廣播電臺IP AUDIO數字音頻直播室原理與系統組建

文丨李吉祥 周 寧

廣播電臺IP AUDIO數字音頻直播室原理與系統組建

文丨李吉祥 周 寧

筆者介紹了基于Livewire技術的IP AUDIO音頻處理系統，包括Livewire技術的特點及其應用優勢，Livewire的系統構成，重點介紹了廣播電臺通用IP AUDIO數字音頻直播室的系統構成和設備構成。

廣播電視技術； 廣播電臺直播網絡； 數字網絡播音室

IP AUDIO是一種全新的音頻傳輸、處理方式，為音頻技術的各個領域帶來了一場革命，基于Livewire技術的Livewire IP AUDIO音頻處理系統有效的利用以太網及其傳輸協議進行高速、低延時、高品質的音頻傳輸和處理，Livewire帶來了全新的音頻制作觀念，在此基礎上，基于IP AUDIO的調音臺、話放等設備應運而生。目前，在全世界Livewire技術正在改變著傳統播音室的面貌。

1 Livewire音頻多播系統簡介

1.1 音頻路由

基于Livewire多播系統，可以在以太網內將音頻信號從任意設備移動到任意目的地，這意味著廣播電臺播音室將告別繁雜的音頻線纜及矩陣切換設備，不需改線即可實現，任意音頻信號源從任意端口進入系統，就可以被任意數量的接受端調用。在Livewire音頻多播系統中，每個音源設備都有一個文本名稱和唯一的標識ID，每個接收端都可得到可用的音源列表，只需選擇相應的名稱和ID，就可以連接到硬件節點。PC節點是一臺安裝有網絡控制軟件的計算機，用戶可通過PC節點了解整個Livewire音頻多播網絡狀況和所有設備信息，調整設置參數。

1.2 系統設備控制

Livewire音頻多播系統通過GPIO完成硬件設備的控制，如音源設備的播放/停止的控制、傳聲器的開/關控制以及熱線電話的接聽、轉接等都可以通過以太網傳輸GPIO控制信號完成。不僅如此，通過以太網，Livewire還可以提供更精密的演播室設備遙控功能，比如，指定好調音臺各路輸入通道對應的音源后，就可以通過音量推子控制有效的信號傳輸，保證正在使用的音源占據最大帶寬。

1.3 Pc-based音頻

Livewire系統的另一個優點是，Pcbased音頻可以不經過聲卡直接連接到網絡。這意味著廣播電臺傳輸系統可以直接使用以太網發送和接受音頻，避免了使用聲卡帶來的失真和噪聲，數字音頻信號在網絡上傳輸不會受到串擾和失真等影響。對于廣播電臺，不僅是節省了聲卡，更重要的是高質量的音頻流可以被任意路由，被接收到的音頻可能來源于另一臺Pc或其他硬件節點，發出的音頻可能被其它Pc或硬件節點接收，同一個連接中，不僅可以傳輸雙向音頻，還能同時傳輸控制信號和其它信息。

1.4 聲音質量

盡管Livewire系統使用Internet網絡傳輸標準，但是該系統僅在局域網中運行，不受公眾網絡的限制，同時整個系統是嚴格受控的，因此保證了廣播級音頻質量。Livewire系統中聲音信號是不壓縮的，使用廣播級48KHz/24-bit PCM編碼，Axia音頻接口節點具有超過100dB動態范圍，<0.005%THD和+24dBU動態余量。在局域網上采用多種手段防止網絡擁塞、優化傳輸路由為多通道、高質量無壓縮音頻信號傳輸提供了足夠的帶寬和安全可控的環境，避免了因為網絡問題造成的風險。同時由于直接與Pc連接、使用64bit混音引擎和完備的音頻節點的使用，保證了Livewire音頻多播系統優異的音頻質量。

1.5 延遲

在Livewire網絡中同步系統覆蓋了系統中每個節點，同時在每個節點上都安裝有PLL系統，用來恢復和校準同步器，在系統中有一個主同步節點發出時鐘信號，當遇到網絡阻塞或網絡中斷時，其余節點會自動準確的接替。為適應網絡中不同的延遲要求Livewire網絡采用兩種數據流：實時數據流使用小而快的數據包，滿足對低網絡延遲的傳輸需要，必須使用專用硬件設備；標準數據流采用Internet標準數據流，使用較大較慢的數據包，滿足對網絡延時要求不高的傳輸要求。

2 Axia Livewire數字音頻直播室解決方案

Livewire系統包括一系列專業硬件節點和裝有專用軟件的Pc節點，還包括以太網交換機。下圖是一個通用Livewire播音室系統解決方案。

2.1 Comrex LiveShotTM（無線傳輸編解碼系統）

Comrex LiveShotTM 是一套借助多種IP網絡傳輸專業現場視頻的設備。專業電視臺可以用LiveShot在任何地點利用互聯網傳輸高質量，低延時的視頻信號。LiveShot基于Comrex Access音頻IP編解碼器的成功技術，并對此技術進行了拓展，使其順暢傳輸廣播質量的現場視頻數據流。LiveShot可以應用在任何IP網絡環境，包括：3G,4G和衛星技術基礎的網絡連接。Comrex LiveShotTM具有如下特點。

2.2 Element Studio Mix Engine混音引擎

Studio Mix Engine(直播室混音引擎)與網絡連接，基于Pentium IV主板，運行實時Linux系統，他可以提供極為可靠的調音臺信號處理。所有Studio Engine的輸入輸出連接都是通過單一個1000M以太網口。每個引擎都帶多個輸入、輸出、減混音反饋、監聽信號等。另外，他還可以為多路通道提供均衡并且還有容量支持擴展功能。自動感應電源，90VAC到240VAC，50 Hz到60 Hz. 100瓦。機架式安裝，2RU大小。需要預留一個千兆以太網口連接到Axia網絡。每個控制界面需要一個Studio Engine。

2.3 Element Broadcast Console

作為整個系統的核心設備，Element Broadcast Console與傳統調音臺不同，雖然只用一條網線連到系統中，卻不僅能實現傳統模擬或數字調音臺的所用功能，還可以遙控系統中的其它硬件設備，調用Pc上的軟件程序。液晶屏不僅可以顯示更多實用狀態信息，還可調用適用于直播的輔助工具，如Element桌面觸摸屏時鐘面板，這個可單獨工作的桌面式時鐘面板附件，讓嘉賓、監制、主持人可以使用目前只有操作人員才能使用的功能。觸摸屏界面的功能包括：具備數字及模擬時鐘功能，顯示當天時間；另外可以計算已經過去的時間，并帶凍潔及暫停功能；可以作為演出倒數時鐘，帶調節功能。它可以伺服于調音臺時鐘，也可以作為主時鐘，或獨立工作。Element Broadcast Console需要配合Element Studio Mix Engine混音引擎工作。

2.4 Element Power Station主電源模塊

PowerStation是全集成一體化的直播室解決方案。它集合了音頻I/O、調音臺電源、混音引擎和網絡交換機于一個機箱中，使用方便。每個PowerStation主機箱提供：4路模擬輸入和6路模擬輸出；2路AES/EBU輸入和2路AES/EBU輸出；2路話筒輸入，帶可選幻相電源；4個GPIO機器控制邏輯接口，每個有5路輸入和5路輸出；一個集成化網絡交換機，有10個100Base-T以太網口，4個帶PoE(以太網供電)的100Base-T端口，以及2個的1000Base-T(千兆網)端口以（帶SFP接口格式）；強大的電源供應；工業級CPU，專為嚴酷的環境而設計，保證設備穩定性。

2.5 Microphone Node話放節點

話筒信號音頻節點（Microphone Node）有8路錄音棚級的話筒前置放大器，每路都有幻相電源開關和軟件調節增益。同時提供8路平衡立體聲模擬線路輸出，方便給主持人回傳耳機和音箱需要的監聽信號。輸入使用XLR接頭；輸出使用容易安裝的RJ-45頭。Axia話筒信號音頻節點也可作為多輸入的話放及A/D轉換器使用，它還可用作數字音頻的舞臺接口。

2.6 AES Node數字節點

數字線路音頻節點（AES/EBU Node）提供8路立體聲AES3輸入和8路AES3輸出。它也可作1x8，2x4，2x8等使用。AES分配放大器使用任意的AES輸入饋送給8路AES輸出。

2.7 Analog Node模擬線路節點

模擬線路音頻節點（Analog Line Node）有8路平衡立體聲輸入和8路平衡立體聲輸出，全部使用RJ-45 連接頭。每路輸入都可以調節電平，可以適應民用級-10dBv或專業級+4dBu的設備。

2.8 GPIO NodeGPIO節點

通用控制節點（GPIO Node）提供8個用于設備控制的邏輯端口，每個端口有5個光電隔離的輸入和5個光電隔離的輸出，可以與音源或目的地相關聯，提供機器開始/停止脈沖、燈泡驅動及遠程通道控制。每個邏輯端口都可與一臺設備相關聯，而它會自動與該設備一起連動。

2.9 Router Selector路由選擇節點

路由選擇節點（Router Selector Node）可以讓你選擇Axia網絡里任意的共享音源。另外，它的音頻輸入很方便就可以將正在播放的音源加入到Axia網絡。滾動查看可用的音源，或使用8個可編程的“圓鈕”，可以快速訪問常用的音源。可以快速訪問常用的音源。它有立體聲音頻輸入和輸出，同時具有AES/EBU和模擬接口非常適合在制作室或新聞演播室這類需要同時接收和發送音頻信號的場合使用。

2.10 PathfinderPC路由控制軟件

專為中小型場所的自動路由控制而設計。PathfinderPC可以作為控制的中心點，通過IP地址，可以控制最多達25臺Axia設備。它的功能包括：根據預定的事件、GPIO閉合點（GPIO closure）或靜音檢測觸發（Silence Detection trigger）事件，改變路由或場景(scene)。它有一個服務器許可證，支持10個PathfinderPC Client或PathfinderPC mini的連接。硬件要求P2-400 MHz (或更高) PC，帶10/100or100/1000以太網NIC，運行Windows XP或Windows 2003 server。

2.11 IC. 20站點對講面板

IC.20是一個20工位對講控制面板，可預設20個對講工位，便于快速連接經常呼叫的工位。非常適合主控中心（Master Control）或中心技術區（TOC）使用。IC.20包括一個鍵盤和對應的顯示屏，可方便快速接入系統中的對講站，支持多方通話和自動應答功能。鍵盤還可以拔打外線（使用一個可選的電話橋接器）。整個設備只有2RU高度，功能特性包括：配備有高能見度的10字母OLED（有機發光二極管）顯示屏，內置喇叭，前面和后面的話筒輸入接口，帶鎖定的4針對講耳麥接口，模擬I/O接口具有XLR和兼容StudioHub標準的RJ-45接口兩種方式，控制喇叭mute/dim的GPIO接口和外部線路狀態指示器，和以太網口用于單線網絡連接。需要1個空閑的100Base-T以太網端口用于連接Axia網絡。自動感應電源，90VAC到240VAC，50Hz到60Hz，30瓦，機架式安裝。

2.12 Softcom站點對講控制軟件

可以將任何一臺聯網的PC變成IP內通系統的一部分。簡單的用戶界面與IC-20機架單元完全一樣，對20個經常使用的工位作了預設。具備自動應答和免提功能。便捷的下拉工位尋找功能讓用戶馬上可以訪問沒有預編程的工位，可以將Softcom工具條安裝在本地任意一臺或每一臺PC上。軟件的使用需要與以太網連接，還有聲卡及話筒/頭戴耳機，運行Windows XP或更高版本的軟件，有20MB硬盤空間。

[1]周明輝． 基于IP 的廣播音頻網絡Axia LiveWire分析與應用． 電聲技術，2010（8）:71-77.

（蘭州職業技術學院，蘭州730030）