數(shù)字隧道廣播應(yīng)用探析

張德明　陳信成

摘 要：隧道尤其是高速公路隧道是一個(gè)封閉的環(huán)境，聲音在隧道中傳播時(shí)會(huì)多次反射后疊加，容易導(dǎo)致聲音失真，最直觀的感覺(jué)是聲音變大但不清晰，普通隧道廣播采用多點(diǎn)放大輸出模式，容易造成混音，現(xiàn)場(chǎng)感觀不理想；采用純IP數(shù)字廣播系統(tǒng)和分布式控制模式，消除了傳輸遠(yuǎn)程中的音頻干擾，保證了輸出的統(tǒng)一和同步，能夠?qū)崿F(xiàn)高保真的廣播效果，同時(shí)可以搭建任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的廣播系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：IP數(shù)字廣播；分布式控制；方案特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TN934 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、應(yīng)用背景

現(xiàn)有高速公路隧道系統(tǒng)中，隧道有線廣播系統(tǒng)和隧道緊急電話系統(tǒng)是集成為一套系統(tǒng)的，有線廣播系統(tǒng)緊急電話的光纖通道和功放進(jìn)行音頻傳播與輸出。隧道廣播信號(hào)和緊急電話信號(hào)在控制中心合并編碼，轉(zhuǎn)換于光纖信號(hào)后傳輸?shù)剿淼纼?nèi)緊急電話分機(jī)處，分機(jī)解碼后還原為模擬音頻信號(hào)，經(jīng)功放放大輸出，一般情況下每臺(tái)功放驅(qū)動(dòng)3～4只喇叭，在此模式下，以2.4公里的江北嶺隧道為例，隧道單洞有線廣播系統(tǒng)包含功放12只，喇叭48只（間距50m），設(shè)備數(shù)量多且分散，維護(hù)維修工作量巨大。

經(jīng)實(shí)測(cè)筆者單位管轄范圍內(nèi)隧道廣播，全洞廣播開(kāi)啟后，現(xiàn)場(chǎng)有較大的電流聲，且聲音穿透力不夠，不能清晰分辯監(jiān)控室廣播內(nèi)容。通過(guò)分析高速公路隧道有線廣播系統(tǒng)的諸多現(xiàn)狀，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)了高速公路隧道數(shù)字廣播系統(tǒng)，該隧道廣播信息系統(tǒng)具有如下功能：背景音樂(lè)播放、實(shí)時(shí)通知廣播、交通誘導(dǎo)廣播定制、制度及規(guī)范廣播、素質(zhì)培養(yǎng)編排、實(shí)時(shí)會(huì)議廣播。每套系統(tǒng)可同時(shí)傳輸多套不同節(jié)目。

（a）實(shí)時(shí)通知廣播

通過(guò)音頻轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)時(shí)強(qiáng)制使單個(gè)隧道或多個(gè)隧道接收實(shí)時(shí)通知廣播，滿足通知的及時(shí)傳達(dá)性。

（b）隧道交通誘導(dǎo)廣播

該系統(tǒng)擁有任務(wù)制作模塊，通過(guò)將常用隧道交通誘導(dǎo)用語(yǔ)轉(zhuǎn)換成音頻文件，如“進(jìn)入隧道、請(qǐng)開(kāi)關(guān)減速”，“事故多發(fā)，請(qǐng)減速慢行”等；管理員還可以在編排時(shí)一邊聽(tīng)音一邊加上智能化菜單標(biāo)簽，便于播放時(shí)快速定位以及分段學(xué)習(xí)。

（c）背景音樂(lè)播放

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音終端因具有獨(dú)立的IP地址，可以單獨(dú)接收服務(wù)器的背景音樂(lè)播放節(jié)目。背景節(jié)目播放的操作，管理員可以通過(guò)廣播服務(wù)器軟件進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。

二、數(shù)字隧道廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（圖1）

系統(tǒng)由控制中心、通信網(wǎng)絡(luò)、終端子系統(tǒng)組成。

控制中心負(fù)責(zé)將各類廣播節(jié)目組織為音頻數(shù)據(jù)流，通過(guò)TCP/IP的數(shù)據(jù)通道，采用VLAN通信技術(shù)將音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)廣播。

通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)傳送各類音頻數(shù)據(jù)流，在提供高可靠數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)上，防止異常情況下的數(shù)據(jù)干擾。

終端子系統(tǒng)，將網(wǎng)絡(luò)中的音頻數(shù)據(jù)流解碼，還原為各類音頻節(jié)目，并通過(guò)收費(fèi)亭內(nèi)的壁掛音箱進(jìn)行播放。

2.控制中心設(shè)計(jì)（圖2）

控制中心設(shè)置于隧道中控室，由廣播服務(wù)器、中心控制軟件、話筒組成；是廣播系統(tǒng)的核心組件，負(fù)責(zé)控制全系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

音頻服務(wù)器：由專業(yè)工作站承擔(dān)，安裝于監(jiān)控中心，運(yùn)行廣播控制軟件。負(fù)責(zé)各類音樂(lè)的組織、播放；系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備（音頻解碼器、音頻轉(zhuǎn)換器）的同步、控制、狀態(tài)檢測(cè)。

監(jiān)控終端：即音頻終端（簡(jiǎn)稱終端），用于監(jiān)控各頻道節(jié)目?jī)?nèi)容。

話筒：用于發(fā)布實(shí)時(shí)通知、實(shí)時(shí)講話等。

3.傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（圖3）

廣播網(wǎng)絡(luò)利用現(xiàn)有隧道中控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；考慮到中控網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多功能的網(wǎng)絡(luò)，其上運(yùn)行了各種隧道監(jiān)控業(yè)務(wù)，如區(qū)域控制器聯(lián)網(wǎng)、電力監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)等；而廣播系統(tǒng)本身需要大量發(fā)送各類音頻節(jié)目流，會(huì)產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)流量，各類數(shù)據(jù)流如果不加以控制，會(huì)極大地影響網(wǎng)絡(luò)通信。為減少?gòu)V播系統(tǒng)和現(xiàn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的交互影響，需要為廣播系統(tǒng)單獨(dú)劃分獨(dú)立的虛擬通道（VLAN），以實(shí)現(xiàn)高可靠的運(yùn)行質(zhì)量。

4.終端子系統(tǒng)設(shè)計(jì)（圖4）

終端子系統(tǒng)，由音頻解碼終端、前置放大器、后級(jí)功放、號(hào)筒揚(yáng)聲器組成，負(fù)責(zé)接收控制中心下發(fā)的各類音樂(lè)節(jié)目；由于隧道內(nèi)回聲強(qiáng)、噪聲大，存在大量的電磁干擾信號(hào)，為保證廣播系統(tǒng)正常運(yùn)行，系統(tǒng)采用專業(yè)背景音樂(lè)系統(tǒng)使用的前置放大、定壓后級(jí)功放和號(hào)筒揚(yáng)聲器，在提高設(shè)備抗干擾能力證播放音質(zhì)的同時(shí)，減少了設(shè)備數(shù)量和安裝難度（無(wú)須為每個(gè)音箱敷設(shè)供電電纜和定做各類音頻線線接接頭）。

音頻終端和前置放大、后級(jí)功放左右洞各一套，負(fù)責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)中的音頻節(jié)目，解碼輸入后由定壓功放進(jìn)行放大輸出；設(shè)備安裝于洞口配電房?jī)?nèi)。

號(hào)筒揚(yáng)聲器，負(fù)責(zé)最終音頻信號(hào)的輸出，每200m安裝一組（兩只并排安裝）。

三、方案特點(diǎn)

1.數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，拓樸結(jié)構(gòu)靈活，在網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的任意地方，可以隨時(shí)搭建廣播主控中心，在高速公路營(yíng)運(yùn)管理過(guò)程中，為應(yīng)急指揮、分級(jí)監(jiān)控提供技術(shù)支撐。

2.純IP的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，信號(hào)編碼后傳用以太網(wǎng)絡(luò)傳輸，不會(huì)因傳輸距離的增加產(chǎn)生干擾和信號(hào)失真，只需要保證音源音質(zhì)，即可實(shí)現(xiàn)高保真的隧道廣播系統(tǒng)。

3.設(shè)備數(shù)量小并較為集中，便于維護(hù)維修

隧道內(nèi)號(hào)筒喇叭為無(wú)源設(shè)備，無(wú)須敷設(shè)電源線，安裝簡(jiǎn)單并故障率極低。有源設(shè)備（終端、功放）都集中于配電房，便于日常維護(hù)維修。

4.工程量較小且任務(wù)明確，無(wú)不可預(yù)計(jì)因素

廣播終端、功放安裝于洞口配電房；音箱安裝于隧道墻壁，相關(guān)走線用量降到最低。

四、試點(diǎn)運(yùn)行效果

方案設(shè)計(jì)并經(jīng)行業(yè)內(nèi)專家評(píng)審后，在筆者所轄江北嶺隧道進(jìn)行了試點(diǎn)，監(jiān)控中心安裝廣播服務(wù)1臺(tái)和專業(yè)話筒1只，隧道配電房安裝終端解碼器兩臺(tái)、前置放大兩臺(tái)、1500W純后級(jí)功放兩臺(tái)（左右洞各1套），隧道內(nèi)每200m安裝號(hào)筒喇叭1只，使用YJV2*2.5線纜連接到功放。改造完成后，分別測(cè)試了實(shí)時(shí)講話、固定語(yǔ)音、應(yīng)急廣播等功能，聲音清晰無(wú)失真、沒(méi)有電流噪聲、音量適中，即使在正常行駛的車輛中，也能正常收聽(tīng)廣播內(nèi)容，較原有廣播系統(tǒng)有明顯提高。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)字隧道廣播，將現(xiàn)有廣播系統(tǒng)由模擬系統(tǒng)升級(jí)為數(shù)字系統(tǒng)，順應(yīng)了現(xiàn)在機(jī)電系統(tǒng)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，是技術(shù)創(chuàng)新滿足管理需求的生動(dòng)體現(xiàn)，通比對(duì)比新舊廣播系統(tǒng)，數(shù)字廣播除技術(shù)先進(jìn)、功能全面外，還具有設(shè)備數(shù)量少、位置集中、總體造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)在實(shí)踐中完善設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等細(xì)節(jié)，數(shù)字隧道廣播一定會(huì)成為新的隧道廣播標(biāo)準(zhǔn)。

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