高清转播车中IP化音频系统的设计及应用

现如今越来越多的电视台都在做高清转播车，因其具有灵活、机动等特点，只需在现场就可进行实况转播、录制及编辑等工作，像是一个移动的小演播中心，而且可活动的范围也很大，不仅可在演播厅进行转播及录制也可外出做现场转播及录制。对于地方台的使用来讲性价比是很高的。故我台于2017年制作了一辆12米长的13讯道高清转播车，该车主要用于外出，对各种大中型的体育及综艺节目进行直播和录制。另外还担负着台内演播厅的节目录制和直播工作。该车在满足安全优质制作、安全播出的基础上，还具有一定的新技术的设计和应用。其中包括新的AES67协议下的IP化音频网络技术。

在该转播车的设计阶段，经过我们调研，发现新协议下的IP化音频技术刚刚兴起，而对于新的转播车系统构架是否采用这种新的技术对于我们使用者来说成了一个难题。

首先对于传统的转播车音频系统来讲主要包括：音频信号输入部分（信号输入所需的传输设备和信号分配设备）、音频信号控制和调节部分（调音台和音频周边设备），音频信号输出部分（监听、外部接口板、录像机、加嵌器），音频系统的同步由系统本身的同步设备和与视频相关的同步设备组成。在模拟时代，大多数转播车的车内音频系统相对简单。通常情况下，现场扩声调音台的合成信号发送到转播车，然后通过车载调音台与观众效果话筒混合，然后输出到传输和录制设备，以完成录制及直播工作。但事实上，使用这种方法，转播车只能控制信号的存在、不存在和大小，但无法控制信号的平衡，因为现场调音台会调整现场扩声系统。现场信号的良好效果并不意味着转播车上音频信号的效果必然良好。因为录制过程中的平衡调整与扩声过程中的平衡调整有所不同。在考虑现场效果的情况下，无法通过现场调音台提供适合的多路音频信号。数字时代的来临完美的解决了多路信号传输的问题。一直延用至今的MADI传输协议可通过光纤传输128路的数字音频信号，也改变了现场扩声系统与转播车调音台的传输方式。信号从远程接口箱输出的主、备MADI信号通过主、备光缆将数字音频信号从远距离送至转播车载接口箱，车载接口箱将信号分配给主调音台和备调音台。主、备调音台的输出信号也可通过车载接口箱利用光缆送至远程接口箱。除光纤传输通道以外，还须有一条多芯模拟音频电缆，既可以将远端信号直接送入车载接口箱，供主、备调音台调用。MADI的信号传输方式一直很稳定也很成熟是一种很好的选择。但是随着新的IP协议传输技术的出现，已有完全取代MADI协议的趋势。IP化的数据流传输方式将省去转播车内的很多音频分配设备和模拟及数字线缆，使系统看上去很简洁，信号调度也非常方便。而且随着4K电视技术的到来，视音频的IP化是实现4K的基本条件。

当时在该转播车的设计阶段，经过我们调研，发现新协议下的IP化音频技术也是刚刚兴起，而对于新的转播车系统构架是否采用这种新的技术对于我们使用者来说成了一个难题。

经过我们了解，当时国内还没有应用此项新技术的转播车，也没有什么可以参考的成功案例。在系统设计初与各厂商的技术交流过程中，就有两种声音，一种认为，新的IP协议已出，IP化的音频是以后发展的趋势，如果不采用IP化系统，新的转播车过几年会因无法适应市场而被淘汰。另一种认为，IP化的东西还不成熟没有成功案例，系统不稳定，出现故障不好排查，系统设置麻烦。这给我们使用者出了一个难题，到底该怎么选呢？经過我们的讨论和对自身台内的技术力量的评估，首先确定转播车的系统构架应该以安全性和可靠性为第一要素，其次考虑先进性和可发展性，如果完全采用新技术对于操作人员的要求会整个拔高，而且实际应用中一旦出现问题，解决起来会有风险，不容乐观，工作压力相对也会提高。

综合考虑，在这么一个传统技术向新技术转变的过度时期，为了能够较安全和平稳的过度。我们最终决定采用以传统的系统构架为主，以IP系统为辅的转播车音频系统，既满足了安全性而且具有一定的扩展性，在未来IP技术成熟时能将系统升级为全IP系统。采用这种系统构架有以下几个优点：

1. 传统模式下的音频技术已经非常成熟在各种大型节目直播和录制活动中都有广泛的应用和成功的案例。具有很高的安全性和可靠性。

2. 采用传统模式可以方便地与台里原有系统及转播车进行级联完成各种信号交换，配合完成大型转播任务。具有良好的兼容性。

3. 在传统模式的基础上引入IP化架构可提前适应及感受以后音频技术发展的需求。具有一定的先进性。

4. 提前学习和了解一下IP网络化音频的特点，为迎接未来全面IP化系统的应用做好准备。

在确定了这个大方向后，对于系统中的设备选型就可以有目地的进行了。为了契合我们的想法，并将我们的理论变为现实，接下来就需要有能满足要求的硬件来支持。

作为整个音频系统的核心设备，调音台无疑是我们的重点考察对象。经过我们对国内乃至世界主流调音台产品的应用情况、稳定性、操控等方面的考察后，选定了LAWO的mc?56调音台作为主调音台。用YAMAHA的QL1作为备调音台。原因如下：

1. LAWO以传统的双星型结构搭建系统。以核心设备NOVA73为主，具有主、备双电压源，双DSP处理卡，两块核心路由卡。在故障时可自动切换实现无缝衔接。所有DALLIS接口箱为双主卡，可实现无缝切换。安全性可靠性高。

2. 操作界面友好，具有触摸屏，上手容易，路由功能强大。

3. LAWO机箱内所有接口卡和接线在前面板，可进行热插拔，便于维护和检修。

4. LAWO通过Ravenna接口可进行128个通道的信号传输，并支持新的IP协议（AES67）。具有开放的拓展接口。

5. YAMAHA的QL1调音台性价比高，并具有主、备两个DANTE接口，可同时进行32路入和32路出的信号交换，支持新的IP协议（AES67）。

通过选型我们先确定了传统模式下的系统构架。如下图：

远端接口箱以MADI的方式用主备光缆与NOVA73连接互通信号，车内接口箱以Ravenna协议（兼容AES67协议）用主备网线与NOVA73连接互通信号。备调音台QL1以AES数字音频线与NOVA73连接互通信号。信号通过远端接口箱，或车内接口箱，送入NOVA73音频矩阵，音频矩阵可将未经处理的信号直接分配给备调音台，备调音台处理信号后输出备信号，防止主调音台操作界面或车内接口箱故障丢失主输出信号。

这是一个传统的双星型连接方式，对于星型中的核心设备 NOVA73采用两块核心路由卡实时无缝主备切换，具备双电源冗余备份。而两个DALLIS机箱内双主卡具有MADI接口和Ravenna接口，且具有无缝切换功能。简单来说信号由远端或车内接口箱接入NOVA73后，可以分别将信号分配给主调音台和备调音台，经过调音台信号处理，主信号由NOVA73送出至主加嵌器，备信号由QL1备调音台送出至备加嵌器實现相互备份。

在该系统具有一个完整并独立的传统构架后，可以保障在任何突发情况下音频系统都可正常工作，提升了安全性和可靠性。

随后我们在此架构的基础上增加了一个小型的IP化构架，使系统能兼容IP协议的信号和MADI信号的交换。形成了我们现在所用的系统构架。如下图：

在传统构架的基础上增加一个以主、备交换机为核心的星型网络构架，在这个小星型局域网内，任何设备将音频信号以IP数据流的方式发送至主、备交换机组建的局域网内，那么在网内的任何设备都可以取得该信号。备调音台可以通过DANTE接口（兼容AES67协议）得到网内任意的32路信号和送出32路信号到网内。AMADI4能将MADI信号转成AES67协议信号，然后通过主备交换机共享给所有在网内的设备，主调音台和备调音台都可以取得该信号。并且任何其他系统的MADI信号都可以通过此方式接入转播车系统。

总体来说，该音频系统采用传统双星型和先进的IP化网络架构，具备完整和独立的主备系统，保证了录制和直播的安全性，并具备多通道音频录制能力及5.1监听能力。在确保安全的基础上，兼容模拟、数字及MADI信号和AES67格式音频信号的接入、传输、调度;可以与其它转播系统和音频系统以IP的方式或MADI的方式进行级联。系统在先进性、安全性和兼容性方面都有很好的体现。也比较契合我台现阶段的转播车使用情况。

在未来IP化网络技术成熟的情况下，该车的音频系统可以升级为全IP化的音频系统。而主备调音台无需做任何硬件改动。如下图：

未来的成熟IP构架，采用双交换机互为备份，所有设备通过交换机共享信号，来自视频放机和外来的信号也是AES67协议的信号。

对于IP构架下的音频系统其特点就是可以实现信号的共享。并能通过一根网线传输音频、控制及同步信号，能够双向传输多通道音频。在基于IP的音频系统的信号传输中线缆不再需要一一对应的关系，信号也没有绝对的来去路由概念，每个设备通过网口均可以发送数据流到交换机，发送到交换机的数据流可被每个设备所调用。

在新的转播车投入使用的这几年我们也确实感受到了新的IP化的音频系统给我们带来的优点，如在环湖赛和大型演出的直播中，多路话筒的备份就可以通过AES67送至备份调音台进行备份，无需通过信号分配设备来分配进行备份。但在新车系统的使用过程中也出现了几次故障，大概一年会有那么一次，虽然故障率不高，但还是如设计初我们所担心的，故障发生后解决起来很难。因为故障都发生在交换机上，有时在给车内系统加完电发现IP协议的信号送不到主备调音台了，询问厂家是因为交换机的数据流丢失，要重新设交换机的数据流。这对于音频工作者就有点棘手。通过这几年对新转播车系统的使用印证了我们当时的考虑是正确的。如果我们做了纯IP的系统，发生这种故障后我们并不能在第一时间及时的排除故障，有可能会影响到节目的正常录制。所以在系统的安全性上我们的选择是对的。并不是说IP的系统不好，毕竟是发展阶段，在选择上要留有余地。IP系统有自身的优势，但在选择上还需要理智，使用者自身也应对技术力量有个准确的判断。

随着近几年IP化技术的发展以及视音频兼容的2110协议的出现，真正全IP化的时代已经到来，我也相信未来的IP技术会越来越成熟稳定，也一定会取代传统的技术模式。通过此次在转播车中对IP化音频系统架构的应用，使我们看到了未来网络化的可能性及其所带来的便捷性、灵活性、高效性。相信在以后的应用中这些特点会越发明显。音频系统的IP化已成为发展趋势，为了顺应潮流我们需努力提升相关网络知识，做好充分的准备来迎接未来新技术的应用。

作者简介：刘正文，籍贯：青海西宁，职称：舞台技师。研究方向：广播电视音频