貴州廣播電視臺4K超高清全媒體轉(zhuǎn)播車音頻信號傳輸設(shè)計

朱華鈾

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550002）

圖1 貴州廣播電視臺4K超高清全媒體轉(zhuǎn)播車多軌音頻信號的傳輸方案

隨著節(jié)目制作精細(xì)化的要求越來越高，立體聲、5.1環(huán)繞聲、沉浸聲等多軌音頻錄制任務(wù)已成常態(tài)，技術(shù)與設(shè)備也需要隨之更新升級。貴州廣播電視臺4K超高清全媒體轉(zhuǎn)播車（以下簡稱轉(zhuǎn)播車）的多軌音頻信號的傳輸，通過傳統(tǒng)數(shù)字音頻基帶和AoIP兩種方式進(jìn)行多軌音頻信號傳輸，系統(tǒng)音頻信號的路由如圖1所示?，F(xiàn)場所有的多軌音頻信號通過車尾板本地接口箱或者數(shù)字音頻光纖接口箱接入轉(zhuǎn)播車音頻系統(tǒng)，再通過系統(tǒng)核心Nova73采用傳統(tǒng)數(shù)字音頻基帶和AoIP兩種方式傳輸?shù)絃AWO mc256數(shù)字調(diào)音臺，然后根據(jù)不同的需求把所有的多軌音頻信號分配到系統(tǒng)配置的傳輸終端。

下面就轉(zhuǎn)播車音頻系統(tǒng)的核心設(shè)備、傳輸核心設(shè)備、傳輸終端的功能及運(yùn)用進(jìn)行解析，闡釋基于傳統(tǒng)數(shù)字音頻基帶和AoIP兩種方式進(jìn)行多軌音頻信號傳輸?shù)姆桨讣皩嵤?/p>

1 系統(tǒng)核心——Nova73數(shù)字音頻矩陣

傳統(tǒng)音頻基帶的優(yōu)勢是技術(shù)成熟、普及度高，缺點是擴(kuò)展性差、線纜數(shù)量復(fù)雜。AoIP架構(gòu)大大降低了傳統(tǒng)音頻傳輸布線的復(fù)雜程度，大大減少了音分和A/D、D/A的使用，降低了系統(tǒng)投資；而且也大大提高了系統(tǒng)的性能與靈活性，很多傳統(tǒng)音頻基帶中相對復(fù)雜的信號備份、報警、監(jiān)測等功能都可以在網(wǎng)絡(luò)化主控系統(tǒng)上方便地實現(xiàn)，特別是信號備份變得相對容易，使整個系統(tǒng)的安全性和可靠性大大提高。

轉(zhuǎn)播車的音頻系統(tǒng)以數(shù)字音頻矩陣Nova73為系統(tǒng)核心，使用LAWO mc2 56調(diào)音臺為操作界面，調(diào)音臺通過網(wǎng)線與Nova73連接，使用標(biāo)準(zhǔn)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行通信，支持通過廣域IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。mc256調(diào)音臺界面本身沒有DSP功能，只是對Nova73進(jìn)行控制，所以為轉(zhuǎn)播車的mc2 56調(diào)音臺配備了3張LOWA 983/04 DSP卡，根據(jù)實際需要的格式對輸入的音頻信號進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時，配備了2張LAWO 980/33路由卡，一主一備；路由卡內(nèi)置有蓄電池，當(dāng)Nova73電源切斷后，蓄電池會繼續(xù)供電完成關(guān)機(jī)的軟件操作，并將當(dāng)前調(diào)音臺界面的狀態(tài)使用快照保存，在下一次啟動時將其調(diào)出，保證調(diào)音臺狀態(tài)不會因為斷電而丟失。即使將調(diào)音臺界面斷電，聲音依然不會中斷，此時仍可使用iPad、Windows PC的控制軟件及VSM控制系統(tǒng)對Nova73進(jìn)行操作。

LOWA mc256數(shù)字調(diào)音臺界面本身帶有音頻輸入輸出，需要使用Ravenna或MADI線纜連接Nova73以傳輸音頻信號，Nova73還配備了2張LOWA 981/61 Ravenna板卡，2張LOWA 981/04 AES+MADI板卡，2張LOWA 947/22的DALLIS主卡，4張LOWA 941/55傳聲器/線路輸入板卡，4張LAWO 942/86線路輸出板卡，6張LOWA 943/53 AES數(shù)字輸入/輸出卡，對輸入到Nova73的音頻信號進(jìn)行多軌傳輸。另外，還可外接數(shù)字音頻光纖接口箱(Compact I/O)，用作LOWA mc2 56調(diào)音臺及Nova73接口箱，對輸入的傳聲器、線路、數(shù)字、IP等音頻信號進(jìn)行多軌傳輸。

1.1 Nova73的Ravenna端口運(yùn)行模式設(shè)置

Nova73可使用Ravenna端口連接接口箱、調(diào)音臺，或通過AoIP網(wǎng)絡(luò)與所有支持AES67協(xié)議的設(shè)備共享音頻信號。Ravenna有兩種運(yùn)行方式：Ravenna LINK和Ravenna NET，需要在AdminHD軟件中對每個Ravenna 端口分別進(jìn)行設(shè)置。Ravenna LINK是直連模式，即Ravenna LINK設(shè)備直接相連，不可通過交換機(jī)，用于Nova73連接DALLIS接口箱或2臺Nova73之間傳輸信號；在Ravenna LINK模式下，每個端口可同時發(fā)送和接收128個通道的音頻信號，信號分配在音頻矩陣界面完成，使用體驗與MADI相似。Ravenna NET是標(biāo)準(zhǔn)的AoIP模式，Ravenna端口連接交換機(jī)，接入AoIP網(wǎng)絡(luò)，與網(wǎng)絡(luò)中所有Ravenna/AES67/ST2110-30/ST2110-31設(shè)備共享信號。

圖2 Ravenna板卡981/61的端口

Ravenna板卡981/61含有4組Ravenna端口，如圖2所示，每組端口為一個RJ45網(wǎng)口和一個SFP（Small Form Pluggable，小型可插拔）光口（LC插頭），網(wǎng)口與光口使用同一IP地址和MAC地址，可任選其一連接設(shè)備或交換機(jī)。在Ravenna LINK模式下，網(wǎng)口與光口同時連接可形成備份，信號優(yōu)先通過光口傳輸，光纖傳輸中斷時，會立刻轉(zhuǎn)為網(wǎng)口傳輸。所以轉(zhuǎn)播車的Nova73配備了2張LAWO 981/61 Ravenna卡，通過車尾板的Ravenna LINK模式進(jìn)行級聯(lián)，均有主備功能。最下方的RJ45網(wǎng)口為控制網(wǎng)口（千兆口），具有獨立的IP地址，可用于連接控制系統(tǒng)交換機(jī)，對4組Ravenna端口的收發(fā)音頻流進(jìn)行控制，其無法傳輸Ravenna音頻流。981/61還支持ST2022-7 SPS無縫保護(hù)切換，在此模式下，端口1/2和3/4會綁定為兩組SPS端口對，分別連接A/B兩個AoIP網(wǎng)絡(luò)，例如端口1連接A網(wǎng)絡(luò)，端口2連接B網(wǎng)絡(luò)，同時收發(fā)相同的音頻流（在矩陣控制界面上則顯示為一個Ravenna 端口），實現(xiàn)信號的完全備份和無縫切換，是系統(tǒng)優(yōu)選的冗余手段。

圖3 Compact I/O和Nova73的Ravenna端口與交換機(jī)的連接

轉(zhuǎn)播車多軌音頻系統(tǒng)也運(yùn)用到了Ravenna NET模式，在數(shù)字音頻光纖接口箱Compact I/O和Nova73的Ravenna端口分別連接到交換機(jī)，如圖3所示，通過Ravenna 音頻流傳輸音頻信號及控制信號。此時Compact I/O作為AoIP節(jié)點/轉(zhuǎn)換器使用，可將輸入信號任意組合為多條Ravenna/AES67音頻流同時傳輸，供網(wǎng)絡(luò)中其他AoIP設(shè)備使用。例如，將32路Mic IN以16路立體聲AES67格式音頻流送入網(wǎng)絡(luò)，安裝了AoIP虛擬聲卡的電腦音頻工作站便可將需要的信號接收，并進(jìn)行錄制。

需要注意的是，在Ravenna NET模式下，網(wǎng)口和光口均為千兆帶寬，需連接至千兆交換機(jī)，若連接百兆交換機(jī)，則會因帶寬限制無法發(fā)送128通道的音頻流。

Ravenna Link模式類似于傳統(tǒng)基帶系統(tǒng)，設(shè)備直接連接，設(shè)置簡單，調(diào)試方便。Ravenna NET模式則需要更多設(shè)置和調(diào)試工作，需要使用telnet軟件設(shè)置Compact I/O的IP地址、對應(yīng)Nova73的Ravenna端口IP地址（以便 mc2調(diào)音臺控制話放的增益等），以及在網(wǎng)頁界面中設(shè)置音頻流的收發(fā)。此外，更重要的是必須保證交換機(jī)及IP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置正確及工作穩(wěn)定。

1.2 Ravenna與AES67的互通

同步信號是數(shù)字音頻系統(tǒng)中重要的一環(huán)，Ravenna/AES67使用PTP（Precision Time Protocol，IEEE1588-2008），即精密時鐘協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)中的同步時鐘。Ravenna/AES67網(wǎng)絡(luò)中需要至少一臺PTP主時鐘設(shè)備，主時鐘不僅應(yīng)具備優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的內(nèi)部時鐘發(fā)生器，更需要強(qiáng)大的處理能力，以分別計算每一臺從屬設(shè)備的線路時間差，并利用時間差調(diào)整本地時間來保證同步的精確度。如果要進(jìn)行IP遠(yuǎn)程傳輸，網(wǎng)絡(luò)延時可達(dá)若干毫秒，則需要發(fā)送端和接收端同時具備PTP主時鐘，兩者以GPS進(jìn)行校準(zhǔn)，保證精確的同步時間。因為PTP主時鐘需要與從屬設(shè)備進(jìn)行通信并計算延時，主時鐘能夠帶動的從屬設(shè)備數(shù)量是有限的。而當(dāng)AoIP網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，幾百甚至上千臺AoIP設(shè)備在一個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，PTP主時鐘會不堪重負(fù)，此時便需要邊界時鐘設(shè)備來對PTP主時鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。邊界時鐘是許多高端交換機(jī)具有的功能，它們可以跟隨主PTP時鐘，再將自己變?yōu)橄旅娴腁oIP設(shè)備的時鐘源。主時鐘帶動邊界時鐘，邊界時鐘再帶動下面的設(shè)備，大型網(wǎng)絡(luò)便可穩(wěn)定運(yùn)行。

Dante設(shè)備同樣采用PTP作為同步時鐘，但用的是早一版本的IEEE 1588-2002，即PTP v1，與AES67使用的PTP v2并不兼容，也不支持外部PTP時鐘。目前的解決方案是：由選為主時鐘的Dante設(shè)備將PTP v2轉(zhuǎn)換為PTP v1，作為網(wǎng)絡(luò)中其他Dante設(shè)備的同步時鐘。所以，在Dante/AES67/Ravenna混合網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，發(fā)現(xiàn)同時有PTP v1和PTP v2數(shù)據(jù)包的存在，這并不矛盾，多個PTP時鐘可以在同一網(wǎng)絡(luò)中和平共處。

LAWO的Ravenna設(shè)備均可作為PTP主時鐘使用，在小型AoIP網(wǎng)絡(luò)中，任意一款LAWO Ravenna設(shè)備都可勝任主時鐘的工作。而在演播室或轉(zhuǎn)播車中則會使用專業(yè)的PTP主時鐘設(shè)備，而LAWO調(diào)音臺則可作為備份的PTP時鐘。LAWO的VoIP產(chǎn)品V_link4和V_matrix具有強(qiáng)大的時鐘能力，均可作為優(yōu)質(zhì)的大型網(wǎng)絡(luò)PTP主時鐘使用。

以上便是Ravenna和AES67在IP網(wǎng)絡(luò)中實時音頻傳輸方法的定義，其應(yīng)用的都是已使用多年的成熟協(xié)議，而并沒有創(chuàng)造新的協(xié)議。Ravenna和AES67本身只是一個音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕ネㄖ改?，而AES67完全是基于Ravenna制定，可以把AES67看作Ravenna的一個特定設(shè)置。

另外，4K轉(zhuǎn)播車使用的2張LAWO 981/61 Ravenna卡，每張?zhí)峁?組128 In/Out的Ravenna端口，為IP音頻信號的多軌錄制提供了多種方式。例如，對于大型交響樂等節(jié)目需要多軌的音頻錄制，其可以為Pro tools等多種錄制平臺傳輸多軌IP音頻信號。

1.3 Nova73的MADI端口

至于傳統(tǒng)基帶，轉(zhuǎn)播車Nova73配備了2張LAWO 981/04 AES+MADI板卡，每張981/04 AES+MADI板卡提供32路（雙聲道）AES In/Out和4個SFP格式標(biāo)準(zhǔn)的MADI端口（LC插頭），每個SFP模塊含有兩個光口，一收一發(fā)。MADI端口連接后，無論是否有音頻流發(fā)送，均會立刻開始傳輸同步信號。

981/04AES+MADI板卡可連接MADI連接接口箱以及其他MADI設(shè)備，如Pro tools音頻工作站、擴(kuò)聲調(diào)音臺等，實現(xiàn)多軌音頻傳輸連接。

在使用MADI端口時，兩端的設(shè)備必須使用相同的同步信號源，否則會出現(xiàn)信號打火等失真。連接音頻工作站時，通常會設(shè)置工作站跟隨MADI同步。使用MADI連接兩張調(diào)音臺時，例如轉(zhuǎn)播車調(diào)音臺連接擴(kuò)聲調(diào)音臺，若擴(kuò)聲調(diào)音臺不使用轉(zhuǎn)播車送來的同步信號，則兩張調(diào)音臺會處于不同的同步時鐘下，此時必須使用MADI Src設(shè)備進(jìn)行采樣率轉(zhuǎn)換。如需故障排查等一些的靈活運(yùn)用，接入Nova73的所有調(diào)用調(diào)音臺的MADI信號必須經(jīng)由BNC跳線架進(jìn)行跳線連接。

2 傳輸中樞——LOCALBOX

LOCAL BOX作為最重要的本地接口路由，它包含了本地車尾板接口箱的4張Mic卡和6張AES卡，如圖4所示。

具體到調(diào)音臺本地路由：Card1Mic：Apmic1～Apmic8，為車外音頻接口板的傳聲器輸入1～8通道。Card2Mic：Apmic9～Apmic16，為車外音頻接口板的傳聲器輸入9～16通道。Card4Mic：ATie1～ATie8，為轉(zhuǎn)播車音頻區(qū)Tieline的1～8通道。Card5Mic：Telout1～Telout4，BTout1～BTout 2，PDMic1～PDMic2，分別是電話耦合器輸出1～4通道、藍(lán)牙播放器左右聲道、導(dǎo)演區(qū)通話傳聲器1和2通道。Card11AES3：APD01～APD08，為車外音頻接口板的AES out數(shù)字音頻輸出1～8通道。Card12AES3：APD09～APD16，為車外音頻接口板的 AES out數(shù)字音頻輸出9～16通道。Card13AES3：ATie01～ATie08，為音頻區(qū)TieLine的AES in數(shù)字音頻輸入的1～8通道。Card14AES3：EVS1-1～EVS1-8，為轉(zhuǎn)播車慢動作區(qū)EVS1的1～8輸出。Card15AES3：EVS2-1～EVS 2-8，為轉(zhuǎn)播車慢動作區(qū)EVS2的1～8輸出。Card16AES3：EVS3-1～EVS3-8，為轉(zhuǎn)播車慢動作區(qū)EVS3的1～8輸出。

圖4 本地接口路由LOCAL BOX

3 傳輸終端

轉(zhuǎn)播車的音頻信號傳輸終端配備了藍(lán)光錄像機(jī)、AJA硬盤錄像機(jī)、PWS-4500 4K/高清多端口音視頻存儲單元、PIX270I 64通道MADI多軌錄音機(jī)等錄制設(shè)備，如圖5所示。

圖5 傳輸終端設(shè)備的連接

藍(lán)光機(jī)可以直接從LAWO mc256數(shù)字調(diào)音臺獲取8軌音頻信號，從而實現(xiàn)8軌音頻信號的多軌錄制。AJA硬盤錄像機(jī)有著雙硬盤錄制模式、續(xù)航能力強(qiáng)的特點，可以從音視頻加嵌板卡和LAWO mc256數(shù)字調(diào)音臺獲取16軌音頻信號進(jìn)行多軌錄制。PWS4500高清多端口音視頻存儲單元的多軌音頻信號輸入分成8通道模式和16通道模式，需要注意的是，只有在16通道模式下才能進(jìn)行5.1環(huán)繞立體聲的多軌音頻輸入，它可以通過AES加嵌數(shù)字傳輸方式分配16軌多軌音頻信號。PIX270I 64通道MADI多軌錄音機(jī)可以進(jìn)行64個通道的錄制和播放，可通過以太網(wǎng)訪問和傳輸文件；它可以把錄制的多軌音頻信號直接生成多軌的WAV文件，方便文件長時間的錄制和備份；需要注意的是，其通過MADI連接調(diào)用調(diào)音臺信號，須經(jīng)BNC跳線架進(jìn)行跳線連接。

4 結(jié)語

從該系統(tǒng)的實施中可見，傳統(tǒng)音頻基帶所具備的安全性、穩(wěn)定性、普及性以及與前級物理模塊的無縫連接即保障了制播網(wǎng)絡(luò)的安全，又完成了文件的穩(wěn)定傳輸。而AoIP音頻模式所具備的系統(tǒng)簡潔性、操控靈活性、實時監(jiān)測性以及利用網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來的高性能流化音頻在節(jié)目制作中極大地簡化了系統(tǒng)擴(kuò)展工作，更加便利地實現(xiàn)了信號監(jiān)測，使節(jié)目制作在應(yīng)急策略設(shè)計上有更大的發(fā)展空間，更能適應(yīng)未來靈活多變的業(yè)務(wù)需求。

綜上所述，傳統(tǒng)音頻基帶模式和AoIP音頻模式相結(jié)合，為節(jié)目制播過程中的音頻設(shè)計提供安全性和高性能的系統(tǒng)需求，在傳統(tǒng)基帶模式帶來的高穩(wěn)定性、高容錯率的同時，充分發(fā)揮AoIP模式的性能，滿足多通道的遠(yuǎn)距離傳輸與多樣化的災(zāi)備方案應(yīng)急能力。在未來的節(jié)目制播過程中，要靈活運(yùn)用傳統(tǒng)音頻基帶模式和AoIP音頻模式各自優(yōu)勢，通過合理的設(shè)計使其具有互補(bǔ)性，彌補(bǔ)單系統(tǒng)的風(fēng)險，從而建立更加精細(xì)化、多樣化的音頻系統(tǒng)。