中央廣播電視總臺B1 錄音車系統簡介

孫 鏑

（北京安達斯信息技術有限公司，北京 100080）

1 背 景

自中央廣播電視總臺開播國內首個4K 超高清上星頻道以來，4K 超高清內容需求量與日俱增。《中央廣播電視總臺4K 超高清電視節目制播技術規范》明確了該頻道以5.1 環繞聲方式進行播出，同時對音頻技術參數、成品節目電平和響度、監聽及揚聲器布局、音頻元數據以及16 路聲道分配等進行了定義，為后續三維聲制作播出打下技術實現基礎[1]。

廣播電視音頻制作系統的信號傳輸方式也在不斷發展。網絡化的音頻信號傳輸架構始于二十多年前，基于以太網的解決方案也已經存在了近二十年。AES67 標準于2013 年首次頒布，這是數字音頻IP 化的里程碑事件。2017 年后，SMPTE 2110標準集不斷完善，其中的ST 2110-30 和2110-31 標準主要描述的就是流化音頻信號。ST 2110-30 標準和AES67 標準實質上非常接近，而自《高性能流化音頻在IP 網絡上的互操作性規范》（GY/T 304—2016）[2]正式頒布以來，我國廣播電視音頻IP 化進程也不斷加快。基帶向IP 過渡，是系統架構發展的必然趨勢[3]。現代電視轉播越來越成為一個專業化的系統工程，如何構建一套穩定、安全、高效的網絡化電視制播系統，已經成為全行業的焦點[4]。

因此，中央廣播電視總臺擬設計并建造一臺符合國家標準的“IP 化、三維聲制作”的數字環繞聲制作錄音車。

2 系統設計目標

該錄音車主要有三個方面的設計目標。

（1）功能和系統方面，設計一個能夠完成各種大中型政治活動、大中型綜藝節目、國家級慶典活動以及大中型國際體育賽事等重大電視播出節目的三維聲制作系統。系統應具有國際化水準，并能夠兼容環繞聲和立體聲制作與音頻信號供給；具有安全可靠的大型節目直播能力，具有同時錄制兩套不同節目的能力，具有同時級聯多臺轉播車的能力。建立以IP 化音頻（Audio over IP，AOIP）為信號傳輸方式的音頻系統，充分發揮IP 網絡特點，實現多個子系統間IP 化傳輸和信號交換，搭建一個對未來廣播電視節目制作播出具有示范性和指導意義的、先進的音頻轉播制作系統；充分體現技術上的先進性、功能上的靈活性和可擴展性，實現建設現階段國內國際一流水平的大型電視三維環繞聲錄音車系統的目標。

（2）聲學環境和指標方面，重視移動音頻錄制空間與聲學環境，主制作區監聽布局滿足《用于節目制作的先進聲音系統》（GY/T 316—2018）對三維聲監聽標準的要求，第二制作區滿足環繞聲監聽布局。整車隔音標準達到Rw ≥40 dB，車廂內制作區噪聲評價曲線達到或優于NR30，主、第二制作區平均混響時間T60 ≤0.30 s[5]。

（3）車體和布局方面，采用先進、成熟、可靠的傳動方式，提供電控和手動兩種驅動方式控制調節箱體的收放位置，并有直觀的平衡顯示窗口功能。主要設備機柜均采用封閉隔聲式設計，具有獨立的進風與出風設計。所有燈光避免直射眼睛，采用漫反射光源。車體合理設置檢修門，要能滿足方便維修的需要，檢修門應考慮隔聲密封設計，隔聲標準不小于整車隔聲要求。根據多樣態的制作需求合理分配車體空間，實現一車多用的目的。制造工藝先進，車體質量一流，美觀實用耐用，實現車體使用年限15 年的設計目標。

3 音頻系統簡介

3.1 核心產品選型

3.1.1 調音臺

主制作區調音臺（即主調音臺）選擇LAWO MC256 MK3，48 推子版本。該調音臺采用了21.5寸高清顯示屏作為表橋，并采用了下沉式設計，表橋頂端與推子高度差僅24 cm，高度合適且不會阻擋中置揚聲器的正常擺位，也可避免視頻畫面顯示設備安裝過高導致仰頭觀看。表橋屏幕具有觸控功能，可單指點擊打開菜單，直接完成母線分配、電平表設置以及通道信號源選擇等操作。調音臺內嵌安裝了一臺RTW TM9 音頻監測表，具有音頻響度監測、音頻相位監測以及實時頻譜分析等功能。調音臺內置一張“音頻網關”電路板，可將調音臺背后的話放、模擬、AES3 及多通道音頻數字接口（serial Multi-channel Audio Digital Interface，MADI）等 信號與AoIP 信號進行雙向轉換，用于基帶信號的IP化共享或是送出基帶信號。

主調音臺核心處理機箱為LAWO A_UHD Core，為512 全處理通道版本，共配置了2 臺，互為主備。每臺A UHD_Core 具有8 個SFP 插槽，可綁定為4 個ST 2022-7 SPS 端口組，可支持1 Gb·s-1電模塊、1 Gb·s-1/10 Gb·s-1光模塊。本系統配置了8 個1 Gb·s-1電模塊，每個電模塊可收、發各512 聲道IP音頻信號。A UHD_Core 處理延時可低至1 ms，與傳統基帶處理機箱差別不大。A UHD_Core 僅1 RU的高度也為“空間分配合理”的設計要求提供了更多的可能性。

副制作區調音臺（即副調音臺，或備調音臺）為LAWO MC236 MK2，32 推子版本。該調音臺采用了與MC256 完全相同的表橋屏幕與設計，為一體式調音臺。除了少量的基帶接口外，MC236 具有6個AoIP 接口，可綁定為3 個2022-7 SPS 端口組。

其他IP 共享接口包括車內配置的1 臺LAWO A stage64、1 臺LAWO A digital64、2 臺A MADI6 以及車外配置的2 臺LAWO Astage64。這使得調音臺系統的總接口數量達到了128 個話放/模擬輸入、64 個模擬輸出、48 個AES 輸入、48 個AES 輸出、18 個MADI I/O 以及超過500 個聲道的AoIP I/O 余量。

3.1.2 音頻工作站

作為一輛錄音車，音頻工作站是必不可少的。本車配置了2 套Protools 多軌錄音工作站，其中一套支持192 聲道錄音，另一套支持64 聲道錄音。兩套錄音工作站都配置了MAC PRO 機架安裝版以及帶有MADI 接口的MTRX 接口箱，其中192 聲道錄音工作站還配置了Waves 插件包。

此外，本車配置了1 臺便攜式Protools 錄音工作站，可通過AoIP 虛擬聲卡接入系統，實現32 聲道多軌音頻回放功能，能夠滿足同時回放“5.1.4 三維聲+5.1 環繞聲+2.0 立體聲”共計18 聲道的使用場景。

3.1.3 核心交換機

相較于基帶音頻系統，交換機在AoIP 系統中可以扮演“跳線盤”與“音分”的角色。區別僅在于用戶操作層面。按照前期調研預估，本車選用2 臺華為CE6865 交換機作為本車的核心交換機。該型號產品廣泛應用于國內IP 架構超高清轉播車。

華為CE6865 交換機常用于園區和數據中心組 網場景。它具有48 個1/10/25GE 端 口，8 個40GE/100GE 上行接口；可支持16 臺堆疊，可支持長距離堆疊模式；支持跨設備線路聚合，服務器雙活接入和交換機零中斷升級，確保業務7×24 小時在線；開放可編程網絡，可靈活定制；具有多種硬件資源分配組合方式，系統中的芯片表項資源為多業務共享，當ARP、MAC、ACL 或路由表項不能滿足業務需求時，可以調整芯片的資源模式以獲得更大的配置表項。對于AoIP 網絡來說，其PTP 邊界時鐘功能、靈活的組播功能將起到關鍵作用。

3.1.4 AoIP 實時監測系統

隨著AoIP 技術的普及，音頻信號監管控系統方面的需求逐漸增加。國外廣電制播監、管、控系統均已有一定程度的發展，成型的產品數不勝數，如LAWO 公司的VSM/SMART 體系、SONY 公司的LSM 以及GV 公司的ORBIT 等。中央廣播電視總臺2017 年建造的全IP 架構的音頻系統就已經具有監管控系統的加持。監控管能力的進一步提升，將成為IP 化視音頻系統安全播出的保障[4]。

對于流化音頻來說，能夠直觀地看到組播音頻流內容的峰值電平表，可以解決“不可見”的問題，即可“監”，讓工程師“心里有底”。市場上已經有了類似的產品，如Lawo 公司的Stream Monitor。其作為一個獨立的應用程序，已經具有較為完善的功能，但在批量部署、同時使用的場景下造價較高，且不便于定制開發。

北京安達斯信息技術有限公司在近期的央視工程項目中根據用戶需求定制開發了基于瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）架構的“組播音頻流解析”功能，部署在已有的監管控服務器中，與已有的監管控服務（即安達斯云監控系統，可對設備端口狀態、帶寬和PTP 同步抖動值等進行全方位監測、智能告警與日志記錄）融為一體，可在客戶端中使用瀏覽器實時監看網絡中組播音頻流的峰值電平表。該系統還具有“低電平報警”功能，可設置電平閾值和持續時間，實現一定邏輯的報警功能。該功能已在臺內多個音頻制作系統中使用，本車中也有應用，并已迭代了多個版本，功能細節也正在逐漸豐富。

3.2 音頻系統架構

本車音頻系統架構如圖1 所示。音頻系統為全IP 架構，使用“主”“備”“控制”3 臺交換機，在滿足2022-7 SPS 組網要求的同時，主、備交換機之間連接了“PTP only”連線，以使全網BMCA 算法正常工作。車內外的基帶輸入信號包括話放、模擬、數字及MADI 等信號，均轉換成組播音頻流發至主、備交換機，供收流端使用。通過LAWO 的“HOME”軟件進行收流或切換收流操作后，組播音頻流將被轉換為基帶信號送出。“HOME”是LAWO 近期發布的AoIP 管理系統，通過瀏覽器訪問“HOME”頁面，可在網頁內更改LAWO 設備的IP 地址、收發流等。本車的模擬音頻、數字音頻信號仍然通過跳線盤進行連接。

圖1 本車音頻系統架構

根據總臺的IP 地址規劃要求，本車終端地址共分為“音頻主”“音頻備”“通話”“管理控制”“其他AoIP 設備”“網絡設備互聯”“插件服務器網絡”等多個網段。考慮到優化網絡帶寬的利用率，與合理利用有限的組播地址資源，根據總臺組播地址規劃要求，本車組播音頻聲道數量按照每條組播8 聲道、16 聲道、32 聲道、64 聲道方式進行規劃，實際規劃發出音頻組播約400 條（約200 條2022-7 SPS），預留約600 條。

3.3 監聽環境

監聽環境設計是錄音車系統設計一貫的重點、難點。受到車內空間尤其是高度的限制，設計出與錄音棚一樣的監聽環境是一項非常具有挑戰性的任務。Genelec 以其多種專利，尤其是GLM 自動校準技術，贏得了諸多轉播車、錄音車的青睞，本車也選用了Genelec 產品作為車內三個制作區的監聽揚聲器。

主制作區按照GY/T—316 標準“4+5+0”（即5.1.4）設計。平層5.0 采用Genelec 8351 同軸揚聲器，頂層4.0 采用Genelec 8331 同軸揚聲器，超低聲道采用Genelec 7360 超低揚聲器。副制作區按照5.0環繞聲設計，采用Genelec8430 揚聲器，該揚聲器具有AoIP 接口。多功能制作區按照2.0 立體聲設計。

3.4 音頻周邊設備選型

為應對靈活多變的應用場景，系統配置了各類音頻周邊設備。

考慮到本車存在與其他轉播車、音頻車、擴聲系統進行信號對接的場景，聲道較多的情況下通常采用MADI 接口或是Dante 接口，因此系統配置了一臺多格式音頻轉換器，可將64 聲道MADI 信號與64聲道Dante 信號轉換為符合ST2110-30 標準的128聲道組播音頻流接入系統，反之亦然。考慮到多個MADI 對接時的同步鎖相問題，本車配置了MADI 采樣率轉換設備，可在兩個不同步的系統之間正常穩定地傳輸MADI 信號。考慮到還音介質的多樣性，本車除了配置了還音工作站之外，還配置了藍光DVD、解碼功放以及CD 播放機等還音設備。此外，本車還配置了降噪處理硬件、環繞聲效果器、立體聲效果器、插件服務器、自動混音處理器、音頻上變換器以及監聽單元等周邊設備，豐富了聲音制作手段。

3.5 各輔助系統簡介

同步系統方面，本車采用以PTP 為主、基帶同步為輔助與備份的方式進行同步。2 臺SPG8000A同步機可鎖相于GPS 或是外部BB+VITC，為音頻系統提供PTP 同步。全車以SPG8000A 同步機作為PTP GrandMaster，華為CE6865 交換機作為邊界時鐘，下發PTP 消息。

視頻系統方面，設計了外來超高清信號與高清信號的接入，車內計算機、服務器類設備輸出的畫面經過轉換器轉換為SDI 信號。上述信號進入視頻矩陣，監視器、顯示器等設備通過視頻矩陣切換后送出。為確保SDI 視頻信號的可用性，本車還安裝了視頻跳線盤。

通話系統方面，配置了RTS OMS IP 通話主站、各區域通話面板以及遠端無線接入點與無線主持人腰包。通話設備間的音頻信號傳輸基于Dante 協議，其主、備網絡分別位于2 臺不同的交換機實體中。

時鐘系統方面，除各區域所需要的顯示時鐘外，還從時間碼分配器送出一路信號至多軌錄音工作站，用于時間碼同步。

4 網絡實測數據與優化可行性

4.1 網絡實測數據

試運行期間，技術人員對錄音車進行了網絡系統實測，測得系統核心交換機的下聯端口帶寬用量百分比如圖2 所示。其中，1 ～40 端口手工配置為千兆端口，41 ～48 端口手工配置為10 Gb·s-1端口，41 端口正在進行M-LAG 技術相關測試。

圖2 核心交換機（主）端口使用率實測結果

普通1 Gb·s-1端口帶寬用量最多的為LAWO A_UHD Core 上的AoIP 接口。按照規劃，該接口共發出24 條組播音頻流，共計448 聲道，總帶寬約571 Mb·s-1，共接收8 條組播音頻流，共計464 聲道，總帶寬約占538 Mb·s-1，并且該端口可能涉及一些網絡協議報文（如PTP、各類發現協議、生成樹等）以及帶內控制（如音頻接口箱控制、網頁服務、連接管理等），端口實際使用率達到63.59%/57.14%，仍留有一定裕量。

4.2 優化可行性

業界對于AoIP 系統的優化具有多種觀點。

第一是帶寬利用率方面。對于48 kHz/24 bit的PCM 編碼，用8 聲道/0.125 ms 打包時間封裝成幀，這樣的一條音頻流帶寬利用率約為72.73%，而用64 聲道/0.125 ms 打包時間封裝成幀，這樣的一條音頻流帶寬利用率約為95.5%。如果希望多傳輸一些聲道，無疑應當在不超過最大傳輸單元（Maximum Transmission Unit，MTU）的情況下每一包封裝盡可能多的聲道。如前文所述，464 聲道比448 聲道占用的總帶寬還小，正是因為464 聲道所在的傳輸方向上，64 聲道流有7 條，16 聲道流有1條；而另一個方向64聲道流有4條，32聲道流1條，16聲道流1條，其余均為8聲道流，“大流”占比較高，對帶寬利用率的優化有明顯的作用。

第二是延遲方面。“收流延時”是AoIP 系統延時結構的關鍵環節。若收流延時過大，不但耗費設備緩存空間，還有可能對視音頻、甚至是更大的網絡系統整體的延時結構產生無法接受的影響；而收流延時過小，則可能出現由于丟包而產生的可聞的聲音劣化。如果想要收流延遲低又盡量避免丟包，可以考慮發流端采用盡可能小的打包時間，但這樣又會降低帶寬利用率。

第三是管理難度方面。在一些需要“實時切流”的場景，由于收流的“容器”在對數據包解封裝后需要對內部的實質數據（如PCM 編碼）進行解析，而解析參數如流的聲道數量、打包時間等，往往需要在“流切換”之前和之后保持一致，否則不論是操作人員手動修改還是使用監管控軟件，均會加大管理難度。

綜上所述，對AoIP 系統進行優化，需要在聲道數量、延遲大小以及管理難度等多方面進行權衡，依據系統應用場景進行優化。

5 結 語

本文介紹了中央廣播電視總臺新建的B1 錄音車系統。首先從功能和系統、聲學環境和指標、車體及布局三個方面闡述了本車的系統設計目標，其次從核心設備選型、音頻系統架構、監聽環境、周邊設備選型以及各輔助系統簡介等方面簡要介紹了本車的音頻系統，最后回顧了網絡實測數據，并提出需要從帶寬利用率、延遲即管理難度三個方面進行權衡，依據應用場景對系統進行優化的觀點。如果一條條組播音頻流相當于道路上的車流，那么AoIP 技術可被認為是“修路”；如果聲音作品是一棟大樓，那么車內裝載的正是建造大樓所需要的原材料。路修通了，只是第一步，使用者希望原材料更快地運輸到位，同時也要確保交通安全。與廣電行業類似，低延遲傳輸和系統高可靠性是廣播電視聲音制作一直以來的追求。