电视新闻演播室音频系统核心构建

安 明

（北京北方安恒利数码技术有限公司，北京 100121）

0 引 言

当前，各头部省级广播电视台对新闻类、资讯类电视节目要求24 h滚动连续直播。在安全播出的基础上，如何利用新技术建设全媒体新闻演播室，是各电视台直面的挑战。本文将就当前背景下利用网际协议（Internet Protocol，IP）化音频（Audio over IP，AoIP）技术建设全新电视新闻演播室音频系统的核心架构和设备选型进行分析，以在新技术应用下提高系统的安全性、灵活性。

基于上述背景，在电视新闻演播室音频系统建设过程中，设计人员应力求将实际使用中可能遇到的情况和用到的功能以最简洁易用的方式提供给操作者，并保证系统架构和功能的安全性、先进性和扩展性，应考虑采用IP化、全备份共享的全新系统架构，在新闻演播室改造中实现音频技术跨越式进步，形成新型、全面备份共享的、IP化、高扩展性的音频系统[1]。

1 音频系统基本规划

在音频系统的规划设计中，考虑到安全播出在电视新闻演播室的重要性，设计人员应以系统安全性作为设计原则，同时兼顾系统功能的扩展性和灵活性。音频系统架构以及音频系统与视频系统工作界面均考虑基带信号为主、IP传输为辅的方式，主、备调音台之间可通过基带和AoIP网络进行不同类型音源信号的双重共享，也可以随时通过任一连接方式进行节目输出的接管[2]。主、备调音台各自制作的节目信号，分别以AES67和AES3两种格式同时送往视频加嵌应用。

在新闻演播室音频系统内，应考虑将所有话筒及模拟线路信号、音频工程师协会/欧洲广播联盟（Audio Engineering Society/European Broadcast Union，AES/EBU）数字信号等基带信号和AES 67格式的AoIP网络信号，同时接口送入主、备调音台；备调音台可以实时调整主调音台接口机箱中话筒增益以实现独立调整，各自的音频制作信号也分别从主、备调音台接口输出，以保证进行信号传输、交换和处理的过程中，没有任何物理单点严重故障的可能性存在[3]。

音频节目视频信号（Program，PGM）送视频加嵌应用时，除主、备独立的AES 3信号格式输出外，同时将节目音频通过AES 67格式的IP方式同样送往加嵌设备作为备用通路，为节目播出的安全性做出最优保证，也为日后IP应用扩展搭建起基本架构。

2 音频系统功能优势

新闻演播室音频系统在建设过程中，其核心设备——主备调音台的选型无疑是系统建设的重中之重。设计人员应利用调音台的功能特点，使系统架构可同时满足对基带和IP两种架构的要求以及其他相关功能要求，进而保证音频系统具备以下功能优势：

（1）在系统设计中，主、备调音台可分别获取到系统内所有信号且可分别独立调整接入信号，备调音台可以实时调整主调音台话筒增益以实现独立调整[4]；

（2）操作人员可进行一键切换主备链路，可以在主调音台面上自定义快捷按键进行调音台所控制的任意部分或全部音频接口；

（3）音频系统具备AoIP接口，支持ST 2022-7和ST 2110-30标准，可随时与最新的IP化语音（Voice over IP，VoIP）系统进行信号互通，原生支持SONY/GV等VoIP系统的IP格式和协议；

（4）在音频路由网络中，基带连接和AoIP的网络化连接可同时共存，在系统中相互融合、并行使用；

（5）技术人员可以对主备调音台所有硬件输入输出（Input Output，IO）接口的输入输出音频信号进行实时监看，同时可以监看调音台数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）的逻辑通路[5]；

（6）调音台可提供基于硬件的逻辑判断及动作设置功能，如针对关键音频通路主PGM信号的AES3输出，可以设置相应的PGM输出物理接口的电平监测为条件，当此接口输出信号电平连续某个设定时间段（自定义）低于设定的电平值（自定义）时，则触发设置的相应动作等。

3 电视新闻演播室音频系统设计

3.1 系统架构选型

根据上述音频系统规划要求，采用以德国StageTec NEXUS音频路由网络为基础的系统架构是一个两全的选择，这也是与其他调音台厂家设计思路的一个重大区别。其他调音台厂家一般会首先考虑一个调音台面及相应配套的DSP处理核心和IO音频传输系统，而StageTec公司的NEXUS音频路由网络系统则与之不同，可以先根据需求进行NEXUS音频路由网络的搭建，然后在这个音频路由网络的基础上再选择适合应用场景的调音台面，以完成音频处理和节目制作功能。NEXUS网络路由如图1所示。

图1 NEXUS网络路由示意图

如图1所示，基带时代以来，NEXUS系统以时分复用模式（Time Division Multiplexing，TDM）光纤做各机箱间的相互连接。多个NEXUS机箱间，可以用TDM光纤进行任意点到点的连接，形成NEXUS音频路由网络。在这个NEXUS音频网络内，某一个机箱只要保证仍然有任意一条TDM光纤连接状态为连通，这个机箱的音频信号及本机箱的所有控制就都可以在NEXUS音频网络内任意地进行共享使用，且整体NEXUS网络的所有控制及状态监测等都可以正常工作。现在，随着AoIP技术的发展，StageTec公司发布了对应于NEXUS机箱的AoIP接口板卡，使得这个音频网络可以脱离TDM总线，改为完全采用AES 67/ST 2110标准的方式进行音频信号和控制信号的共享连接。最重要的一点是，NEXUS音频路由网络中，TDM基带连接和AoIP的网络化连接可同时共存，在系统中相互融合、并行使用。

在NEXUS机箱内安装AoIP板卡后，机箱就同时具备支持ST 2022-7标准的主、备热冗余IP接口，还同时具备2个TDM基带接口。这样，在由若干NEXUS机箱组成的路由系统中，不论采用哪种连接方式（或同时采用这两种连接方式），都可以完成这个接口机箱的所有信号传输及控制、处理功能。NEXUS的AoIP卡全面支持AES 67和ST 2110-30标准，并已经通过JT-NM视音频IP测试、中国中央电视台（China Central Television，CCTV）内部IP测试和腾讯视频内部IP测试，对于其他AoIP音频格式，如DANTE、RAVENNA、LIVEWIRE+等，也都具备良好的兼容能力，并可以实现与视频系统的ST 2110格式直接互传信号，不需要任何附加设备或第三方设备进行格式转换或同步转换。

3.2 调音台设备选型

StageTec公司针对专业音频行业研发了规模从大到小的一系列调音台面，从顶级配置调音台到简洁直观的播出调音台。本系统设计选择Stagetec NEXUS网络架构后，只需考虑选择用于中小型直播应用场景的Onair Flex调音台面即可。

Onair Flex调音台面采用纯IP的方式与NEXUS系统交换控制信息。从形式上来看，这只是一个小的技术进步，但实质上可以给系统带来安全备份方面的优势，具体如下。

（1）主备调音台面间的控制信息可以相互传递，可以实现两个调音台面上某个逻辑通路的完全镜像动作，包括推子位置、图形均衡器动态设置及总线分配等。这使得操作者从主调音台面转向备调音台面时，在应急状态下所需要关心的切换信息和操作动作大大减少。

（2）具有单个通路级别的镜像备份，主备调音台可以根据自身物理推子数量，部分设置同步操作、部分设置分层设置和操作。这可以使得系统主次分明，仅对关键的、百分之百需要镜像的音频信号得到机械同步，避免人为操作失误，同时又保持了主、备调音台面各自相对独立、针对不同侧重点的灵活性。

3.3 音频系统设计描述

在电视新闻演播室音频系统中，以StageTec NEXUS接口机箱为基础组建音频网络，使用两个NEXUS机箱做物理上的冗余备份，将相应系统内的所有模拟话筒/线路信号、AES3信号等基带信号同时以不同机箱、不同板卡接口送入主、备调音台DSP处理核心；主、备调音台DSP核心分别位于不同NEXUS机箱做物理独立；各自的音频制作信号也分别从不同机箱的不同板卡接口输出，以保证在信号传输、交换和处理的过程中，没有任何物理单点严重故障的可能性存在。

此设计中，除了可以实现上面所述的架构优势外，系统还具有以下功能亮点：

（1）系统安全性极高，调音台台面、DSP处理核心及信号接口箱采用分离式结构，所有板卡均可热插拔，所有模块均具备热冗余双电源，各模块之间的连接全部为主备连接模式；

（2）主、备调音台面型号一致，操作逻辑完全一致，不存在主备倒换时操作人员的操作重新适应过程和时间；

（3）主、备调音台面可做到推子级镜像备份；

（4）调音台开机时间不超过30 s（以出声音为准），所有台面与机箱的系统设置参数在开机时自动恢复到上次关机时的状态；

（5）主调音台遇到DSP核心处理板卡故障等系统性故障，备调音台可接管控制，主备调音台可做到实时操作镜像复制，PGM信号不受影响；

（6）具备原厂软件，可独立安装运行于任何计算机上，进行NEXUS机箱上所有音频输入、输出接口甚至所有主、备调音台DSP处理通路的实时电平表头监看。

整个系统结构如图2所示。

图2 系统示意图

对于Onair Flex调音台，StageTec公司提供了基于Web访问的虚拟控制台面。这意味着，不论主、备调音台面哪个出现故障，仍然可以通过Web界面随时进行访问和控制，这是在完善备份基础上的有益、再次补充。

此外，针对NEXUS音频网络，厂家也研发了统一控制管理软件。在软件中，除了可以对NEXUS网络进行全面的设备状态管理外，也可完成音频路由甚至话筒前放调整的全部功能。在原厂软件中，不但可以对所有硬件IO接口的输入输出音频信号进行实时监看，而且可以将调音台DSP逻辑通路设置为监看表头的一部分。此外，响度表、实时频谱分析表（Real-Time Spectrum Analyzer，RTA）表头也是监看的可选部分，为音频操作者掌握音频系统的信号状态提供了强大的支持。

4 结 语

采用本文所述的音频系统架构设计，新闻演播室的音频系统将会完成全面IP化升级，不论与视频系统的工作界面或音频系统内部的音频信号交换，都可以采用AoIP架构作为通路之一，同时又兼具基带连接的能力，使得系统架构的先进性和可靠性得到了高度保障。希望此系统设计成果能为电视节目制播和技术革新尽一分薄力。