基于AoIP 的廣播播控監(jiān)測和信號分配傳輸系統(tǒng)

陳 帥

（江西廣播電視臺，江西 南昌 330046）

1 項目背景

江西廣播電視臺廣播播控完成數(shù)字化播控系統(tǒng)改造后，仍然采用傳統(tǒng)的音頻矩陣為中心的分配傳輸監(jiān)測系統(tǒng)，無法滿足廣播電視臺日益提高的技術(shù)需求，而播控系統(tǒng)的“網(wǎng)絡(luò)化、智能化”為廣播電視臺實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。在此背景下，江西廣播電視臺重新構(gòu)建一個基于先進數(shù)字音頻信號網(wǎng)絡(luò)化傳輸監(jiān)控技術(shù)平臺的智能新型總控監(jiān)測與信號分配播出平臺，以滿足在廣播節(jié)目的錄制、播出、信號調(diào)配、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)中進行人工和智能化控制與監(jiān)測的需要，并能滿足傳統(tǒng)廣播播出轉(zhuǎn)向新媒體播出發(fā)展的需要。

2 系統(tǒng)設(shè)計

廣播播控監(jiān)測和信號分配傳輸系統(tǒng)以“智能化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化”為目標(biāo)，以“設(shè)計結(jié)構(gòu)簡潔，功能強大”為方向，在各頻率直播間和總控矩陣中使用AoIP 技術(shù)的音頻路由器獲取實時音頻信號、電平、相位、調(diào)音臺GPI/O 信號、報警等信息，再借助環(huán)境（溫度、濕度和電源）監(jiān)測、視頻、節(jié)目數(shù)據(jù)庫、工作計劃、日常管理規(guī)范等多維數(shù)據(jù)，以計算機網(wǎng)絡(luò)為操作平臺，通過總控核心交換機傳輸轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)節(jié)目監(jiān)聽、機房環(huán)境監(jiān)視、報警提示、應(yīng)急代播處理、故障診斷分析、信息和操作記錄、技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、生成各類工作報表、定制應(yīng)急預(yù)案、事故自動報告、遠程監(jiān)測等功能[1]。

2.1 系統(tǒng)框架

廣播播控監(jiān)測和信號分配傳輸系統(tǒng)主要以音頻路由器、交換機和數(shù)據(jù)庫為核心設(shè)備，基于AoIP 的傳輸監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。各頻率直播間調(diào)音臺音頻、GPIO 信號送至音頻路由器，音頻路由器通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至總控主備核心交換機，再將信號切入原總控系統(tǒng)。同時，直播間溫濕度、電流電壓、攝像頭等信號也傳輸至總控監(jiān)測交換機。播控中心主備服務(wù)器、各頻率監(jiān)測PC 及外來信號（衛(wèi)星信號）與主備核心交換機、監(jiān)測交換機相連，將所有信息通過大屏系統(tǒng)實時監(jiān)測、報警，如圖1 所示。

所有核心設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)中的控制終端電腦接在同一個AoIP 網(wǎng)絡(luò)中，并建立一個基于AoIP 的網(wǎng)絡(luò)虛擬音頻矩陣，實現(xiàn)音頻信號在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和分配。直播間系統(tǒng)、總控播出系統(tǒng)、外來信號調(diào)度系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)等都具備完善的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)信號監(jiān)聽、監(jiān)測、報警以及應(yīng)急代播功能。為了滿足新媒體信號傳輸，AoIP 網(wǎng)絡(luò)采用千兆光纖或銅纜網(wǎng)絡(luò)連接。整個AoIP 網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)鏈路一樣的播出級音頻質(zhì)量（24 bit 96 kHz）和傳輸延時（點對點傳輸?shù)陀? ms 延時），同時具有方便的路由（信號調(diào)度與應(yīng)急切換信號源選擇）和數(shù)據(jù)分析能力[2]。該系統(tǒng)可以對網(wǎng)內(nèi)傳輸音頻信號的物理鏈路和音頻信號本身的參數(shù)進行實時分析和編解碼，對播出節(jié)目音頻信號質(zhì)量（包括轉(zhuǎn)播信號）進行實時監(jiān)控，監(jiān)控覆蓋范圍內(nèi)的應(yīng)急處理，對故障的發(fā)現(xiàn)、定位、解決提供及時可靠的保障。該系統(tǒng)還能對直播間調(diào)音臺工作狀態(tài)、推子狀態(tài)及母線配置情況、電平信號等進行智能監(jiān)測，對直播間調(diào)音臺全方位監(jiān)控、監(jiān)聽，同時具有數(shù)據(jù)記錄功能，以便故障溯源，情景再現(xiàn)[3]。

2.2 AoIP 總控管理系統(tǒng)

AoIP 總控管理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)對系統(tǒng)中所有設(shè)備進行實時監(jiān)測與管理，對信號進行任意調(diào)度、切換、監(jiān)聽和監(jiān)測，并對所有操作進行記錄。具體功能如下：信號調(diào)度、切換和路由；監(jiān)測、監(jiān)聽任意網(wǎng)絡(luò)音頻設(shè)備的任意一個端口的音頻信號；路由信號的手動切換、定時切換和設(shè)備故障時的預(yù)案自動加載，設(shè)備的工作狀況和信號路由狀況的實時顯示；按頻道顯示通路中不同位臵設(shè)備的工作狀況和信號路由情況；按頻道顯示通路中不同設(shè)備輸出信號的電平、相位、頻譜、響度、李沙育圖形等[4]。直播室高清監(jiān)控視頻、環(huán)境溫度和濕度等采集信號與前述信號相關(guān)信息的綜合顯示與記錄，以及事后追溯，可以自定義報警門限。報警信息的分級管理與預(yù)案處理，停播、劣播時聲光報警，分析故障原因，指出故障位臵，預(yù)案自動加載，信息提示值班人員，相關(guān)日志記錄等；可選網(wǎng)絡(luò)中任意設(shè)備輸出信號，進行16 路慢錄，并實時壓縮成S48 文件，按頻道、時段進行查詢和導(dǎo)出；實現(xiàn)對相關(guān)調(diào)音臺的遠程監(jiān)控、監(jiān)測、控制等功能；對音頻信號內(nèi)容進行比對監(jiān)測，通過內(nèi)容相關(guān)性判斷播出信號是否一致等。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)對信號傳輸系統(tǒng)無任何影響，即使關(guān)閉監(jiān)測系統(tǒng)，音頻傳輸系統(tǒng)中的設(shè)備也可獨立穩(wěn)定工作。

2.3 外來信號采集

總控系統(tǒng)在不破壞原有系統(tǒng)信號流程和路徑的情況下，把外來信號（4 路）接入音頻路由器的輸入LOOP 端，然后再送往下級原有的設(shè)備。這樣即使音頻路由器有故障，甚至關(guān)閉的情況下都有信號送往下級設(shè)備。同時，4 路外來信號被采集到網(wǎng)絡(luò)中，通過軟件矩陣系統(tǒng)調(diào)度信號用于直播間返送。

2.4 信號監(jiān)聽

利用外來信號采集的音頻路由器的輸出端口，我們可以監(jiān)聽任意AoIP 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的音頻信號，采取自動輪聽和手動選擇監(jiān)聽兩種方式。監(jiān)聽選擇器和監(jiān)聽音箱利用廣播電視臺原有的監(jiān)聽系統(tǒng)。

2.5 數(shù)據(jù)分析

通過2 臺服務(wù)器和9 臺終端計算機完成直播間視頻展示，以及音頻信號電平、音頻信號相位、李沙育圖形、AES 時鐘及校驗等數(shù)據(jù)分析。這些信號與視頻信號一同展示在大屏幕上相對應(yīng)的直播間顯示區(qū)域內(nèi)，包括直播間溫度、濕度、供電電壓電流、直播錄播狀態(tài)、延時器狀態(tài)等。

2.6 大屏幕系統(tǒng)

大屏幕系統(tǒng)包括18 塊液晶拼接單元、32×32輸入輸出拼屏服務(wù)器等設(shè)備，具有VGA 和HDMI接口，用于總控各頻率監(jiān)測終端的連接，實現(xiàn)實時監(jiān)測及報警等。

2.7 核心交換機

核心交換機采用帶有網(wǎng)管功能的48 口高性能交換機完成信號的匯聚與分發(fā)。因為AoIP 音頻路由器具有雙網(wǎng)口冗余功能，所以配置兩臺核心交換機互為備份，可以實現(xiàn)AoIP 總控管理系統(tǒng)的單網(wǎng)雙控，保證系統(tǒng)安全[5]。該系統(tǒng)實現(xiàn)了全內(nèi)容的集中化監(jiān)測及信號的分配，包括攝像、溫濕度、電流電壓、調(diào)音臺推子使用狀態(tài)以及主要信號的內(nèi)容比對等內(nèi)容。整個系統(tǒng)可以和主控傳統(tǒng)播出鏈路無縫銜接，傳統(tǒng)鏈路與AoIP 網(wǎng)絡(luò)鏈路獨立工作互不影響，相輔相成，互為備份，構(gòu)建了一個完全可以取代原有傳統(tǒng)音頻傳輸?shù)囊纛l網(wǎng)絡(luò)傳輸分配系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)創(chuàng)新

AoIP 網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)播出網(wǎng)絡(luò)融合設(shè)計，使系統(tǒng)具有傳統(tǒng)鏈路的穩(wěn)定性與易維護特性，同時具有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的易路由、易分配、易分析等特性，創(chuàng)造出獨特的信號分配傳輸平臺、信號監(jiān)測平臺、信號網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)聽平臺、播控智能監(jiān)測和故障分析平臺。

（1）獨特的流程及架構(gòu)設(shè)計。它能滿足系統(tǒng)中各關(guān)鍵點的監(jiān)測、監(jiān)聽及各種信號分配傳輸需要，實時智能分析相關(guān)數(shù)據(jù)，確保在出現(xiàn)突發(fā)信號中斷、播出信號異常、傳輸信號異常等情況時均能確保安全播出。

（2）虛擬網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣。將Studer On-Air 3000調(diào)音臺接入AoIP 網(wǎng)絡(luò)，在每個播出機房調(diào)音臺與AoIP 系統(tǒng)之間建立64×64 通道的音頻傳輸網(wǎng)絡(luò)，使調(diào)音臺可以將任意音源的信號分配到該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，形成一個龐大且可以自由分配的虛擬網(wǎng)絡(luò)音頻架構(gòu)。

（3）信號監(jiān)測。通過AoIP 網(wǎng)絡(luò)實時傳輸高指標(biāo)音頻流，利用終端實時分析真實信號電平、李沙育圖形、相位、頻譜、延時器狀態(tài)等，使得信號監(jiān)測響應(yīng)速度與傳統(tǒng)信號展示具有同等的響應(yīng)時間，展示方便，記錄簡便。同時，基于AoIP 網(wǎng)絡(luò)搭建起廣播監(jiān)測系統(tǒng)，有效提升了廣播的安全播出。

（4）軟件故障溯源。由于采用了網(wǎng)絡(luò)化高質(zhì)量音頻監(jiān)測平臺，相關(guān)展示監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)字化和IP化被記錄和保存。系統(tǒng)通過單一時間軸的選擇，管理軟件對分布存儲于不同服務(wù)器及設(shè)備終端的視頻、音頻、溫濕度、電壓、調(diào)音臺推子狀態(tài)等參數(shù)在統(tǒng)一的界面下進行實時回放，形成全參數(shù)故障溯源單元。

（5）集中軟件管理。大屏控制中心軟件，集中控制各個廣播頻率所屬的管理終端，可以實現(xiàn)遠程管理和軟件設(shè)置的目的，對整個網(wǎng)絡(luò)進行有效監(jiān)測，同時對單個控制終端進行接管和控制，提升整個系統(tǒng)的易管理和易操作性。

4 結(jié)語

國家廣電總局提出的“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟、又安全”的十二字方針是對廣播電視臺技術(shù)工作的最高要求，如何將高技術(shù)、高質(zhì)量的節(jié)目不間斷地推送給廣大人民群眾，一直是廣電技術(shù)人員的主要任務(wù)。江西廣播電視臺基于AoIP 的廣播信號分配傳輸和播控監(jiān)測系統(tǒng)使用至今，圓滿完成了各項復(fù)雜重要的播出和轉(zhuǎn)播任務(wù)，不斷提高安全播出技術(shù)的保障水平，為實現(xiàn)安全播出發(fā)揮了重要作用。