基于“矩陣+AOIP”技術(shù)的簡(jiǎn)潔可靠的智能化廣播總控系統(tǒng)建設(shè)

■ 泰州廣播電視臺(tái)：韓玲

總控系統(tǒng)是節(jié)目調(diào)度和節(jié)目播出的核心，因此系統(tǒng)可靠性是必須考慮的第一要?jiǎng)?wù)，因此“主矩陣+應(yīng)急切換”模式是簡(jiǎn)明、可靠的不二之選。為了進(jìn)一步增加矩陣系統(tǒng)的可靠性和靈活性，許多臺(tái)采用了備矩陣系統(tǒng)，備矩陣系統(tǒng)為節(jié)目的可靠運(yùn)行提供了更加可靠的運(yùn)行保障。

節(jié)目信號(hào)和設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是總控系統(tǒng)重要的組成部分，為分析節(jié)目運(yùn)行質(zhì)態(tài)、快速排除設(shè)備故障提供了有效的技術(shù)手段。

隨著IP技術(shù)的快速發(fā)展，AOIP（Audio Over IP）技術(shù)日益成熟，把音頻轉(zhuǎn)變成數(shù)字流在以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)高保真實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，又能夠通過(guò)對(duì)數(shù)字流信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)為各傳輸節(jié)點(diǎn)提供了準(zhǔn)確、有效的音頻監(jiān)測(cè)手段；與此同時(shí)，由于采用IP技術(shù)傳輸，因此整個(gè)傳輸鏈路中，除了交換機(jī)外，無(wú)需其它設(shè)備，大大節(jié)省了傳統(tǒng)模式下所需的信號(hào)分配、監(jiān)測(cè)等傳輸設(shè)備，同時(shí)布線極為簡(jiǎn)潔，大大提高了系統(tǒng)可靠性和故障排除速度。

1.AoIP技術(shù)簡(jiǎn)介

AOIP從字面上來(lái)看就是A/D轉(zhuǎn)換的IP化，具備低延時(shí)、高保真、無(wú)損不壓縮特點(diǎn)。該技術(shù)因此廣泛用于音頻工作站虛擬聲卡、播控系統(tǒng)信號(hào)監(jiān)控等領(lǐng)域。AOIP技術(shù)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)不同節(jié)點(diǎn)之間的音頻數(shù)據(jù)在同一頻道下進(jìn)行，使得傳輸時(shí)間大大縮短，不僅效率得到提高，傳輸?shù)馁|(zhì)量與容量都得到了極大的提高。AOIP在具體的傳輸過(guò)程中要運(yùn)用到RTP、QOS等的時(shí)候就體現(xiàn)了AOIP技術(shù)的兼容性了。AOIP技術(shù)在QOS服務(wù)的幫助下可以預(yù)防很多問(wèn)題的出現(xiàn)，例如傳輸過(guò)程中常見的時(shí)間久、傳輸質(zhì)量較低等問(wèn)題。AOIP技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展也開始有向廣播播控系統(tǒng)應(yīng)用方面拓展的趨勢(shì)，完全由AOIP系統(tǒng)組成的播控系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，而且不斷被注入新鮮的血液。AOIP技術(shù)歷經(jīng)十多年的發(fā)展，已經(jīng)具備較為成熟的技術(shù)條件，靈活性與準(zhǔn)確性等方面均顯著提升，現(xiàn)階段，AOIP技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在廣播技術(shù)的架構(gòu)中。AOIP技術(shù)能夠在現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)的世界發(fā)揮著巨大的作用也從側(cè)面體現(xiàn)了它的優(yōu)越性是非常明顯的。

2.Dante協(xié)議介紹

Dante來(lái)自于澳大利亞，是目前市場(chǎng)占有率最高的產(chǎn)品，具有非常廣泛的市場(chǎng)，全世界范圍之內(nèi)有100多家公司選擇了這種技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，比如YAMAHA，Harman，DHD，Soundcraft等世界一流的音頻設(shè)備公司，另外它還應(yīng)用于多種大型活動(dòng)的，里面有很多協(xié)議，具有完整的軟硬件的設(shè)計(jì)方法，滿足路由器管理機(jī)制，Dante設(shè)備具有非常好的兼容性。

Dante的特點(diǎn)還有以下幾個(gè)方面，更多的通道和更低的時(shí)延，自動(dòng)查找匹配設(shè)備，省去了IP配置過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)單播，組播。同時(shí)，提供了兩條冗余通道，可以支持PC端和MAC虛擬聲卡，而且直接利用網(wǎng)卡進(jìn)行音頻流傳輸，所有配置都保存在本地上，上電后立即開通。

2.1 AoIP技術(shù)相比傳統(tǒng)的CobraNet優(yōu)勢(shì)

AoIP標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)更加明顯，CobraNet雖然也是以以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)，但是傳輸機(jī)制是以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，雖然它與AoIP有著不同的機(jī)制，傳輸機(jī)制和同步機(jī)制都是獨(dú)有的，不是一個(gè)公開的標(biāo)準(zhǔn)，不管是CobraNet還是AoIP，都有相同的傳輸機(jī)制，除了節(jié)拍包還有Bundle包，都在MAC幀中封裝，更沒(méi)有合適的傳輸協(xié)議，比如UDP和RTP傳輸協(xié)議，所以不能算成AoIP，雖然每一個(gè)設(shè)備在開機(jī)的狀態(tài)下都得到一個(gè)IPD地址，但是并不是CobraNet單獨(dú)所有的，只是為了其他非同步的高層管理軟件使用。

AoIP/AVB比CobraNet具備更大的兼容性和靈活性，CobraNet無(wú)法使用三層的Qos來(lái)配置寬帶，非常容易出現(xiàn)第三方IP數(shù)據(jù)沖突，寬帶問(wèn)題頻發(fā)，所以如果在當(dāng)前存在其他IP業(yè)務(wù)的過(guò)程中，CobraNet就明顯的不穩(wěn)定性，唯一的辦法就是建立局部的局域網(wǎng)，然后完全交付給CobraNet去管理。在實(shí)際工程中通常都是這么做的，CobraNet主要是通過(guò)SNMP進(jìn)行信號(hào)的控制，但是性能非常低，在絕大部分的情況下，通過(guò)創(chuàng)建IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，用于其他的數(shù)據(jù)交換，減少備份冗余，需要開通四個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這樣耗費(fèi)了大量的金錢和精力。除此之外，不同的廠商之間的互聯(lián)是非常不方便的，需要專業(yè)人員進(jìn)行調(diào)試，表現(xiàn)出非常大的兼容性。

2.2 AoIP技術(shù)的前提條件

A/D轉(zhuǎn)換通俗的理解是數(shù)字傳播的橋梁，是系統(tǒng)之間各個(gè)單位之間連接的通道，它結(jié)合了交換與傳輸于一身，是一種多功能便捷的連接口。傳統(tǒng)系統(tǒng)常常因?yàn)榻涌诘墓δ軉我恍远霈F(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，A/D轉(zhuǎn)換的出現(xiàn)完美解決了交換機(jī)系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)的界面模糊不清的問(wèn)題。A/D轉(zhuǎn)換與傳統(tǒng)接口相比，無(wú)疑優(yōu)勢(shì)是巨大的，不需要傳統(tǒng)接口所必須的饋電、振鈴、混合電路等復(fù)雜的繁瑣的步驟，而是能夠從接受信號(hào)的過(guò)程中提取需要的同步信號(hào)，這樣將會(huì)提高工作效率。A/D轉(zhuǎn)換是基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)之間的連接接口，它可以傳輸大量的信息，還包括移動(dòng)站管理、移動(dòng)管理等。這樣的多功能接口更加能夠適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，也可以滿足電信服務(wù)的需求。A/D轉(zhuǎn)換將用戶需要的相關(guān)信息連接起來(lái)，從用戶的側(cè)傳遞開始然后延伸到核心網(wǎng)側(cè)，由于核心網(wǎng)能夠完成控制，在信息傳遞中起到聯(lián)系作用，促使BSS完成相關(guān)資源的合理分配以及無(wú)線信息的傳遞和處理工作。當(dāng)前A/D轉(zhuǎn)換存在的問(wèn)題主要是仍然使用的原有的TDM承載方式，承載控制信息以及用戶的個(gè)人信息和通話的語(yǔ)音資源。特別需要指出的是，A/D轉(zhuǎn)換的連接面雖然名義上屬于BSC和MSC之間的接口，但是由于BSC的物理連接方面比較單一，僅僅和MGW之間存在物理聯(lián)系，因此實(shí)際上是為了MGW所服務(wù)的。BSC和MSC-S之間的A/D轉(zhuǎn)換也是存在邏輯連接的，A/D轉(zhuǎn)換在移動(dòng)軟交換系統(tǒng)的主要功能區(qū)都是有它的影子的，它貫穿服務(wù)于軟交換系統(tǒng)的各個(gè)地方。

但這樣傳輸延時(shí)也會(huì)變得越大，同時(shí)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)損傳輸。IEEE1588實(shí)現(xiàn)了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘加以同步，“網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)”，主時(shí)鐘主要是依賴于周期性和網(wǎng)絡(luò)交換的信息包，結(jié)合時(shí)鐘信息，進(jìn)行延時(shí)測(cè)量，利用偏移量修正本地的時(shí)鐘，這樣理論上能保證時(shí)鐘同步誤差在1μs內(nèi)。其次是帶寬預(yù)留或者網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）。通過(guò)數(shù)據(jù)包劃分不同的優(yōu)先級(jí)，提供不同服務(wù)質(zhì)量，，保證音頻流暢通和較低的抖動(dòng)。最后還有傳輸層、編碼層、控制層等。

3.方案（矩陣加AoIP）

為滿足信號(hào)源的節(jié)目共享以及節(jié)目形式的多樣化需求，在直播間和總控機(jī)房要有多路、考慮信號(hào)的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)入調(diào)出和分配組合能夠靈活自如。系統(tǒng)便于升級(jí)與擴(kuò)展，為今后的發(fā)展留有空間。系統(tǒng)主要是整體的安全性，數(shù)據(jù)的完整性，音頻的保真，便于操作，適用于應(yīng)急管理等層面進(jìn)行分析。

臺(tái)州電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)總控系統(tǒng)可以分為，總控互補(bǔ)調(diào)度子系統(tǒng)、直播子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)管理子系統(tǒng)、外轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、應(yīng)急管理子系統(tǒng)、自動(dòng)切換子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、同步系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)及周邊轉(zhuǎn)播等構(gòu)成；整個(gè)總控系統(tǒng)以同時(shí)運(yùn)行的兩套矩陣多鏈路互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了完整數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化總控系統(tǒng)，一套路由采用數(shù)?；旌暇仃嚕硪惶茁酚山Y(jié)合分布式網(wǎng)絡(luò)音頻路由器構(gòu)建的AOIP網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng)；系統(tǒng)路由互補(bǔ)備份，能統(tǒng)一控制和同步切換，加上智能切換器（由分布式網(wǎng)絡(luò)音頻路由器固化）與音頻處理器混搭、后置應(yīng)急，使任一應(yīng)急播出信號(hào)均能得到聲音的美化；利用智能切換器內(nèi)部?jī)陕冯娮訑[渡單元（一路數(shù)字?jǐn)[渡、一路模擬擺渡）的掉電直通功能和專家分析系統(tǒng)的異常事件觸發(fā)功能，使系統(tǒng)避開處理器斷電不通信號(hào)，讓系統(tǒng)具有了更高的安全性和可靠性。

數(shù)?；旌暇仃嚥捎秒p冗余電源熱備份，使每一通道板卡無(wú)單一電源故障點(diǎn)；每個(gè)通道處理芯片均采用24nm制造工藝，保證每一通道功耗小確保整機(jī)功耗小于行業(yè)內(nèi)同一檔次產(chǎn)品；板卡類型豐富，含有AES輸入/出、ANA輸入/出MADI輸入/出，AOIP輸入/出等，且每個(gè)板卡均支持熱插拔，其中輸入板卡均有環(huán)通接口，便于用戶維護(hù)與更換，讓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、操作直觀方便等特點(diǎn)，便于用戶自行選配和擴(kuò)充特別適合咱們?nèi)珨?shù)字總控系統(tǒng)使用。

圖1

圖2

分布式網(wǎng)絡(luò)音頻路由器是最新款高性價(jià)比網(wǎng)絡(luò)音頻路由器。它融合了多項(xiàng)IT技術(shù)，比如嵌入式技術(shù)，MADI技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，數(shù)字解碼技術(shù)；代表作品有CR100嵌入式音頻路由器，可以作為數(shù)據(jù)采集的設(shè)備，進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)據(jù)收集，另外可以聯(lián)網(wǎng)形成云矩陣系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)廣泛的傳播，播控，傳輸，發(fā)射等系統(tǒng)。

數(shù)模混合主矩陣與分布式網(wǎng)絡(luò)音頻路由器組成了雙矩陣互補(bǔ)調(diào)度平臺(tái)，讓音頻信號(hào)可以在雙系統(tǒng)中任意調(diào)度、路由，優(yōu)點(diǎn)在于它打破了雙矩陣調(diào)度系統(tǒng)冗余特性的同時(shí)讓系統(tǒng)中任一輸入/出端口都存在著在線式互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，再結(jié)合數(shù)模混合網(wǎng)絡(luò)備矩陣的備份，讓安全、穩(wěn)定性提高了一個(gè)平臺(tái)。

總控待播站利用虛擬聲卡技術(shù)將其同時(shí)融入總控系統(tǒng)與工作站系統(tǒng)，配合總控路由管理與專家分析軟件可以將待播信號(hào)應(yīng)急或定時(shí)投放至故障點(diǎn)。

系統(tǒng)中多處運(yùn)用了光纖通訊，我們特地在總控設(shè)備室配置了全模塊化的ODF架將集熔接與配線于一體，具有開放性和可繼承性，跨平臺(tái)跨時(shí)間性，最大限度的高密度化、機(jī)動(dòng)化。

4.系統(tǒng)特點(diǎn)

在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，主要是以數(shù)模矩陣為主要節(jié)點(diǎn)的音頻切換網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合不同的音頻矩陣機(jī)柜實(shí)現(xiàn)了中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，另外分系統(tǒng)主要是采用音頻信號(hào)線纜接收信號(hào)，模擬信號(hào)，AES，具有可靠傳輸，保證遠(yuǎn)距離的傳輸不失真，抗干擾的特點(diǎn)。另外一個(gè)是基于AOIP的網(wǎng)絡(luò)，主要是采用六類線路，采用RJ45接口，采用分布式的網(wǎng)絡(luò)音頻路由器，實(shí)現(xiàn)對(duì)AOIP系統(tǒng)設(shè)置，控制信號(hào)的傳遞，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的分配。

主要實(shí)現(xiàn)下述的功能：

(1)在終端機(jī)與AoIP系統(tǒng)交換控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)傳輸?shù)穆酚晒芾砗鸵纛l信號(hào)處理。

(2)在GPIO、RS232口與網(wǎng)絡(luò)音頻路由器間交換控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍播放設(shè)備的狀態(tài)捕捉及控制。

(3)在終端機(jī)監(jiān)控和顯示AoIP系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)信號(hào)的電平等。

(4)嵌入對(duì)講系統(tǒng)信號(hào)。

AoIP系統(tǒng)主要是匯集了不同的信號(hào)源，不同的種類的音頻采集流，涵蓋了多方面的內(nèi)容，信號(hào)傳遞在每個(gè)鏈路層面，同時(shí)也包含了對(duì)于視頻的監(jiān)控，對(duì)溫度監(jiān)控，濕度監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控，另外也有不同的功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)如下的功能：

可以通過(guò)屏幕看到各種各樣的信息，比如音頻的頻譜，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)圖，頻譜圖，設(shè)備狀態(tài)圖，視頻監(jiān)控圖等。

報(bào)警時(shí)間處理可以完成對(duì)鏈路信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，比如播放的控制，停播，播放，以及對(duì)播出內(nèi)容的分析，發(fā)出預(yù)警日志，如果有應(yīng)急預(yù)案，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換單元，比如矩陣，多選一情況。

由AoIP產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)代播信號(hào)，具備AES/EBU的品質(zhì)，可以通過(guò)不同的方式進(jìn)入到鏈路中，最后完成代播功能。

音頻直接流入工作站，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行慢錄，可以省去很多轉(zhuǎn)化緩解，啟動(dòng)備播工作站信號(hào)源，另外直接加入了播出通道，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)閘與全網(wǎng)信息互聯(lián)互通。

這套系統(tǒng)能夠提供完善的各環(huán)節(jié)信號(hào)調(diào)度、監(jiān)控、報(bào)警、檢測(cè)與補(bǔ)播等附加功能，形成一個(gè)整體，便于維護(hù)、操作和掌握。系統(tǒng)具備高度穩(wěn)定性和安全可靠性。做到7*24小時(shí)工作。具備先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性、全面性、易管理性、高可靠性。

有人擔(dān)心AoIP網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)合在一起是否會(huì)發(fā)生相互干擾或因擁塞而阻斷數(shù)據(jù)，其實(shí)這個(gè)擔(dān)心是多余的：一方面，我們現(xiàn)在建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)是千兆以上的網(wǎng)絡(luò)，所有這些服務(wù)加在一起，相對(duì)負(fù)載其實(shí)并不算高；另一方面，我們有QoS機(jī)制來(lái)保障時(shí)間敏感性數(shù)據(jù)流的優(yōu)先通行，另外還有主備網(wǎng)絡(luò)的冗余來(lái)消除設(shè)備層面及路由層面帶來(lái)的隱患；當(dāng)然，對(duì)播出鏈路信號(hào)，我們也還可以用傳統(tǒng)的AES3或模擬鏈路做異構(gòu)備份處理。

隨著AES67標(biāo)準(zhǔn)的頒布，AoIP設(shè)備得以互聯(lián)互通，廣播系統(tǒng)迎來(lái)了新時(shí)代，它的優(yōu)勢(shì)無(wú)法阻擋，而對(duì)傳統(tǒng)化的改造也顯得勢(shì)在必得。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，泰州臺(tái)廣播總控系統(tǒng)建設(shè)，最終采用“主矩陣+AOIP通道+應(yīng)急切換”模式。一方面，采用主矩陣作為信號(hào)的常態(tài)傳輸；另一方面，采用AOIP通道作為信號(hào)的備用傳輸通道（備矩陣），同時(shí)利用AOIP技術(shù)對(duì)各信號(hào)傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；再加上“應(yīng)急切換”系統(tǒng)，從而有效保障了總控系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，有效提升了傳輸?jié)點(diǎn)信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和靈活性，有效簡(jiǎn)化了總控系統(tǒng)布線，實(shí)現(xiàn)了總控系統(tǒng)傳輸信號(hào)和設(shè)備的智能化監(jiān)測(cè)，稱得上最為簡(jiǎn)潔可靠的智能化總控系統(tǒng)。