电台AOIP直播总控系统设计

黄健春

【摘 要】AOIP协议是目前最成熟、市场占有率高的网络音频解决方案，全球有超过100家一流的专业音频公司选择AOIP网络音频传输标准，通过AOIP网络音频技术的应用，实现广播电台直播总控系统与国际数字音频技术、广播数字化网络化技术发展潮流同步，为广播电台安全播出提供可靠的系统平台。

【Abstract】AOIP protocol is a network audio solution， which is most mature and has high market share at present. More than 100 world-class professional audio companies choose AOIP network audio transmission standards. Through the application of AOIP network audio technology， the total control system of broadcast broadcasting station is synchronized with the international digital audio technology and the development trend of digital broadcasting network technology， which can provide a reliable system platform for the safe broadcast of radio station.

【關键词】AOIP ； 直播总控系统； 音频智能监测

【Keywords】AOIP； direct broadcast master control system； audio intelligent monitoring

【中图分类号】TN94 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）08-0164-03

1 项目概述

直播总控系统是广播电台重要的技术业务系统，南宁电台现有的直播总控系统已经长期运行多年，其核心设备直播调音台模块、数字音频矩阵、音频监测监控等设备存在系统故障率高发现象，对安全播出影响极大。根据南宁电台的节目播出需要，通过采用AoIP网络音频技术实现直播和总控系统的网络化、智能化的路由切换和监测，AOIP直播总控系统将采用双矩阵架构，实现四套频率节目的直播信号、转播信号的自由切换和调度，实现全方位的监测、查看和管理。

系统建设原则：

安全性原则：满足《广播电视安全播出管理规定》广播中心实施细则的要求，充分考虑系统的安全性和稳定性，具备完善的应急预案和冗余措施，避免因单一节点设备出现故障造成的崩溃式播出事故。

标准性原则：严格遵守我国相关国家标准及国家新闻出版广电总局颁布的行业标准，参照《广播电台数字化网络化建设白皮书》的要求进行设计及实施采用统一的标准和接口规范，以利于系统的维护、扩展、升级。

先进性原则：需要具有技术前瞻性，以音频播出为主，兼顾视频播出；既要满足电台广播模式，还需要同时兼容新媒体技术的融合发展需求，以便于升级扩容从而继续保持其先进性。

2 系统整体架构

2.1 AoIP技术简介

AoIP（ Audio over IP ）是指在普通局域网以IP方式传输高质量音频流的技术，基于3层的IP网络技术，该技术为音频连接提供了一种低延时、高精度和低成本的解决方案。

2.2 系统架构设计

直播和总控系统包括播出信号物理传输网、AOIP音频传输网络、音频信号监测网络、环境与设备监测网络等子系统。本次南宁电台直播总控系统规划设计满足4频率信号的播出，以及4个主直播间、1个备直播间、20路外转的信号传输。

系统架构设计如下：①音频传输网的信号传输分配：以DHD数字矩阵+AOIP网络音频矩阵的双矩阵结构为核心，将各频率直播调音台的输出信号，经过矩阵、智能切换器、音频处理器、光端机，直至发射台。②音频信号监测：对电台各频率音频信号传输过程中，一些关键点的音频信号进行监测监听。通过显示工作站，将所有频率的关键点音频信号显示在大屏幕上。③视频监控：将对直播、导播、走廊等采集的视频信号，通过视频实时录像编码主机与数字总控网络连接，实现监测点与视频画面的联动监视。④机房环境监测：对于各直播间、总控间等关键机房与设备，配置ESM-888状态采集器，对关键设备和机柜等地方的温度、湿度、电压值等进行监测，所有数据均会在超过预设的阀值后进行报警。⑤短信报警：在总控室内部署短信猫、报警音箱、短信模块等设备，配合智能监测服务，可将系统故障信息以短信的方式及时通知技术人员。⑥故障应急处理：在总控室内部署智能音频切换器、矩阵控制站，可根据故障分析和专家库处理结果，自动进行应急切换。

2.3 系统设计特点

2.3.1 基于AOIP网络音频协议的总控和智能监测系统

总控和智能监测系统，可基于AOIP网络音频协议，完成网络音频的路由切换。AOIP网络音频协议，具有无压缩的数字音频信号、更小延时、精密时钟、兼容多种数据互不干扰等优点[1]。

网络音频矩阵、智能切换器、音分等设备，均支持AOIP网络音频协议。这些设备的音频信号可以通过网口输出，在网络上实现音频信号与数据的同网传输。可以实现全网音频信号的网络路由、切换、监测、监听和监视。不仅节省了大量的建设成本，而且简化了全网音频信号的路由逻辑关系，提高系统的工作效率。

通过这些AOIP设备，利用网络传输高保真、低延迟的无损音频流。并且支持网络音频信号、监测数据同网传输，避免总控系统再单独敷设监测网络[2]。因为采用了AOIP网络音频技术，因此可以很方便地通过电脑声卡直接监听网络音频信号。同时，自带声光或蜂鸣报警功能。

2.3.2 采用双矩阵对全台音频信号进行传输、切换和监控

①以数字音频矩阵为信号切换传输主矩阵，以网络音频矩阵为备份矩阵，备份矩阵为并行工作模式，主矩阵具备对自身输入信号进行监测、报警、应急切换功能，备份矩阵则采用监测网络中的任意节点音频灵活的作为代播信号，以此互为备份。②选用CAS音频路由器，使用网线相连形成网络化音频矩阵，每个模块自带DSP和微处理器，可独立工作，大大减少了故障发生的可能性。③主、备矩阵及智能监测代播系统等物理设备独立工作，走不同的交换机、各自具有独立的网络连接，系统间故障不会相互影响。④网络矩阵具有独立的监测及应急代播系统，主备矩阵、各直播间进行在线监测及报警，在总控机房可直观地通过图形界面看到所有直播间延时器的工作状态，一旦出现通路信号故障，可以判断故障原因。⑤从直播间延时器直接输出信号分别送入两台智能音频切换器，并经过不同的传输路由送到发射台。⑥网络矩阵信号通过网络接口输出到智能音频切换器，智能音频切换器可以选择网络矩阵中任何一路信号作为输出信号。⑦主矩阵的路由调度控制、监测报警切换，以及备矩阵的控制、监听、报警、监测信息显示都具有独立的服务器，互相之间绝对独立，同时工作。⑧总控室内所有有源设备前、后设置有塞孔盘，通过快速跳线方式可将输入到总控室的播出信号直接跳接到输出端，为检修、应急或更换设备提供方便。

2.3.3 对关键节点的音频信号的实时监测

实现对全系统关键节点的音频信号进行实时监测，采集网络音频矩阵、智能切换器、音分的输入输出信号，实现对直播调音台的播出信号、外转信号、现场转播信号、智能切换器的主备信号、末级音分的信号等等进行实时监测、監听、监视。

2.3.4 对所有关键音频设备的工作状态进行在线监测、分析和预警

①对主要音频设备的工作状况进行监测和显示，如：调音台的工作状况、调音台主要推子状态、延时器状态、矩阵工作状况、音分设备状况等。②对直播间、导播间、设备机柜的环境温度、工作温度、电源等进行全面的监测和报警。③当出现故障或者异态时，及时进行报警。报警手段包括大屏幕文字显示报警、语音报警、短消息报警、网络报警等。④所有监测参数的报警阈值、报警级别、报警手段均可单独设置。

2.3.5 全方位的图形化的全程监测

对广播播出业务系统的全工艺流程进行全方位的监测，包括播出音频信号监测、播出设备监测、网络设备监测、温湿度环境监测、视频监控等，保证对全面掌握广播系统的运行状态。采用音频监听、视频监看、图形化数据监看、手机短信等多种模式，方便工作人员直观监控整个系统。

2.3.6 对音频系统的故障和异态进行自动紧急处理

通过智能音频切换器、矩阵控制软件，能对音频信号的劣播情况，包括相位、过载、停播等状态自动告警。所有报警日志可自动保存，并且提供打印功能。

2.4 音频信号调度与传输

根据系统架构设计，结合南宁电台的实际需求，实现总控系统的信号传输切换功能：

①将总控系统所有的输入、输出信号利用网络矩阵的环路直通功能汇总到总控机房的数字音频矩阵，用于信号的调度、分配；矩阵的所有输入信号，包括需要应急操作时，均可通过快速跳线方式可将输入到总控室的播出信号直接跳接到输出端。

②直播间共输出三路信号，分别送至DHD数字矩阵、AOIP交换机矩阵及智能音频切换器。经过音频处理后送至发射台。

③以数字音频矩阵+网络音频矩阵的双矩阵系统为核心，实现4路直播信号、2路外转信号及其他扩展信号的路由切换和调用。

④数字音频矩阵输出、网络音频矩阵输出、4路直播信号，直接发送到智能音频切换器，作为其1-4路主备播出信号。当主信号故障时，智能音频切换器根据预设优先级顺序自动切换到下一级正常的备用信号。

⑤智能切换器共有4路输入信号，经预先设置的策略进行智能选择后送至发射台。

3 智能化总控系统功能设计

3.1 音频信号监测

3.1.1 音频信号监测取点

依据南宁台的业务需求，本次智能总控系统的音频监测基于AoIP进行，通过智能监测系统进行监测。具体监测范围如下：各个直播、备播机房音频信号、延时器音频信号、数字矩阵、网络矩阵信号、智能四选一信号、外转、空收信号

3.1.2 音频监测功能实现

基于上述监测点，音频监测功能对各机房或设备通过不同方式实现：

直播间音频监测：由直播间调音台直接接入AoIP网络，通过其AoIP端口实现音频监测。

总控系统音频监测：基于矩阵配置的AoIP 卡、智能多选一设备的AoIP口，实现外转信号、数字矩阵、网络矩阵信号的监测。

空收信号监测：空收信号接入网络音频矩阵，通过网络音频矩阵的AoIP端口实现音频监测。

3.2 设备及动环监测子系统

对直播间、总控机房、设备机柜等的环境温湿度、电流、电压等进行全面的监测和报警。对各关键音频设备的工作状态及重要操作进行监测和记录。当出现故障或者异态时，及时进行报警。

设备及动环监测的主要功能：①部署数据采集终端，通过各种温湿度、电压等传感器，或通过rs232、rs485、GOIP、tcp/IP连接等方式，对主要设备状态及环境状态进行在线监测。②音频设备的工作状况进行监测和显示，如：调音台的工作状况、调音台主要推子状态、延时器状态、矩阵工作状况、音分设备状况等。③对直播间、总控机房、设备机柜等的环境温度、工作温度、电源等进行全面的监测和报警。④对各关键音频设备的工作状态及重要操作进行监测和记录。⑤对各直播机房、总控室以及设备机架的工作环境和工作电压进行实时监测和记录。⑥当出现故障或者异态时，及时进行报警。报警手段包括大屏幕文字显示报警、语音报警、短消息报警、网络报警等。

3.3 网络对讲子系统

网络对讲系统，作为播控中心主控系统的辅助系统，主要用于直播间、总控室各机房之间的信号通联和指挥调度。网络对讲系统对各机房协同工作、日常内部通讯、事故快速联络具有重要意义，能够提高电台运维工作的响应速度，增强快速联络、故障处理、应急维护能力，网络对讲系统使用基于IP技术将对讲音频信号以数据包形式在局域网和广域网上进行传送，属于一套纯数字传输的对讲通话系统，有效解决了传统对讲系统存在的布线复杂、维护管理复杂、传输距离有限、易受干扰等问题。主持人、编辑导播、技术人员只需内通系统对讲终端接入网络即可构成功能强大的数字通讯系统，每个接入点无需单独布线，使用简单，安装扩展方便。

4 总控显示大屏设计

拼接屏显示系统主要用于直播总控系统的信息汇聚显示，用于辅助安全播出应急处理，提升综合展示能力。大屏系统作为监测系统的重要组成部分，主要包含55寸6*2液晶拼接屏幕及支架、24路视频矩阵、控制计算机等硬件。总控与监测大屏显示系统的建成，播控值班人员可以直观地显示全台所有重要的监测信息，能够对整个音视频系统的运行一目了然。大屏可以分为不同的功能区域，每个区域的显示内容可以通过智能化监测系统灵活调整，EQM监测系统的大屏显示包含直播播控传输的音频流程图、设备机架图、矩阵音频显示、音视频综合显示、网络设备监测显示、环境动力信息显示等等。

5 总结

根据上文所述，基于AOIP技术的直播总控系统在确保广播电台安全播出方面提供了有力的支持，实现了广播电台播控中心从AES数字音频到IP化音频的技术升级，在一定程度上简化音频路由，为信号传输、监控、监听、调度提供了更为可靠先进的技术，在设计上使用双矩阵双切换器的网络架构，在安全性、稳定性方面优于原有的系统设计，满足了电台未来播控业务的需要。

【参考文献】

【1】毛桂梅. 广播电台智能化总控监管系统[J]. 甘肃科技， 2014， 30（6）：16-17.

【2】张贤. 苏州广播总控的设计与实现探析[J]. 新媒体研究，2017，3（8）：32-33.