基于Dante網(wǎng)絡架構(gòu)現(xiàn)場音頻系統(tǒng)的設計與實施
——以江蘇衛(wèi)視《非誠勿擾》現(xiàn)場音頻系統(tǒng)改造方案為例

王海越，李昊天

（江蘇省廣播電視總臺，江蘇 南京 210008）

2010年開播的《非誠勿擾》是江蘇衛(wèi)視王牌綜藝節(jié)目之一。其現(xiàn)場音頻制作方面，傳聲器數(shù)量多達37支，調(diào)音師既要制作符合播出標準的音頻信號，又要兼顧現(xiàn)場各個區(qū)域的擴聲信號，這對于調(diào)音師掌控系統(tǒng)的能力是非常大的考驗。同時，對于前期系統(tǒng)的設計而言，由于《非誠勿擾》有許多主持人和嘉賓現(xiàn)場即興發(fā)揮的內(nèi)容，如果音頻系統(tǒng)出現(xiàn)問題導致節(jié)目錄制中斷，主持人和嘉賓的情緒是無法再現(xiàn)的，因此，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了較高的要求。

1 關(guān)于Dante協(xié)議

Dante是一種基于網(wǎng)絡IP的數(shù)字音頻傳輸協(xié)議，具有時鐘精度高、延遲小、信號路由靈活，系統(tǒng)搭建快速簡潔的特點。Dante協(xié)議可以在千兆或百兆以太網(wǎng)中運行，并可以形成復雜的音頻信號路由。在千兆以太網(wǎng)中，每個單一鏈接可以雙向傳輸各512路24 bit量化精度、48 kHz采樣率的音頻信號，或是各256路24 bit量化精度、96 kHz采樣率的音頻信號。在百兆以太網(wǎng)中，每個單一鏈接可以雙向傳輸各48路24 bit量化精度、48 kHz采樣率的音頻信號，或是各24路24 bit量化精度、96 kHz采樣率的音頻信號。

Dante協(xié)議的核心設備是網(wǎng)絡交換機，一臺交換機即可實現(xiàn)系統(tǒng)中音頻設備Dante信號的互聯(lián)互通，其信號路由的設置可以在Dante Controller中完成，或是在調(diào)音臺臺面上完成。交換機基于Dante協(xié)議，配合直觀的操作界面，經(jīng)濟又高效地實現(xiàn)以往龐大的音頻矩陣所具有的功能，讓音頻信號的配置與調(diào)度更直觀、自由。

Dante協(xié)議具有良好的可擴展性。經(jīng)過了十幾年的優(yōu)化，Dante協(xié)議已成為網(wǎng)絡音頻信號傳輸?shù)闹髁鳂藴手?，且實現(xiàn)了與AVB協(xié)議和AES67協(xié)議的兼容，在信號路由和系統(tǒng)擴展的能力上自由度都非常高。當下主流的音頻設備，支持Dante協(xié)議音頻信號傳輸?shù)囊苍絹碓蕉唷?/p>

2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)及設備選型

2.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)與交換機選型

該現(xiàn)場音頻系統(tǒng)架構(gòu)是以交換機為信號調(diào)度核心的Dante網(wǎng)絡架構(gòu)，是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要一環(huán)，支持Dante協(xié)議的調(diào)音臺、接口箱、無線傳聲器系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換器等音頻設備是必不可少的。

對于交換機的選型，為了滿足系統(tǒng)內(nèi)處理144通道輸入音頻信號和144通道輸出音頻信號的需求，選擇千兆可配置型交換機以保障充裕的帶寬。系統(tǒng)中，Dante交換機僅處理Dante網(wǎng)絡音頻信號，不與外網(wǎng)相連，為音頻傳輸預留足夠的網(wǎng)絡帶寬，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？紤]到遠程制作的需求，需要為系統(tǒng)內(nèi)2臺核心交換機配置單模光模塊和單模光纖，以備Dante網(wǎng)絡音頻信號的遠距離傳輸。

基于上述功能需求，且保障系統(tǒng)的穩(wěn)定，在系統(tǒng)配置中，包括交換機、無線傳聲器系統(tǒng)、調(diào)音臺和接口箱在內(nèi)的各類Dante音頻、傳輸設備都采用Redundant（冗余）模式。系統(tǒng)設計共使用了6臺SG350-10MP型千兆交換機，構(gòu)建主備兩條信號鏈路，primary接口連接至主交換機，secondary接口連接至備交換機，系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)如圖1所示，primary接口和secondary接口的連接如圖2所示。網(wǎng)線和交換機的數(shù)量增加了一倍，如果兩條鏈路中的一路出現(xiàn)問題，另一路可以無縫切換，保障音頻信號不會中斷，大大提升了現(xiàn)場音頻制作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

基于交換機的系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)，其中，2臺作為系統(tǒng)的主、備交換機，每臺增加一只單模光纖模塊，并定制專門航空箱（見圖3）；3臺交換機用于無線傳聲器系統(tǒng)建立Redundant模式，設置于無線傳聲器機箱內(nèi)，其中的2臺作為傳聲器Dante音頻信號傳輸?shù)闹鳌浣粨Q機，1臺交換機配置舒爾無線傳聲器系統(tǒng)和無線耳監(jiān)等設備，結(jié)合SHURE WWB軟件，進行無線系統(tǒng)的頻率配置和信號監(jiān)測等；還有1臺交換機用于建立音源的信號路由，其配置服務器、Waves Y16卡、Waves插件，可兼容SOUNDGRID格式網(wǎng)絡音頻協(xié)議，讓現(xiàn)場調(diào)音能夠用到更多錄音棚品質(zhì)的插件。

對于交換機的配置，為確保所有端口的POE (Power Over Ethernet)供電功能，以及節(jié)能功能處于關(guān)閉狀態(tài)，需打開所有的端口并設置在一個編組內(nèi)，使用DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態(tài)主機配置協(xié)議）模式，只要Dante音頻設備連接交換機上，就會自動獲得一個IP地址，可以在Dante網(wǎng)絡中被發(fā)現(xiàn)和配置。

將擴增到的DGAT2基因啟動子片段連接pMD19-T構(gòu)建中間載體，通過雙酶切及連接反應將pCAMBIA1304-35s中的35s啟動子替換成DGAT2基因啟動子，得到promoter-DGAT2-pCAMBIA1304重組載體(圖3)，重組質(zhì)粒通過雙酶切法進行驗證，結(jié)果顯示其片段與目的片段大小一致，載體構(gòu)建完成(圖4)。

圖1 音頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)

圖2 接口箱的primary接口和secondary接口

圖3 Dante音頻系統(tǒng)的主、備交換機

2.2 調(diào)音臺與接口箱的配置

調(diào)音臺作為音頻系統(tǒng)的核心設備，其性能、處理能力和操作界面，直接決定了音頻制作的音頻信號的質(zhì)量和易操作性。在《非誠勿擾》以往的音頻信號制作中，系統(tǒng)配置了2張調(diào)音臺和1臺接口箱，操作時需要兩位調(diào)音師共同完成。主調(diào)音臺為SOUNDCRAFT Vi6，負責手持傳聲器、頭戴傳聲器和多路現(xiàn)場播放素材的音頻信號混合，以及送至轉(zhuǎn)播車和擴聲系統(tǒng)的編組信號分配，合計30路輸入，24路輸出，1臺接口箱；語言調(diào)音臺為YAMAHA LS9-32調(diào)音臺，本身無法添加接口箱，負責24支鵝頸傳聲器的混音操作，需要24路輸入，4路輸出。

改造方案要求：（1）調(diào)音臺數(shù)量精簡，盡量做到1位調(diào)音師和1張調(diào)音臺就能完成操作；（2）增加接口箱的數(shù)量，方便連接舞臺上下場口周圍各工位需要接入系統(tǒng)的設備以及分散在舞臺兩側(cè)的功率放大器和無線傳聲器、鵝頸傳聲器等設備；（3）考慮到兼容音樂類節(jié)目和大型綜藝節(jié)目的錄制需求，要求調(diào)音臺系統(tǒng)具備至少72路模擬音頻輸入，48路模擬音頻輸出，16通道以上AES3音頻輸入，16通道以上AES3音頻輸出，支持Dante音頻協(xié)議。

綜合方案要求及設備性能，系統(tǒng)的控制部分形成了YAMAHA CSD-R7為主調(diào)音臺，YAMAHA QL5為備份調(diào)音臺，以及4臺配套的Rio3224-D2 Dante接口箱為信號交換的架構(gòu)。在日常節(jié)目錄制中，使用CSD-R7主調(diào)音臺進行錄制，一旦其出現(xiàn)問題，立刻通過更換網(wǎng)線的方式將備調(diào)音臺連接到Dante交換機，并調(diào)用對應的場景文件，立刻實現(xiàn)對現(xiàn)場音頻信號的接管與控制。

CSD-R7調(diào)音臺的通道處理方面，最高可以處理120個音頻輸入通道，擁有60個MIX母線，24個Matrix母線，在配置了HY144D Dante音頻卡和Dante接口箱后，可滿足《非誠勿擾》54路音頻信號輸入、24路編組信號輸出的需求，對于音樂類節(jié)目復雜的現(xiàn)場信號制作綽綽有余。在推子數(shù)量方面，該調(diào)音臺臺面擁有38個推子，可滿足《非誠勿擾》經(jīng)常調(diào)整輸入信號放在同一面的推子排布，無需翻層。在效果插件方面，該調(diào)音臺內(nèi)建48種插件，384個插件槽，涵蓋了多段壓縮、光學壓縮、磁帶模擬、基頻提升、模擬均衡以及不同類型的混響、延時等插件，在不依賴外置效果器的情況下，也能滿足語言甚至音樂類節(jié)目的調(diào)音需求。在自動混音和圖示均衡方面，該調(diào)音臺擁有48個GEQ虛擬機架，每個機架2通道，合計96通道；同時，在GEQ機架中可以添加最多64通道的Dugan自動混音插件，對于語言類節(jié)目而言，Dugan插件可以大大減少傳聲器之間的串音，讓語言聽感更清晰，同時大大降低了因為傳聲器數(shù)量過多而導致嘯叫的可能性。在效果處理方面，選用兩張Waves Y16卡，配合Waves Extreme服務器，實現(xiàn)了最多32機架的Waves效果鏈路處理，使處理后的音質(zhì)有錄音棚的品質(zhì)。

QL5作為系統(tǒng)的備份調(diào)音臺，在通道處理方面，其最大可處理64路單聲道及8組立體聲輸入通道，擁有16路MIX母線輸出通道、8個MatriX輸出通道、1個立體聲和1個單聲道輸出通道，也能滿足《非誠勿擾》等語言類節(jié)目的制作需求；在本地硬件接口方面，該調(diào)音臺本地具有32路模擬輸入接口、16路模擬輸出接口、1對（2通道）AES/EBU數(shù)字輸出接口以及2個MY擴展卡插槽，對于通道數(shù)量不多的擴聲制作和節(jié)目錄制，調(diào)音臺自帶的輸入輸出都可以滿足需求，如果通道數(shù)量不夠，可以采用添加Dante接口箱的方式加以擴展；在推子數(shù)量方面，該調(diào)音臺擁有34個推子，支持自定義推子排布；在效果插件方面，該調(diào)音臺內(nèi)置了8個雙通道效果機架，提供54種效果器選擇；在自動混音和圖示均衡方面，該調(diào)音臺提供16個31段雙通道GEQ機架，最多支持16路自動混音，在這一方面對于《非誠勿擾》的節(jié)目制作而言是不夠的，于是配置了1張Dugan MY卡，擴充了16通道的自動混音能力，使其最多支持32通道的傳聲器自動混音。

圖4 安裝完畢的Rio3224-D2 DANTE接口箱

對于接口箱的配置，考慮到《非誠勿擾》工位多、場地大的實際情況，配置了4臺雅馬哈Rio3224-D2 Dante接口箱，該接口箱有32路模擬音頻輸入，16路模擬音頻輸出，8路AES3數(shù)字音頻輸出，如圖4所示。在節(jié)目錄制時，常態(tài)情況下使用2臺接口箱，分別置于舞臺上下場口，如果需要增加額外的輸入輸出信號而現(xiàn)有接口箱的位置又無法滿足時，使用另外2臺接口箱，單獨使用6類網(wǎng)線連接至交換機。

2.3 無線傳聲器的配置

傳聲器作為節(jié)目制作聲音采集的環(huán)節(jié)，是直接決定節(jié)目音質(zhì)的重要關(guān)卡。在以往《非誠勿擾》節(jié)目錄制中，主要使用模擬無線系統(tǒng)SHURE UR系列。在這次改造中，考慮兼顧大型音樂類節(jié)目的無線傳聲器需求，改用SHURE AD系列數(shù)字無線系統(tǒng)對無線傳聲器進行提檔升級。

數(shù)字無線傳聲器技術(shù)是近幾年音頻制作領域頗為偏愛的技術(shù)，與模擬無線系統(tǒng)相比，在音頻質(zhì)量方面，由于少了傳統(tǒng)模擬射頻的壓擴電路，聲音動態(tài)的損失更小；在射頻傳輸方面，由于AD轉(zhuǎn)換模塊置于發(fā)射機中，射頻信號中實際傳輸?shù)臑閿?shù)字信號，其抗干擾能力和糾錯能力更強，每個發(fā)射機所占的帶寬也更窄，頻率規(guī)劃更為方便。

在發(fā)射機方面，使用SHURE AD1腰包發(fā)射機和AD2手持發(fā)射機，配合DPA D:FINE頭戴傳聲器頭、BETA53頭戴傳聲器頭和BETA58手持傳聲器頭使用。這些傳聲器頭是江蘇臺音頻團隊常用的型號，具備大家所熟悉的音色，對調(diào)音制作而言則會有更好的把控。

在接收機方面，使用SHURE AD4Q接收機，每臺接收機擁有4個接收通道，可以輸出模擬音頻信號或者AES3數(shù)字音頻信號，同時該接收機也支持Dante格式的音頻輸出，可以非常方便地接入Dante網(wǎng)絡音頻系統(tǒng)。不論是UR系列的模擬無線傳聲器系統(tǒng)，還是AD系列的數(shù)字無線傳聲器系統(tǒng)，都可以很方便地使用WWB頻率管理軟件，進行射頻信號的規(guī)劃與監(jiān)測。同時，AD4Q接收機還有專門為YAMAHA調(diào)音臺設計的Dante音頻模式，如圖5所示，可以直接被支持的YAMAHA調(diào)音臺識別。

2.4 錄音工作站和信號轉(zhuǎn)換器的配置

在系統(tǒng)的實際設計過程中，有些經(jīng)典的模擬設備，諸如UA 1176、lexicon480混響等，對于音樂類節(jié)目的現(xiàn)場制作都是必不可少的，而且為了獲得較為理想的音質(zhì)，標準線路電平的輸入、輸出和高精度的AD與DA模塊也是必不可少的。為了同時滿足錄音和信號格式轉(zhuǎn)換的需求，配置了1臺AVID MTRX STUDIO音頻接口，其具有2個話放，16個線路輸入和輸出，還有16個通道的ADAT輸入和輸出，在實現(xiàn)64軌Dante信號輸入輸出的同時，還可以進行高質(zhì)量的模擬線路信號、ADAT數(shù)字音頻信號和Dante網(wǎng)絡音頻信號間任意兩種音頻信號的格式互轉(zhuǎn)，也可以作為CUE STATION，對Dante鏈路中任意節(jié)點進行信號檢查，而且不會影響正常的音頻信號制作。

圖5 AD4Q接收機設置的Dante音頻的YAMAHA模式

3 Dante音頻系統(tǒng)的現(xiàn)場架設與調(diào)試

前期充分的準備工作和對設備的充分了解，使整個系統(tǒng)設計方案的實施可以準確、高效地進行，架設與調(diào)試的過程步驟如下。

3.1 在航空箱內(nèi)安裝設備

按照原有的規(guī)劃，為系統(tǒng)交換機、主備調(diào)音臺、接口箱、無線傳聲器系統(tǒng)、無線耳監(jiān)、效果服務器、錄音工作站等設備都專門定制了航空箱，在設備拆封后，將設備分門別類裝箱，對于不需要頻繁拆裝的設備，將線材和電源使用扎帶進行固定安裝并做標記，做到路由明了，簡潔美觀。

3.2 確定現(xiàn)場調(diào)音工位設備的碼放方式

在進行設備碼放前，首先進行調(diào)音工位設備擺放的設計。Waves服務器和錄音工作站由于調(diào)音師需要經(jīng)常操作，在主調(diào)音臺旁空線材箱上搭建臨時工作臺進行架設。系統(tǒng)主備交換機作為系統(tǒng)信號路由的核心，和裝有Dante Controller的系統(tǒng)的筆記本電腦一起置于Waves服務器上。1號接口箱、功放機柜和無線傳聲器機柜擺放在調(diào)音臺右側(cè)，方便與接口箱的互聯(lián)，同時也為轉(zhuǎn)播車現(xiàn)場接口箱預先留下擺放空間。2號接口箱置于舞臺下場口功放柜旁，方便連接13～24號鵝頸傳聲器、下場口側(cè)功放機柜和下場口附近工位的音頻信號。

3.3 設備Dante模式的配置與互聯(lián)

按照設計方案，具備Dante功能的設備都處于Redundant模式下運行。主備兩條鏈路使用兩種顏色的線纜分別連接各設備端口，在所有設備通電后，檢查主備調(diào)音臺、接口箱、無線傳聲器系統(tǒng)的Dante端口配置是否處于Redundant模式，圖6、圖7分別為接口箱、AD4Q接收機的Redundant模式，IP地址是否為自動分配狀態(tài)。對于Rio3224-D2 Dante接口箱，按照其航空箱上的編號，在設置時分別對應地址Y001、Y002、Y003和Y004。在交換機配置正常的情況下，Dante網(wǎng)絡中的設備即可互相發(fā)現(xiàn)并配置。

對于CSD-R7調(diào)音臺而言，由于HY Dante卡在其中是作為擴展卡而存在，所以在輸入輸出的路由配置上需要經(jīng)過兩次路由設置。對于輸入通道，需要先配置接口箱輸入到HY Dante卡的路由，再配置HY Dante卡到CSD-R7輸入通道的路由；對于輸出通道，需要先配置CSD-R7輸出通道到HY Dante卡的路由，再配置HY Dante卡到接口箱輸出通道的路由，這與以往的操作習慣有所不同，但是如果能夠?qū)崿F(xiàn)對物理端口的合理命名，這個配置也會非常高效明確。

3.4 時鐘狀態(tài)的配置和監(jiān)測

對于音頻系統(tǒng)的Dante網(wǎng)絡而言，基于IEEE 1588 PTP時鐘協(xié)議，時鐘精度非常高。然而，一旦時鐘失鎖，音頻信號就會啞音，甚至無法發(fā)現(xiàn)設備，所以，對Dante網(wǎng)絡中音頻設備的時鐘狀態(tài)監(jiān)測就變得尤為重要。

在《非誠勿擾》音頻系統(tǒng)中，指定CSD-R7調(diào)音臺作為系統(tǒng)的主時鐘（見圖8），在調(diào)音臺內(nèi)部，其時鐘源由HY Dante卡提供。在設備正常連接后，在Dante Controller的CLOCK STATUS中監(jiān)測時鐘狀態(tài)，確保系統(tǒng)中只有CSD-R7調(diào)音臺一個主時鐘，其余設備都為SLAVE模式，同時檢查每一個設備的延時情況，確保每個設備的延時都在1 ms以內(nèi)。

圖6 接口箱的Redundant模式設置

圖7 AD4Q接收機的Redundant模式設置

圖8 CSD-R7調(diào)音臺的時鐘源設置

4 總結(jié)

此次基于Dante網(wǎng)的現(xiàn)場音頻系統(tǒng)架構(gòu)是江蘇衛(wèi)視真正意義上的基于網(wǎng)絡架構(gòu)的音頻系統(tǒng)，在實際調(diào)試和使用中，與以往的系統(tǒng)相比，大大減低了布線的難度，信號質(zhì)量高，信號路由自由，在對端口合理命名的情況下，排查問題也很方便；同時，對于音頻技術(shù)團隊也是一次難得的網(wǎng)絡音頻知識學習。在網(wǎng)絡時代，音頻制作的空間更大，對調(diào)音師知識積累的要求也越來越高，因此，網(wǎng)絡知識也應納入音頻工程師需要掌握的專業(yè)知識體系中。