò)控制軟件的計算機，用戶可通過PC節(jié)點了解整個Livewire音頻多播網(wǎng)絡(luò)狀況和所有設(shè)備信息，調(diào)整設(shè)置參數(shù)。

1.2 系統(tǒng)設(shè)備控制

Livewire音頻多播系統(tǒng)通過GPIO完成硬件設(shè)備的控制，如音源設(shè)備的播放/停止的控制、傳聲器的開/關(guān)控制以及熱線電話的接聽、轉(zhuǎn)接等都可以通過以太網(wǎng)傳輸GPIO控制信號完成。不僅如此，通過以太網(wǎng)，Livewire還可以提供更精密的演播室設(shè)備遙控功能，比如，指定好調(diào)音臺各路輸入通道對應(yīng)的音源后，就可以通過音量推子控制有效的信號傳輸，保證正在使用的音源占據(jù)最大帶寬。

1.3 Pc-based音頻

Livewire系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是，Pcbased音頻可以不經(jīng)過聲卡直接連接到網(wǎng)絡(luò)。這意味著廣播電臺傳輸系統(tǒng)可以直接使用以太網(wǎng)發(fā)送和接受音頻，避免了使用聲卡帶來的失真和噪聲，數(shù)字音頻信號在網(wǎng)絡(luò)上傳輸不會受到串擾和失真等影響。對于廣播電臺，不僅是節(jié)省了聲卡，更重要的是高質(zhì)量的音頻流可以被任意路由，被接收到的音頻可能來源于另一臺Pc或其他硬件節(jié)點，發(fā)出的音頻可能被其它Pc或硬件節(jié)點接收，同一個連接中，不僅可以傳輸雙向音頻，還能同時傳輸控制信號和其它信息。

1.4 聲音質(zhì)量

盡管Livewire系統(tǒng)使用Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸標準，但是該系統(tǒng)僅在局域網(wǎng)中運行，不受公眾網(wǎng)絡(luò)的限制，同時整個系統(tǒng)是嚴格受控的，因此保證了廣播級音頻質(zhì)量。Livewire系統(tǒng)中聲音信號是不壓縮的，使用廣播級48KHz/24-bit PCM編碼，Axia音頻接口節(jié)點具有超過100dB動態(tài)范圍，<0.005%THD和+24dBU動態(tài)余量。在局域網(wǎng)上采用多種手段防止網(wǎng)絡(luò)擁塞、優(yōu)化傳輸路由為多通道、高質(zhì)量無壓縮音頻信號傳輸提供了足夠的帶寬和安全可控的環(huán)境，避免了因為網(wǎng)絡(luò)問題造成的風險。同時由于直接與Pc連接、使用64bit混音引擎和完備的音頻節(jié)點的使用，保證了Livewire音頻多播系統(tǒng)優(yōu)異的音頻質(zhì)量。

1.5 延遲

在Livewire網(wǎng)絡(luò)中同步系統(tǒng)覆蓋了系統(tǒng)中每個節(jié)點，同時在每個節(jié)點上都安裝有PLL系統(tǒng)，用來恢復(fù)和校準同步器，在系統(tǒng)中有一個主同步節(jié)點發(fā)出時鐘信號，當遇到網(wǎng)絡(luò)阻塞或網(wǎng)絡(luò)中斷時，其余節(jié)點會自動準確的接替。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中不同的延遲要求Livewire網(wǎng)絡(luò)采用兩種數(shù)據(jù)流：實時數(shù)據(jù)流使用小而快的數(shù)據(jù)包，滿足對低網(wǎng)絡(luò)延遲的傳輸需要，必須使用專用硬件設(shè)備；標準數(shù)據(jù)流采用Internet標準數(shù)據(jù)流，使用較大較慢的數(shù)據(jù)包，滿足對網(wǎng)絡(luò)延時要求不高的傳輸要求。

2 Axia Livewire數(shù)字音頻直播室解決方案

Livewire系統(tǒng)包括一系列專業(yè)硬件節(jié)點和裝有專用軟件的Pc節(jié)點，還包括以太網(wǎng)交換機。下圖是一個通用Livewire播音室系統(tǒng)解決方案。

2.1 Comrex LiveShotTM（無線傳輸編解碼系統(tǒng)）

Comrex LiveShotTM 是一套借助多種IP網(wǎng)絡(luò)傳輸專業(yè)現(xiàn)場視頻的設(shè)備。專業(yè)電視臺可以用LiveShot在任何地點利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸高質(zhì)量，低延時的視頻信號。LiveShot基于Comrex Access音頻IP編解碼器的成功技術(shù)，并對此技術(shù)進行了拓展，使其順暢傳輸廣播質(zhì)量的現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)流。LiveShot可以應(yīng)用在任何IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括：3G,4G和衛(wèi)星技術(shù)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)連接。Comrex LiveShotTM具有如下特點。

2.2 Element Studio Mix Engine混音引擎

Studio Mix Engine(直播室混音引擎)與網(wǎng)絡(luò)連接，基于Pentium IV主板，運行實時Linux系統(tǒng)，他可以提供極為可靠的調(diào)音臺信號處理。所有Studio Engine的輸入輸出連接都是通過單一個1000M以太網(wǎng)口。每個引擎都帶多個輸入、輸出、減混音反饋、監(jiān)聽信號等。另外，他還可以為多路通道提供均衡并且還有容量支持擴展功能。自動感應(yīng)電源，90VAC到240VAC，50 Hz到60 Hz. 100瓦。機架式安裝，2RU大小。需要預(yù)留一個千兆以太網(wǎng)口連接到Axia網(wǎng)絡(luò)。每個控制界面需要一個Studio Engine。

2.3 Element Broadcast Console

作為整個系統(tǒng)的核心設(shè)備，Element Broadcast Console與傳統(tǒng)調(diào)音臺不同，雖然只用一條網(wǎng)線連到系統(tǒng)中，卻不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)模擬或數(shù)字調(diào)音臺的所用功能，還可以遙控系統(tǒng)中的其它硬件設(shè)備，調(diào)用Pc上的軟件程序。液晶屏不僅可以顯示更多實用狀態(tài)信息，還可調(diào)用適用于直播的輔助工具，如Element桌面觸摸屏時鐘面板，這個可單獨工作的桌面式時鐘面板附件，讓嘉賓、監(jiān)制、主持人可以使用目前只有操作人員才能使用的功能。觸摸屏界面的功能包括：具備數(shù)字及模擬時鐘功能，顯示當天時間；另外可以計算已經(jīng)過去的時間，并帶凍潔及暫停功能；可以作為演出倒數(shù)時鐘，帶調(diào)節(jié)功能。它可以伺服于調(diào)音臺時鐘，也可以作為主時鐘，或獨立工作。Element Broadcast Console需要配合Element Studio Mix Engine混音引擎工作。

2.4 Element Power Station主電源模塊

PowerStation是全集成一體化的直播室解決方案。它集合了音頻I/O、調(diào)音臺電源、混音引擎和網(wǎng)絡(luò)交換機于一個機箱中，使用方便。每個PowerStation主機箱提供：4路模擬輸入和6路模擬輸出；2路AES/EBU輸入和2路AES/EBU輸出；2路話筒輸入，帶可選幻相電源；4個GPIO機器控制邏輯接口，每個有5路輸入和5路輸出；一個集成化網(wǎng)絡(luò)交換機，有10個100Base-T以太網(wǎng)口，4個帶PoE(以太網(wǎng)供電)的100Base-T端口，以及2個的1000Base-T(千兆網(wǎng))端口以（帶SFP接口格式）；強大的電源供應(yīng)；工業(yè)級CPU，專為嚴酷的環(huán)境而設(shè)計，保證設(shè)備穩(wěn)定性。

2.5 Microphone Node話放節(jié)點

話筒信號音頻節(jié)點（Microphone Node）有8路錄音棚級的話筒前置放大器，每路都有幻相電源開關(guān)和軟件調(diào)節(jié)增益。同時提供8路平衡立體聲模擬線路輸出，方便給主持人回傳耳機和音箱需要的監(jiān)聽信號。輸入使用XLR接頭；輸出使用容易安裝的RJ-45頭。Axia話筒信號音頻節(jié)點也可作為多輸入的話放及A/D轉(zhuǎn)換器使用，它還可用作數(shù)字音頻的舞臺接口。

2.6 AES Node數(shù)字節(jié)點

數(shù)字線路音頻節(jié)點（AES/EBU Node）提供8路立體聲AES3輸入和8路AES3輸出。它也可作1x8，2x4，2x8等使用。AES分配放大器使用任意的AES輸入饋送給8路AES輸出。

2.7 Analog Node模擬線路節(jié)點

模擬線路音頻節(jié)點（Analog Line Node）有8路平衡立體聲輸入和8路平衡立體聲輸出，全部使用RJ-45 連接頭。每路輸入都可以調(diào)節(jié)電平，可以適應(yīng)民用級-10dBv或?qū)I(yè)級+4dBu的設(shè)備。

2.8 GPIO NodeGPIO節(jié)點

通用控制節(jié)點（GPIO Node）提供8個用于設(shè)備控制的邏輯端口，每個端口有5個光電隔離的輸入和5個光電隔離的輸出，可以與音源或目的地相關(guān)聯(lián)，提供機器開始/停止脈沖、燈泡驅(qū)動及遠程通道控制。每個邏輯端口都可與一臺設(shè)備相關(guān)聯(lián)，而它會自動與該設(shè)備一起連動。

2.9 Router Selector路由選擇節(jié)點

路由選擇節(jié)點（Router Selector Node）可以讓你選擇Axia網(wǎng)絡(luò)里任意的共享音源。另外，它的音頻輸入很方便就可以將正在播放的音源加入到Axia網(wǎng)絡(luò)。滾動查看可用的音源，或使用8個可編程的“圓鈕”，可以快速訪問常用的音源?？梢钥焖僭L問常用的音源。它有立體聲音頻輸入和輸出，同時具有AES/EBU和模擬接口非常適合在制作室或新聞演播室這類需要同時接收和發(fā)送音頻信號的場合使用。

2.10 PathfinderPC路由控制軟件

專為中小型場所的自動路由控制而設(shè)計。PathfinderPC可以作為控制的中心點，通過IP地址，可以控制最多達25臺Axia設(shè)備。它的功能包括：根據(jù)預(yù)定的事件、GPIO閉合點（GPIO closure）或靜音檢測觸發(fā)（Silence Detection trigger）事件，改變路由或場景(scene)。它有一個服務(wù)器許可證，支持10個PathfinderPC Client或PathfinderPC mini的連接。硬件要求P2-400 MHz (或更高) PC，帶10/100or100/1000以太網(wǎng)NIC，運行Windows XP或Windows 2003 server。

2.11 IC. 20站點對講面板

IC.20是一個20工位對講控制面板，可預(yù)設(shè)20個對講工位，便于快速連接經(jīng)常呼叫的工位。非常適合主控中心（Master Control）或中心技術(shù)區(qū)（TOC）使用。IC.20包括一個鍵盤和對應(yīng)的顯示屏，可方便快速接入系統(tǒng)中的對講站，支持多方通話和自動應(yīng)答功能。鍵盤還可以拔打外線（使用一個可選的電話橋接器）。整個設(shè)備只有2RU高度，功能特性包括：配備有高能見度的10字母OLED（有機發(fā)光二極管）顯示屏，內(nèi)置喇叭，前面和后面的話筒輸入接口，帶鎖定的4針對講耳麥接口，模擬I/O接口具有XLR和兼容StudioHub標準的RJ-45接口兩種方式，控制喇叭mute/dim的GPIO接口和外部線路狀態(tài)指示器，和以太網(wǎng)口用于單線網(wǎng)絡(luò)連接。需要1個空閑的100Base-T以太網(wǎng)端口用于連接Axia網(wǎng)絡(luò)。自動感應(yīng)電源，90VAC到240VAC，50Hz到60Hz，30瓦，機架式安裝。

2.12 Softcom站點對講控制軟件

可以將任何一臺聯(lián)網(wǎng)的PC變成IP內(nèi)通系統(tǒng)的一部分。簡單的用戶界面與IC-20機架單元完全一樣，對20個經(jīng)常使用的工位作了預(yù)設(shè)。具備自動應(yīng)答和免提功能。便捷的下拉工位尋找功能讓用戶馬上可以訪問沒有預(yù)編程的工位，可以將Softcom工具條安裝在本地任意一臺或每一臺PC上。軟件的使用需要與以太網(wǎng)連接，還有聲卡及話筒/頭戴耳機，運行Windows XP或更高版本的軟件，有20MB硬盤空間。

[1]周明輝． 基于IP 的廣播音頻網(wǎng)絡(luò)Axia LiveWire分析與應(yīng)用． 電聲技術(shù)，2010（8）:71-77.

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州730030）