電視新聞演播室音頻系統(tǒng)核心構(gòu)建

安 明

（北京北方安恒利數(shù)碼技術(shù)有限公司，北京 100121）

0 引 言

當(dāng)前，各頭部省級廣播電視臺對新聞類、資訊類電視節(jié)目要求24 h滾動連續(xù)直播。在安全播出的基礎(chǔ)上，如何利用新技術(shù)建設(shè)全媒體新聞演播室，是各電視臺直面的挑戰(zhàn)。本文將就當(dāng)前背景下利用網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP）化音頻（Audio over IP，AoIP）技術(shù)建設(shè)全新電視新聞演播室音頻系統(tǒng)的核心架構(gòu)和設(shè)備選型進行分析，以在新技術(shù)應(yīng)用下提高系統(tǒng)的安全性、靈活性。

基于上述背景，在電視新聞演播室音頻系統(tǒng)建設(shè)過程中，設(shè)計人員應(yīng)力求將實際使用中可能遇到的情況和用到的功能以最簡潔易用的方式提供給操作者，并保證系統(tǒng)架構(gòu)和功能的安全性、先進性和擴展性，應(yīng)考慮采用IP化、全備份共享的全新系統(tǒng)架構(gòu)，在新聞演播室改造中實現(xiàn)音頻技術(shù)跨越式進步，形成新型、全面?zhèn)浞莨蚕淼?、IP化、高擴展性的音頻系統(tǒng)[1]。

1 音頻系統(tǒng)基本規(guī)劃

在音頻系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計中，考慮到安全播出在電視新聞演播室的重要性，設(shè)計人員應(yīng)以系統(tǒng)安全性作為設(shè)計原則，同時兼顧系統(tǒng)功能的擴展性和靈活性。音頻系統(tǒng)架構(gòu)以及音頻系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)工作界面均考慮基帶信號為主、IP傳輸為輔的方式，主、備調(diào)音臺之間可通過基帶和AoIP網(wǎng)絡(luò)進行不同類型音源信號的雙重共享，也可以隨時通過任一連接方式進行節(jié)目輸出的接管[2]。主、備調(diào)音臺各自制作的節(jié)目信號，分別以AES67和AES3兩種格式同時送往視頻加嵌應(yīng)用。

在新聞演播室音頻系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)考慮將所有話筒及模擬線路信號、音頻工程師協(xié)會/歐洲廣播聯(lián)盟（Audio Engineering Society/European Broadcast Union，AES/EBU）數(shù)字信號等基帶信號和AES 67格式的AoIP網(wǎng)絡(luò)信號，同時接口送入主、備調(diào)音臺；備調(diào)音臺可以實時調(diào)整主調(diào)音臺接口機箱中話筒增益以實現(xiàn)獨立調(diào)整，各自的音頻制作信號也分別從主、備調(diào)音臺接口輸出，以保證進行信號傳輸、交換和處理的過程中，沒有任何物理單點嚴(yán)重故障的可能性存在[3]。

音頻節(jié)目視頻信號（Program，PGM）送視頻加嵌應(yīng)用時，除主、備獨立的AES 3信號格式輸出外，同時將節(jié)目音頻通過AES 67格式的IP方式同樣送往加嵌設(shè)備作為備用通路，為節(jié)目播出的安全性做出最優(yōu)保證，也為日后IP應(yīng)用擴展搭建起基本架構(gòu)。

2 音頻系統(tǒng)功能優(yōu)勢

新聞演播室音頻系統(tǒng)在建設(shè)過程中，其核心設(shè)備——主備調(diào)音臺的選型無疑是系統(tǒng)建設(shè)的重中之重。設(shè)計人員應(yīng)利用調(diào)音臺的功能特點，使系統(tǒng)架構(gòu)可同時滿足對基帶和IP兩種架構(gòu)的要求以及其他相關(guān)功能要求，進而保證音頻系統(tǒng)具備以下功能優(yōu)勢：

（1）在系統(tǒng)設(shè)計中，主、備調(diào)音臺可分別獲取到系統(tǒng)內(nèi)所有信號且可分別獨立調(diào)整接入信號，備調(diào)音臺可以實時調(diào)整主調(diào)音臺話筒增益以實現(xiàn)獨立調(diào)整[4]；

（2）操作人員可進行一鍵切換主備鏈路，可以在主調(diào)音臺面上自定義快捷按鍵進行調(diào)音臺所控制的任意部分或全部音頻接口；

（3）音頻系統(tǒng)具備AoIP接口，支持ST 2022-7和ST 2110-30標(biāo)準(zhǔn)，可隨時與最新的IP化語音（Voice over IP，VoIP）系統(tǒng)進行信號互通，原生支持SONY/GV等VoIP系統(tǒng)的IP格式和協(xié)議；

（4）在音頻路由網(wǎng)絡(luò)中，基帶連接和AoIP的網(wǎng)絡(luò)化連接可同時共存，在系統(tǒng)中相互融合、并行使用；

（5）技術(shù)人員可以對主備調(diào)音臺所有硬件輸入輸出（Input Output，IO）接口的輸入輸出音頻信號進行實時監(jiān)看，同時可以監(jiān)看調(diào)音臺數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）的邏輯通路[5]；

（6）調(diào)音臺可提供基于硬件的邏輯判斷及動作設(shè)置功能，如針對關(guān)鍵音頻通路主PGM信號的AES3輸出，可以設(shè)置相應(yīng)的PGM輸出物理接口的電平監(jiān)測為條件，當(dāng)此接口輸出信號電平連續(xù)某個設(shè)定時間段（自定義）低于設(shè)定的電平值（自定義）時，則觸發(fā)設(shè)置的相應(yīng)動作等。

3 電視新聞演播室音頻系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)選型

根據(jù)上述音頻系統(tǒng)規(guī)劃要求，采用以德國StageTec NEXUS音頻路由網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)是一個兩全的選擇，這也是與其他調(diào)音臺廠家設(shè)計思路的一個重大區(qū)別。其他調(diào)音臺廠家一般會首先考慮一個調(diào)音臺面及相應(yīng)配套的DSP處理核心和IO音頻傳輸系統(tǒng)，而StageTec公司的NEXUS音頻路由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則與之不同，可以先根據(jù)需求進行NEXUS音頻路由網(wǎng)絡(luò)的搭建，然后在這個音頻路由網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上再選擇適合應(yīng)用場景的調(diào)音臺面，以完成音頻處理和節(jié)目制作功能。NEXUS網(wǎng)絡(luò)路由如圖1所示。

圖1 NEXUS網(wǎng)絡(luò)路由示意圖

如圖1所示，基帶時代以來，NEXUS系統(tǒng)以時分復(fù)用模式（Time Division Multiplexing，TDM）光纖做各機箱間的相互連接。多個NEXUS機箱間，可以用TDM光纖進行任意點到點的連接，形成NEXUS音頻路由網(wǎng)絡(luò)。在這個NEXUS音頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，某一個機箱只要保證仍然有任意一條TDM光纖連接狀態(tài)為連通，這個機箱的音頻信號及本機箱的所有控制就都可以在NEXUS音頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意地進行共享使用，且整體NEXUS網(wǎng)絡(luò)的所有控制及狀態(tài)監(jiān)測等都可以正常工作?，F(xiàn)在，隨著AoIP技術(shù)的發(fā)展，StageTec公司發(fā)布了對應(yīng)于NEXUS機箱的AoIP接口板卡，使得這個音頻網(wǎng)絡(luò)可以脫離TDM總線，改為完全采用AES 67/ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的方式進行音頻信號和控制信號的共享連接。最重要的一點是，NEXUS音頻路由網(wǎng)絡(luò)中，TDM基帶連接和AoIP的網(wǎng)絡(luò)化連接可同時共存，在系統(tǒng)中相互融合、并行使用。

在NEXUS機箱內(nèi)安裝AoIP板卡后，機箱就同時具備支持ST 2022-7標(biāo)準(zhǔn)的主、備熱冗余IP接口，還同時具備2個TDM基帶接口。這樣，在由若干NEXUS機箱組成的路由系統(tǒng)中，不論采用哪種連接方式（或同時采用這兩種連接方式），都可以完成這個接口機箱的所有信號傳輸及控制、處理功能。NEXUS的AoIP卡全面支持AES 67和ST 2110-30標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)通過JT-NM視音頻IP測試、中國中央電視臺（China Central Television，CCTV）內(nèi)部IP測試和騰訊視頻內(nèi)部IP測試，對于其他AoIP音頻格式，如DANTE、RAVENNA、LIVEWIRE+等，也都具備良好的兼容能力，并可以實現(xiàn)與視頻系統(tǒng)的ST 2110格式直接互傳信號，不需要任何附加設(shè)備或第三方設(shè)備進行格式轉(zhuǎn)換或同步轉(zhuǎn)換。

3.2 調(diào)音臺設(shè)備選型

StageTec公司針對專業(yè)音頻行業(yè)研發(fā)了規(guī)模從大到小的一系列調(diào)音臺面，從頂級配置調(diào)音臺到簡潔直觀的播出調(diào)音臺。本系統(tǒng)設(shè)計選擇Stagetec NEXUS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)后，只需考慮選擇用于中小型直播應(yīng)用場景的Onair Flex調(diào)音臺面即可。

Onair Flex調(diào)音臺面采用純IP的方式與NEXUS系統(tǒng)交換控制信息。從形式上來看，這只是一個小的技術(shù)進步，但實質(zhì)上可以給系統(tǒng)帶來安全備份方面的優(yōu)勢，具體如下。

（1）主備調(diào)音臺面間的控制信息可以相互傳遞，可以實現(xiàn)兩個調(diào)音臺面上某個邏輯通路的完全鏡像動作，包括推子位置、圖形均衡器動態(tài)設(shè)置及總線分配等。這使得操作者從主調(diào)音臺面轉(zhuǎn)向備調(diào)音臺面時，在應(yīng)急狀態(tài)下所需要關(guān)心的切換信息和操作動作大大減少。

（2）具有單個通路級別的鏡像備份，主備調(diào)音臺可以根據(jù)自身物理推子數(shù)量，部分設(shè)置同步操作、部分設(shè)置分層設(shè)置和操作。這可以使得系統(tǒng)主次分明，僅對關(guān)鍵的、百分之百需要鏡像的音頻信號得到機械同步，避免人為操作失誤，同時又保持了主、備調(diào)音臺面各自相對獨立、針對不同側(cè)重點的靈活性。

3.3 音頻系統(tǒng)設(shè)計描述

在電視新聞演播室音頻系統(tǒng)中，以StageTec NEXUS接口機箱為基礎(chǔ)組建音頻網(wǎng)絡(luò)，使用兩個NEXUS機箱做物理上的冗余備份，將相應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有模擬話筒/線路信號、AES3信號等基帶信號同時以不同機箱、不同板卡接口送入主、備調(diào)音臺DSP處理核心；主、備調(diào)音臺DSP核心分別位于不同NEXUS機箱做物理獨立；各自的音頻制作信號也分別從不同機箱的不同板卡接口輸出，以保證在信號傳輸、交換和處理的過程中，沒有任何物理單點嚴(yán)重故障的可能性存在。

此設(shè)計中，除了可以實現(xiàn)上面所述的架構(gòu)優(yōu)勢外，系統(tǒng)還具有以下功能亮點：

（1）系統(tǒng)安全性極高，調(diào)音臺臺面、DSP處理核心及信號接口箱采用分離式結(jié)構(gòu)，所有板卡均可熱插拔，所有模塊均具備熱冗余雙電源，各模塊之間的連接全部為主備連接模式；

（2）主、備調(diào)音臺面型號一致，操作邏輯完全一致，不存在主備倒換時操作人員的操作重新適應(yīng)過程和時間；

（3）主、備調(diào)音臺面可做到推子級鏡像備份；

（4）調(diào)音臺開機時間不超過30 s（以出聲音為準(zhǔn)），所有臺面與機箱的系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)在開機時自動恢復(fù)到上次關(guān)機時的狀態(tài)；

（5）主調(diào)音臺遇到DSP核心處理板卡故障等系統(tǒng)性故障，備調(diào)音臺可接管控制，主備調(diào)音臺可做到實時操作鏡像復(fù)制，PGM信號不受影響；

（6）具備原廠軟件，可獨立安裝運行于任何計算機上，進行NEXUS機箱上所有音頻輸入、輸出接口甚至所有主、備調(diào)音臺DSP處理通路的實時電平表頭監(jiān)看。

整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)示意圖

對于Onair Flex調(diào)音臺，StageTec公司提供了基于Web訪問的虛擬控制臺面。這意味著，不論主、備調(diào)音臺面哪個出現(xiàn)故障，仍然可以通過Web界面隨時進行訪問和控制，這是在完善備份基礎(chǔ)上的有益、再次補充。

此外，針對NEXUS音頻網(wǎng)絡(luò)，廠家也研發(fā)了統(tǒng)一控制管理軟件。在軟件中，除了可以對NEXUS網(wǎng)絡(luò)進行全面的設(shè)備狀態(tài)管理外，也可完成音頻路由甚至話筒前放調(diào)整的全部功能。在原廠軟件中，不但可以對所有硬件IO接口的輸入輸出音頻信號進行實時監(jiān)看，而且可以將調(diào)音臺DSP邏輯通路設(shè)置為監(jiān)看表頭的一部分。此外，響度表、實時頻譜分析表（Real-Time Spectrum Analyzer，RTA）表頭也是監(jiān)看的可選部分，為音頻操作者掌握音頻系統(tǒng)的信號狀態(tài)提供了強大的支持。

4 結(jié) 語

采用本文所述的音頻系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，新聞演播室的音頻系統(tǒng)將會完成全面IP化升級，不論與視頻系統(tǒng)的工作界面或音頻系統(tǒng)內(nèi)部的音頻信號交換，都可以采用AoIP架構(gòu)作為通路之一，同時又兼具基帶連接的能力，使得系統(tǒng)架構(gòu)的先進性和可靠性得到了高度保障。希望此系統(tǒng)設(shè)計成果能為電視節(jié)目制播和技術(shù)革新盡一分薄力。