基于IP協(xié)議數(shù)據(jù)的音頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)解決方案

北方聯(lián)創(chuàng)通信有限公司 王 佳

1.前言

目前，國(guó)內(nèi)廣播電臺(tái)自動(dòng)播出系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)很完善。充分考慮到多路、多種信號(hào)在播出過(guò)程能達(dá)到及時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)切換。該系統(tǒng)共包含五套節(jié)目有六個(gè)直播間、四個(gè)自動(dòng)播出站、四個(gè)備用播出站、一個(gè)演播室。多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)和各種來(lái)至現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)等多路音頻信號(hào)需要同時(shí)調(diào)派，這些信號(hào)中又有多種格式的信號(hào)，如：各種格式的數(shù)字信號(hào)；平衡模擬信號(hào)和非平衡模擬信號(hào)。其中非平衡模擬信號(hào)可能又有各種阻抗不同的非平衡信號(hào)。這些多種格式的信號(hào)進(jìn)入到主備控制系統(tǒng)前都要經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后再進(jìn)入到主控系統(tǒng)。主控系統(tǒng)采用全數(shù)字傳輸方式，傳輸格式采用AES/EBU(音頻工程師協(xié)會(huì)/歐洲廣播聯(lián)盟)專業(yè)數(shù)字音頻格式。備用系統(tǒng)采用模擬音頻方式傳輸，傳輸格式采用600Ω平衡模擬信號(hào)。當(dāng)這些信號(hào)經(jīng)過(guò)各種格式轉(zhuǎn)換以后進(jìn)入到主備兩個(gè)進(jìn)口音頻矩陣的輸入端。經(jīng)過(guò)自動(dòng)控制的軟件，按節(jié)目單的設(shè)定就可以及時(shí)、準(zhǔn)確的給每一套節(jié)目的輸出端上提供相應(yīng)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播出。自動(dòng)廣播播出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)播出，也可以做到無(wú)人值守，同時(shí)人工在有授權(quán)的情況下可以隨時(shí)插播調(diào)用節(jié)目播出(應(yīng)對(duì)各種特殊重大的播出)。為保證廣播自動(dòng)播出控制系統(tǒng)能萬(wàn)無(wú)一失，與之對(duì)應(yīng)的自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)和故障緊急自動(dòng)排除系統(tǒng)就顯得尤為重要，當(dāng)出現(xiàn)停播、劣播故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警采取切換播出，保證不停播。故障解決后，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)播出狀態(tài)。本文設(shè)計(jì)出基于IP協(xié)議數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻自動(dòng)檢測(cè)盒控制。

2.方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示：

圖1 音頻信號(hào)采集檢測(cè)方案

(1)輸入音頻信號(hào)和輸出音頻信號(hào)是同一信號(hào)，此設(shè)備在不打開(kāi)時(shí)不影響音頻信號(hào)的輸出指標(biāo)和幅度，打開(kāi)采樣時(shí)不影響輸出音頻信號(hào)的指標(biāo)和幅度。也就是說(shuō)采用高阻取樣。

(2)設(shè)備采用兩種型號(hào)，一種為600Ω平衡模擬音頻信號(hào)輸入，別一種為AES/EBU數(shù)字音頻信號(hào)輸入。

(3)一個(gè)設(shè)備為四組，數(shù)字音頻用卡龍接口，模擬音頻用大三芯接口

(4)用TCP或用戶數(shù)據(jù)文報(bào)協(xié)議(UDP)給計(jì)算機(jī)接口(如有困難可用計(jì)算機(jī)R232協(xié)議來(lái)接口，但每一臺(tái)設(shè)備和每一組信號(hào)要有地址碼，要考慮多臺(tái)設(shè)備和一臺(tái)計(jì)算機(jī)怎么接口的問(wèn)題)

3.技術(shù)分析

按照對(duì)32路語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行控制來(lái)設(shè)計(jì)，每一路進(jìn)行音頻幅度監(jiān)測(cè)和自動(dòng)顯示。

(1)對(duì)每路輸入信號(hào)進(jìn)行定性監(jiān)測(cè)，顯示信號(hào)以彩條方式顯示，可在屏幕上進(jìn)行監(jiān)看。

(2)屏幕有信號(hào)幅度橫線，相鄰彩條以不同顏色區(qū)分。

(3)屏幕上方有告警燈和時(shí)鐘。內(nèi)置時(shí)鐘電池，斷電時(shí)時(shí)鐘正常運(yùn)行。

(4)信號(hào)中斷40秒，機(jī)內(nèi)蜂鳴器會(huì)報(bào)警，同時(shí)告警燈亮，報(bào)警方式和報(bào)警時(shí)間可以根據(jù)用戶要求更改，一般情況分為比較報(bào)警和延時(shí)報(bào)警、即時(shí)報(bào)警三種。

(5)DGN-32D的饋入方式為低頻高阻輸入方式。

(6)本機(jī)留有打印機(jī)接口，可配專用微型打印機(jī)用于打印出停播時(shí)間和恢復(fù)播出時(shí)間，便于記錄停播時(shí)間。

(7)Orban 8500 FM音頻處理器，5段DSP高速處理，內(nèi)置100M TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，帶隔離的GPI接口，可人工/自動(dòng)軟件升級(jí)，內(nèi)置信號(hào)發(fā)生器，內(nèi)置的這時(shí)時(shí)鐘，可以同步鎖定或通過(guò)Internt接口鎖定，主要技術(shù)指標(biāo)：

頻響：20-15KHz；

采樣率：32-96KHz；

動(dòng)態(tài)范圍：數(shù)字：144dB 模擬：110dB4 THD；

失真：<0.01%(20-1KHz)<0.05%(15KHz)，<0.02%(SMPTE)；

系統(tǒng)隔離度：>55dB(20-15KHz)。

4.自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)如下：

(1)控制設(shè)備硬件系統(tǒng)常用標(biāo)準(zhǔn)1U機(jī)箱，便于插入機(jī)柜，后面板如圖2所示：

圖2 控制設(shè)備硬件接口

(2)與計(jì)算機(jī)連接的網(wǎng)線為直連線，連接后可以用PING命令檢查網(wǎng)絡(luò)通不通。

(3)本機(jī)主動(dòng)方式發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)接收主機(jī)的UDP端口應(yīng)設(shè)置為9988。接收主機(jī)以UDP方式讀取四路信號(hào)的電平值時(shí)，讀取命令為0x55 0x43 0xaa。本機(jī)開(kāi)放2個(gè)端口號(hào)：1234和5678，對(duì)于接收主機(jī)的端口號(hào)沒(méi)有要求。在發(fā)送的測(cè)試軟件中選中“按十六進(jìn)制”，在內(nèi)容窗口輸入“55 43 aa”發(fā)送即可獲取。

(4)本機(jī)以UDP方式發(fā)送四路信號(hào)的電平值，AD轉(zhuǎn)換的精度為10位（音頻采樣最大值為519），每路2字節(jié)，共發(fā)送16字節(jié)，順序?yàn)椋篊H1_R、CH1-L、CH2_R、CH2-L、CH3_R、CH3-L、CH4_R、CH4-L。

(5)RS232連接線為交叉線，波特率為9600，一位起始位和一位結(jié)束位，無(wú)校驗(yàn)位，字節(jié)應(yīng)連續(xù)發(fā)送，字節(jié)之間的間隙不得大于10ms。起始字節(jié)為0x55，結(jié)束字節(jié)為0xaa，起始位后的字節(jié)為命令參數(shù)，具體如下：

(a)0x43為讀命令。讀本機(jī)IP地址和子網(wǎng)掩碼(0x01引導(dǎo)的后8位)、接收主機(jī)IP地址和子網(wǎng)掩碼(0x02引導(dǎo)后8位)、發(fā)送間隔參數(shù)(0x03引導(dǎo)后2位)。例如讀出廠設(shè)置(本機(jī)IP：192.168.0.18子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0接收主機(jī)IP：192.168.0.5子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0間隔參數(shù)：200)用串口助手操作如下，發(fā)送：5543AA；返回：55 01 C0A80012FFFFFF00 02 C0A80005FFFFFF00 03 00C8。

(b)0x42為寫(xiě)本機(jī)IP命令。如將（IP：192.168.0.56子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0）配置給本機(jī)操作如下，發(fā)送：5542C0A80038FFFFFF00AA；返回：55。

(c)0x44為寫(xiě)接收主機(jī)IP命令。如將（IP：192.168.0.49子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0）配置給接收主機(jī)操作如下，發(fā)送：5544C0A80031 FFFFFF00AA；返回：55。

(d)0x45為寫(xiě)發(fā)送時(shí)間間隔參數(shù)命令。如將參數(shù)調(diào)整為500操作如下，發(fā)送：554501F4AA；返回：55。參數(shù)為16位數(shù)（最大65535），高8位前。當(dāng)其值小于20時(shí)將停止主動(dòng)發(fā)送，接收主機(jī)只能以UDP方式讀取音頻數(shù)據(jù)。

5.音頻檢測(cè)控制系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)對(duì)整個(gè)播出系統(tǒng)和單個(gè)設(shè)備進(jìn)行了直觀的監(jiān)測(cè)。

(1)32路幅度監(jiān)測(cè)儀把播出信號(hào)、接收信號(hào)、直播信號(hào)顯示在顯示器上。

(2)慢錄系統(tǒng)把每套節(jié)目全天的節(jié)目?jī)?nèi)容錄制下來(lái)，便于以后審聽(tīng)。

(3)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)把整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際接線圖顯示在顯示器上，并把選則監(jiān)測(cè)的點(diǎn)的情況顯示在接線圖上。這樣就讓值機(jī)人員對(duì)每一個(gè)點(diǎn)的情況直觀的顯示出來(lái)，如果某一點(diǎn)出了問(wèn)題就立即顯示在接線圖上。值機(jī)人員就可以直接去檢查這一點(diǎn)。如果不能馬上解決，接線圖上還能給你顯示應(yīng)急的跳線方案。如果還加配了電話通知模塊。出了故障系統(tǒng)將向有關(guān)人員用短信通知?？梢栽诰W(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意計(jì)算機(jī)上顯示系統(tǒng)的播出情況；并通過(guò)遠(yuǎn)程控制矩陣來(lái)監(jiān)聽(tīng)每一設(shè)備的播出情況.這是盈之通獨(dú)家研發(fā)的系統(tǒng)。音頻檢測(cè)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 音頻檢測(cè)拓?fù)鋱D

6.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一年多的系統(tǒng)研制和調(diào)試安裝?；贗P協(xié)議數(shù)據(jù)的音頻在內(nèi)蒙古多個(gè)地級(jí)廣播電臺(tái)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，用戶反映良好，系統(tǒng)具有界面顯示直觀，自動(dòng)控制及時(shí)性和準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。各種模式的音頻信號(hào)數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換成IP協(xié)議數(shù)據(jù)，很好的實(shí)現(xiàn)了廣播通信網(wǎng)和因特網(wǎng)的網(wǎng)際互聯(lián)。

[1]中華人民共和國(guó)廣播電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 214-2006

[2]余紅鋒.基于CobraNet的網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào),2009.