構(gòu)建第四代物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)

陶麗莉

隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)廣播將會(huì)成為第四代廣播系統(tǒng)。

廣播是常見的傳播方式，也是上世紀(jì)20年代開始流行的媒體之一。不過，隨著技術(shù)的演進(jìn)，廣播從最初的模擬廣播到數(shù)字廣播，再到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)廣播，已經(jīng)經(jīng)歷了三代的變革。

一、傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史

廣播系統(tǒng)經(jīng)歷了模擬時(shí)代、數(shù)字時(shí)代（數(shù)控時(shí)間）和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，我們稱之為傳統(tǒng)廣播時(shí)代。在模擬時(shí)代，傳輸?shù)囊纛l信號(hào)為模擬的，幾乎談不上控制，稱為模擬廣播；而在數(shù)字時(shí)代則可以用數(shù)字信號(hào)來控制音頻信號(hào)，但是音頻信號(hào)仍是模擬的，因此也稱為數(shù)控廣播；網(wǎng)絡(luò)時(shí)代則控制信號(hào)和傳輸信號(hào)都是數(shù)字的，較先前兩代有很大的進(jìn)步，組網(wǎng)能力和控制能力大大增強(qiáng)，而且均采用數(shù)字信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)十分明顯。

（一）模擬廣播

廣播系統(tǒng)的歷史是從模擬廣播開始的，因此模擬廣播也稱為傳統(tǒng)廣播。其基本原理是，通過音頻信號(hào)線把模擬功率信號(hào)傳輸?shù)浇K端揚(yáng)聲器上，通過功率放大器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和響亮的揚(yáng)聲效果。

模擬廣播一般分為定阻廣播和定壓廣播，最先出現(xiàn)的是定阻廣播，被廣泛應(yīng)用在村委會(huì)、學(xué)校、礦山等場(chǎng)合。定阻廣播的問題很明顯：不能遠(yuǎn)距離傳輸，隨著距離的增大，信號(hào)的衰退會(huì)非常快，一般200米之外就不響了，這就造成了“遠(yuǎn)處聽不到，近處聽不清”現(xiàn)象。而且，定阻廣播施工需匹配多個(gè)揚(yáng)聲器與功放輸出的阻抗，所以施工相對(duì)復(fù)雜，廣播終端數(shù)量少，而且不能并聯(lián)、擴(kuò)容。

21世紀(jì)初，出現(xiàn)了定壓廣播，其工作原理是將音頻信號(hào)直接放大，基于功率信號(hào)進(jìn)行傳輸。為降低線路傳輸損耗，通過升壓變壓器將其4Ω-16Ω匹配阻抗變換到100V（或110V/220V）定壓方式進(jìn)行傳輸，到終端后降壓轉(zhuǎn)換到4-16Ω的匹配阻抗上并推動(dòng)揚(yáng)聲器。其主要特點(diǎn)是：采用額定電壓，電路施工簡(jiǎn)單，采用并聯(lián)方式安裝揚(yáng)聲器，數(shù)量相對(duì)較多，傳輸距離比較遠(yuǎn)，一般可以超過500米。

模擬廣播的缺點(diǎn)顯而易見：技術(shù)落后，兼容性、擴(kuò)展性不佳；音質(zhì)差、功能單一；廣播的范圍只能是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，可管理性差、無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；無(wú)法滿足遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域廣播需求；安裝復(fù)雜、維護(hù)不便、故障率高，極易出現(xiàn)“一響全響，一不響全不響”現(xiàn)象。而且，由于定壓有線廣播是按照并聯(lián)方式進(jìn)行線路敷設(shè)的，往往會(huì)因某揚(yáng)聲器發(fā)生短路現(xiàn)象而燒壞功放，影響整個(gè)廣播系統(tǒng)。

（二）數(shù)字廣播

數(shù)字廣播指的控制信號(hào)是數(shù)字的，但是傳輸?shù)膬?nèi)容是模擬信號(hào)，因此也稱為數(shù)字控制廣播，或者稱為數(shù)控廣播，其最大的特點(diǎn)是可尋址。對(duì)于信號(hào)采用的是串口方式的數(shù)字化控制，通過RS-232、RS-422或RS-485等來實(shí)現(xiàn)，主要用RS-485來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字廣播的特點(diǎn)：對(duì)于傳輸?shù)膬?nèi)容的控制方式加強(qiáng)了，借助于PC，可以進(jìn)行多種作息方案的控制，但是傳輸速度較慢，而且聯(lián)網(wǎng)功能有限，傳輸距離較短。

（三）網(wǎng)絡(luò)廣播

網(wǎng)絡(luò)廣播較數(shù)字廣播有了進(jìn)步，其控制信號(hào)、通信方式和傳輸內(nèi)容都是數(shù)字的，而且往往是網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)，因此也稱為網(wǎng)絡(luò)廣播。

網(wǎng)絡(luò)廣播的特色是：可尋址、可分組、傳輸距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)化、安全性好。

網(wǎng)絡(luò)廣播的優(yōu)勢(shì)十分明顯：全面兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（包括局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)），無(wú)需另行布線，傳輸范圍較遠(yuǎn)，可以超過幾公里；主要以雙絞線（RJ45）作為傳輸載體，傳輸速度可以達(dá)到100Mbps甚至是1000Mbps（即1Gbps），速度更快；基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，擁有IP地址，可以精確尋址；可以進(jìn)行分組控制，控制方式更為靈活；設(shè)備節(jié)點(diǎn)容量要大了很多，可以實(shí)現(xiàn)多節(jié)目源播放；而且，傳輸?shù)膬?nèi)容為數(shù)字信號(hào)，較模擬信號(hào)有諸多優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)的信噪比高、失真小、動(dòng)態(tài)范圍大；數(shù)字信號(hào)的控制和處理非常精確，精度和質(zhì)量較高；數(shù)字信號(hào)直觀，處理速度快；數(shù)字信號(hào)易于控制和處理，易于網(wǎng)絡(luò)化；數(shù)字信號(hào)可以加密，更加安全。

二、物聯(lián)網(wǎng)廣播的特色

作為網(wǎng)絡(luò)廣播之后的第四代的物聯(lián)網(wǎng)廣播，也是下一代和新一代的廣播系統(tǒng)，其應(yīng)該具備下列特點(diǎn)：

（一）網(wǎng)絡(luò)化并支持多種網(wǎng)絡(luò)

除了控制信號(hào)和音頻信號(hào)均為數(shù)字外，所有的設(shè)備都必須網(wǎng)絡(luò)化，而且要支持包括以太網(wǎng)在內(nèi)的多種網(wǎng)絡(luò)。具體地，物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)所有設(shè)備通過裝入射頻識(shí)別設(shè)備（RFID）、紅外感應(yīng)器、GPS或網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行連接，有線方式包括：以太網(wǎng)、串口（RS-232/RS-422/RS-485等）等，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)則包括Wi-Fi（中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、中國(guó)廣電等）、紅外、RF（2.4G/5.8G/藍(lán)牙/Zigbee等）、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/4G/5G）等。這些廣播設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞，也可以通過云（通信、存儲(chǔ)、計(jì)算）來傳遞和交換信息，并可以實(shí)現(xiàn)廣播功能。

物聯(lián)網(wǎng)廣播不僅支持局域網(wǎng)，同時(shí)也必須支持廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等。即物聯(lián)網(wǎng)廣播可以做到智能感知、協(xié)同處理、泛在網(wǎng)絡(luò)，不僅可以在指定區(qū)域內(nèi)（局域網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)廣播功能，也可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在廣域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)廣播功能，同時(shí)可以利用運(yùn)營(yíng)商的3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)廣播功能。

（二）可尋址、可感知、可反饋、可配置、可管理、可控制

物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)中的所有設(shè)備，包括：音源設(shè)備、功率放大器、均衡器、信號(hào)處理器、主機(jī)、控制器、周邊設(shè)備（分區(qū)器、信號(hào)分配器、前置放大器、監(jiān)聽器、主備功放切換器、消防報(bào)警器、市話接口、網(wǎng)絡(luò)廣播故障檢測(cè)器、網(wǎng)絡(luò)廣播GPS校時(shí)器等）都做到可尋址，狀態(tài)和參數(shù)均可感知、可反饋，所有設(shè)備都可配置、可管理、可控制。

（三）支持云存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)，符合云計(jì)算體系理念

物聯(lián)網(wǎng)廣播包括所有設(shè)備的參數(shù)、編碼解碼器的調(diào)節(jié)參數(shù)、傳輸內(nèi)容等數(shù)據(jù)都可以存儲(chǔ)、處理、調(diào)用、分享，支持云存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)，符合云計(jì)算體系理念。比如，物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)中用戶可以將演講的內(nèi)容，按時(shí)間、地點(diǎn)、演講者、類別等進(jìn)行分門別類的保存，以供隨時(shí)回聽調(diào)用，或者進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。當(dāng)然，如果愿意，也可以添加視頻采集器，這樣就可以將用戶演講的視頻上傳至云，隨時(shí)可以回看。

（四）支持多種操作系統(tǒng)和終端

物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)要支持多種終端，物聯(lián)網(wǎng)廣播不僅可以支持Windows系統(tǒng)，還應(yīng)該支持Linux、mac OS、蘋果iOS、安卓（Android）等操作系統(tǒng)，可以做到跨系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廣播功能。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)不僅可以支持PC軟件，還可以支持網(wǎng)頁(yè)（瀏覽器）和移動(dòng)App（蘋果iOS和安卓等平臺(tái)）來管理、應(yīng)用廣播功能。需要同時(shí)支持包括手機(jī)、平板、智能設(shè)備等在內(nèi)的多種終端。

物聯(lián)網(wǎng)廣播不僅可以支持傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)，還應(yīng)該支持B/S架構(gòu)，以在不同架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)廣播功能。

（五）兼容模擬信號(hào)并實(shí)現(xiàn)同步采樣與傳輸

物聯(lián)網(wǎng)廣播中所有設(shè)備必須數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，但是目前模擬設(shè)備仍然大量存在，比如：麥克風(fēng)、卡座、磁帶等，甚至MP3、CD、VCD、DVD等數(shù)字播放設(shè)備的音頻輸出也均為模擬信號(hào)。

而在物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)中，往往需要在同一時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同設(shè)備上播放由這些多個(gè)模擬設(shè)備產(chǎn)生的多個(gè)不同的模擬信號(hào)，這樣的應(yīng)用場(chǎng)景很多，諸如：教育行業(yè)，在晨會(huì)結(jié)束后，學(xué)校分管不同年級(jí)的相應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)需要通過麥克風(fēng)對(duì)不同年級(jí)學(xué)生講話，又比如在英語(yǔ)考試時(shí)，需要通過各卡座對(duì)不同年級(jí)學(xué)生播放難易程度不同的聽力內(nèi)容等；體育行業(yè)，舉辦運(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)，針對(duì)不同的賽事，主辦方和裁判需要通過麥克風(fēng)對(duì)不同賽事的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行講話，解說員也需要針對(duì)不同的賽事進(jìn)行解說等。

而要實(shí)現(xiàn)多個(gè)模擬信號(hào)的播放，必須能夠先對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)同一時(shí)間進(jìn)行數(shù)字化、壓縮和傳輸，之后才能播放，其中數(shù)字化則包括：采樣、保持、量化和編碼四個(gè)過程。

擁有多個(gè)模擬信號(hào)的同步傳輸，將極大地提升系統(tǒng)性價(jià)比，無(wú)需重新鋪設(shè)一套或多套模擬信號(hào)的廣播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)原有的模擬設(shè)備都可以直接用在物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)上，對(duì)原有的系統(tǒng)改動(dòng)很小甚至幾乎沒有任何影響。

（六）特征識(shí)別智能判斷

物聯(lián)網(wǎng)廣播還可以根據(jù)播放節(jié)目的特征進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)這些作出不同的動(dòng)作，比如：節(jié)目源的風(fēng)格、長(zhǎng)度、所屬專輯等。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)廣播不僅可以實(shí)現(xiàn)物物互連，也能夠支持智能感知，比如：可以根據(jù)周邊的噪聲的情況來決定揚(yáng)聲器的聲壓，從而提升整體廣播的信噪比；可以根據(jù)當(dāng)前的氣溫情況，來決定是否執(zhí)行學(xué)生跑步計(jì)劃；可以根據(jù)當(dāng)前的天氣情況，來決定執(zhí)行是否執(zhí)行學(xué)生出操計(jì)劃等。

（七）保障物聯(lián)網(wǎng)廣播的安全

在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)廣播的過程中，會(huì)涉及很多應(yīng)用，比如：統(tǒng)一動(dòng)員講話、發(fā)布緊急通知、英語(yǔ)聽力內(nèi)容播放等。如果由于種種原因而造成了系統(tǒng)癱瘓，無(wú)法正常地完成上述任務(wù)，就會(huì)影響到正常秩序。

因此，物聯(lián)網(wǎng)廣播的安全問題也是必須考慮的。雙線廣播+主備功放與無(wú)縫切換：隨著廣播數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的不斷加快，很多單位都用上了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播，但是為了穩(wěn)定、安全，也為了做到法規(guī)遵從，在物聯(lián)網(wǎng)廣播系統(tǒng)中配置了模擬定壓廣播系統(tǒng)。而且，定壓廣播系統(tǒng)中的功率放大器具備主從備份與切換功能，一旦主功放出現(xiàn)問題時(shí)，可以無(wú)縫地切換到備用功放。

離線模塊+帶障運(yùn)行：物聯(lián)網(wǎng)廣播需要具備離線模塊，即使在斷網(wǎng)或出現(xiàn)其他故障時(shí)，作息項(xiàng)也能得到執(zhí)行，音頻文件也能得到播放。物聯(lián)網(wǎng)廣播在支持常規(guī)的有線以太網(wǎng)絡(luò)和WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)外，還支持3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)，可以將作息項(xiàng)和音頻文件等離線到廣播終端中，廣播終端支持最新的SDUC標(biāo)準(zhǔn)的MicroSD卡，理論上可以支持128TB容量，最高速度可達(dá)985MB/s，足夠保存作息項(xiàng)和音頻文件等。由于5G基站電磁波信號(hào)采用了非常高頻率的毫米波（mmWave），不容易產(chǎn)生衍射效應(yīng)，因此其覆蓋面將不及4G/3G基站。

針對(duì)此情況，電信運(yùn)營(yíng)商采用了微基站技術(shù)和多天線技術(shù)來解決。但是，采用離線模塊，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋正常時(shí)，將數(shù)據(jù)離線到廣播終端中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋不及時(shí)，則不影響廣播系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這是非常不錯(cuò)的解決方案。

故障檢測(cè)與報(bào)警：物聯(lián)網(wǎng)廣播在運(yùn)行時(shí)，會(huì)遇到很多不可預(yù)料的問題。因此，需要配置廣播故障檢測(cè)器，實(shí)時(shí)記錄廣播終端工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，可以主控軟件或移動(dòng)APP警示用戶或者蜂鳴器報(bào)警，以便隨時(shí)掌握情況，并啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

（八）展望未來的廣播系統(tǒng)—人工智能廣播

人工智能廣播是未來的發(fā)展方向，其特征是可以添加更多的傳感器，并能夠模擬人大腦的思維，作出智能的判斷和決策，而且會(huì)產(chǎn)生更為高級(jí)的動(dòng)作，包括并不屬于廣播系統(tǒng)內(nèi)的“跨界動(dòng)作”，比如：打開/關(guān)閉某些設(shè)備，諸如智能燈、電視、冰箱、空調(diào)等；改變?cè)O(shè)備的狀態(tài)，諸如智能燈的亮度、電視機(jī)的音量、冰箱的溫度、空調(diào)的模式等。

人工智能廣播的感知能力有了更大的擴(kuò)展，不再是“冷冰冰物的感知”，而是有了更強(qiáng)的感知能力，比如：使用者的生理特性，包括指紋、聲紋、靜脈、掌型、虹膜、視網(wǎng)膜、聲音、人臉、耳廓、DNA、體味等；使用者的行為特征，包括簽名、走路姿勢(shì)、擊鍵節(jié)奏等；現(xiàn)場(chǎng)地理位置特征，包括學(xué)校、家庭、茶館、酒店、會(huì)議室等；現(xiàn)場(chǎng)天氣特征，包括空溫，當(dāng)前季節(jié)，當(dāng)前時(shí)刻等，并且可以根據(jù)這些作出不同的行為。