韓致綱

（作者單位：寧夏廣播電視總臺）

1 項目背景

寧夏廣播電視臺廣播總控系統(tǒng)負責分配、調(diào)度、監(jiān)控和傳輸5 套自辦廣播節(jié)目的播出信號以及中央臺轉(zhuǎn)播信號，是廣播節(jié)目播出的中心樞紐[1]。廣播節(jié)目總控系統(tǒng)由1 套信號傳輸矩陣作為主用，1 套虛擬矩陣作為備份。虛擬矩陣同時承擔系統(tǒng)的監(jiān)測、監(jiān)控、報警、存儲等功能。2011 年該系統(tǒng)建設成并投入使用，其中的虛擬信號傳輸矩陣和監(jiān)測系統(tǒng)故障頻出，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，對廣播節(jié)目的安全播出造成嚴重影響。為了解決故障隱患，提升播出系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，需要對現(xiàn)有廣播節(jié)目總控系統(tǒng)進行升級改造。

2 技術(shù)方案

智能化總控系統(tǒng)由2 套信號傳輸矩陣、1 套虛擬矩陣和1 套智能管理監(jiān)測平臺構(gòu)成，2 套信號傳輸矩陣主要用于主/備鏈路音頻信號的傳輸，同時，2 套信號傳輸矩陣之間互為主/備關(guān)系。主用信號傳輸矩陣故障，系統(tǒng)自動切換至備份矩陣輸出，實現(xiàn)使用同一套矩陣控制軟件對2 套節(jié)目信號傳輸矩陣的自動切換控制。虛擬矩陣由具有Dante 協(xié)議（一個在標準的IP網(wǎng)絡上運行的現(xiàn)代化高性能數(shù)字媒體傳輸系統(tǒng)）的音頻路由器、交換機、音頻分配器等網(wǎng)絡設備組成，主要用于AoIP 網(wǎng)絡信號的切換，并將切換后AoIP 信號送入下游設備，作為第三備份使用；同時，虛擬矩陣為智能監(jiān)測平臺提供監(jiān)測信號。智能監(jiān)測管理平臺，主要用于監(jiān)測播控系統(tǒng)主/備鏈路設備的實時運行狀態(tài)、信號傳輸方向，其根據(jù)故障源的不同，完成故障點報警呈現(xiàn)、自動記錄故障信息等。

信號傳輸矩陣和虛擬矩陣組成冗余的音頻信號路由系統(tǒng)，完成廣播中心音頻信號的匯集、路由調(diào)度和分配。

信號傳輸方面，基帶信號傳輸矩陣采用光纖、數(shù)字音頻線傳輸，虛擬矩陣采用AoIP 信號傳輸。

總控系統(tǒng)包括直播監(jiān)測、音頻調(diào)度、應急切換分配、動環(huán)監(jiān)測、大屏呈現(xiàn)和網(wǎng)絡化智能管理，滿足了日常廣播節(jié)目的網(wǎng)絡化、智能化監(jiān)測，為傳統(tǒng)廣播向融媒體方向發(fā)展提供技術(shù)支撐。

2.1 信號傳輸

直播間到智能化總控系統(tǒng)的音頻傳輸采用線纜、光纖和AoIP 網(wǎng)線三種介質(zhì)進行冗余備份傳輸。AES 線纜（音頻連接線纜）保證播出信號的基本傳輸；串行多通道音頻數(shù)字接口（serial multi-channel audio digital interface,MADI）光纖信號實現(xiàn)直播間和總控室的多路信號靈活切換及內(nèi)部通話功能；AoIP 實現(xiàn)播出節(jié)目信號備份傳輸和監(jiān)測[2]。

智能化總控系統(tǒng)音頻傳輸示意圖如圖1 所示：

圖1 音頻傳輸示意圖

其中，直播間調(diào)音臺輸出兩路MADI 光纖延時信號、兩路AES 線纜延時信號，分別進入主備兩套信號傳輸矩陣，經(jīng)矩陣控制軟件切換后，各輸出一路延時信號進入主備切換器；同時，直播間調(diào)音臺輸出兩路AES 非延時跨矩陣信號進入主備切換器，作為第二備份音源參與信號切換。整個系統(tǒng)節(jié)目信號傳輸鏈路中以延時信號為主用，非延時信號為備用，最后采用應急補樂。這樣做的目的是實現(xiàn)物理設備、物理鏈路、信號類型的雙冗余，滿足廣播電臺播控中心機房《廣播電視安全播出管理規(guī)定》的建設要求，使得系統(tǒng)的安全性更加可靠。

系統(tǒng)中配置了跳線盤。節(jié)目信號輸出至核心設備后，均需經(jīng)過跳線盤，目的是排除部分物理設備或鏈路故障導致系統(tǒng)信號傳輸故障，方便信號通路的手動應急跳線；同時通過對AoIP 網(wǎng)絡中的音頻路由的控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡音頻信號多選一和網(wǎng)絡音頻分配的功能，使其作為多選一智能音頻切換器和數(shù)字音頻分配器的鏡像備份。在實現(xiàn)總控系統(tǒng)播出信號傳輸鏈路的冗余備份的同時，實現(xiàn)從原總控系統(tǒng)到智能化總控系統(tǒng)的平滑過渡。

值得一提的是，系統(tǒng)中引用AoIP 技術(shù)，由直播間和總控機房音頻路由器、智能切換器、基帶信號傳輸矩陣、AoIP 控制服務器構(gòu)成AoIP 音頻傳輸網(wǎng)絡，配置了主備冗余的交換機，實現(xiàn)AoIP 傳輸網(wǎng)絡的主備網(wǎng)絡冗余。Dante 協(xié)議的設備具備冗余的網(wǎng)絡接口[3]，而且主備接口同時發(fā)出音頻流數(shù)據(jù)，同樣冗余的AoIP 網(wǎng)絡接口同時接收網(wǎng)絡中的音頻流，這樣保證了音頻流的冗余傳輸。

2.2 信號監(jiān)測

寧夏廣播電臺原監(jiān)測系統(tǒng)以彩條顯示為主，大屏界面簡單，監(jiān)測功能單一。智能化播控中心監(jiān)測系統(tǒng)，運用可視化綜合管理技術(shù)，根據(jù)播控系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)區(qū)分不同功能，如播出音頻監(jiān)測、視頻監(jiān)視、對講內(nèi)通等，在交換機上劃分不同的虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network, VLAN）實現(xiàn)整個監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸安全。

所有接入AoIP 網(wǎng)的設備均提供獨立的音頻監(jiān)測及設備狀態(tài)監(jiān)測端口，可以不通過AoIP 網(wǎng)絡去采集音頻，較少占用AoIP 網(wǎng)絡帶寬。為了保障監(jiān)測網(wǎng)絡音頻的傳輸效率，在交換機中單獨劃分了獨立的VLAN 實現(xiàn)對音頻的監(jiān)測。其他設備的監(jiān)測走另一個VALN 或者交換機。

對于整個鏈路中的音頻信號的采集，基于“簡單即安全”的理念，采用了采集下一級設備的輸入信號來監(jiān)測上一級設備的輸出信號的方式。例如，通過采集延時器或者AoIP 網(wǎng)絡節(jié)點的輸入信號來監(jiān)測直播間調(diào)音臺的輸出。

音頻信號監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對直播間播出站、延時器、總控返回信號、播出節(jié)目信號、總控機房主備基帶信號傳輸矩陣、主備智能切換器、主備數(shù)字音頻分配器的輸入輸出監(jiān)測以及實現(xiàn)對16 路數(shù)字轉(zhuǎn)播信號、6 路模擬轉(zhuǎn)播信號、24 路直播間播出節(jié)目信號、開路接收信號的全部流程的音頻信號監(jiān)測。除了對系統(tǒng)的音頻信號進行監(jiān)測外，系統(tǒng)中核心設備的生命狀態(tài)也是影響整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。為此，在智能化總控系統(tǒng)中，對整個鏈路中的調(diào)音臺、信號傳輸矩陣、智能切換器、音頻處理器、音頻分配器、光端機等核心設備都進行設備狀態(tài)檢測，實現(xiàn)系統(tǒng)對設備的實時監(jiān)測、報警與預警。

2.3 信號比對

智能化總控系統(tǒng)建設中，根據(jù)廣播播控架構(gòu)、音頻鏈路及信號傳輸特點，選擇基于聲學特征的音頻比對技術(shù)[4]，設置了應急處理預案與故障回溯功能，提升了自動化、智能化應急處置能力，從而減輕一線值班員的工作強度。通過采集兩路音頻信號（源自不同設備或同一音頻設備的不同通道信號），判斷二者節(jié)目內(nèi)容是否相同。當音頻內(nèi)容不相同時，自動判斷故障，系統(tǒng)提供物理設備視角、音頻信號鏈路邏輯視角的聲光圖文報警提示，并呈現(xiàn)應急處置預案，供值班人員故障排查參考。

同時，考慮到寧夏廣播電臺智能化總控系統(tǒng)實際應用需求，在傳輸發(fā)射過程中不可避免存在音頻延時、信號衰減、噪聲干擾、常規(guī)音效處理（如均衡器調(diào)節(jié)）等情況，信號比對支持模擬音頻信號、線纜信號、光纖信號、AoIP 網(wǎng)絡音頻流、FM/AM（調(diào)頻/調(diào)幅）開路信號等音頻信號源以及語言節(jié)目、音樂節(jié)目、廣告節(jié)目等不同的節(jié)目類型之間的比對。在性能方面，要求系統(tǒng)在高健壯性的基礎(chǔ)上，還具有較高的效率，保證實時性。

音頻比對流程，包括音頻采集、音頻比對、結(jié)果呈現(xiàn)三個過程[5]。信號異常時，系統(tǒng)提供物理、邏輯視角的聲光報警展示。物理視角下，提供機柜圖，顯示各設備所在位置。一旦出現(xiàn)故障，機柜圖上故障設備就會有紅框閃爍，點中紅框，彈出應急處置預案。應急處置預案針對廣播智能播控系統(tǒng)可能遇到的各類問題，結(jié)合歷史故障處置經(jīng)驗，提前內(nèi)置到廣播智能播控系統(tǒng)。邏輯視角下，音頻信號流程圖以紅圈、紅色線段分別標記故障源、故障鏈路。監(jiān)控客戶端提供信號監(jiān)測功能，以圖文列表等多種方式展示信息，并通過聲光報警，便于值班員及時處置。

2.4 信號切換

2.4.1 主備傳輸矩陣信號切換

直播間節(jié)目（Program, PGM）信號通過光纖和線纜分別輸入主備信號傳輸矩陣，由矩陣進行調(diào)度輸出至切換器進行下一級信號切換。主備兩套信號傳輸矩陣實現(xiàn)冗余，能夠保障總控機房節(jié)目播出信號的隨機切換。

2.4.2 切換器切換

主備矩陣輸出（延時）信號、AoIP（延時）信號、直播間跨矩陣非延時信號與補樂信號，進入主備切換器，由主備切換器按照自定義好的優(yōu)先級順序進行自動信號切換，其中延時信號優(yōu)先級高于非延時信號，矩陣輸出信號優(yōu)先級高于跨矩陣信號。為了保障安全播出，主備切換器第一路需接矩陣輸出信號，且具備斷電直通功能。

2.4.3 返送信號調(diào)度

中央臺信號和現(xiàn)場轉(zhuǎn)播信號通過無源音頻分配器一分二后，分別進入主/備信號傳輸矩陣完成信號的路由調(diào)度，返送至直播間調(diào)音臺，作為輸入音源使用。

2.5 應急處理

為了減少意外事故對整個系統(tǒng)的安全影響，并保障安全播出，廣播播控系統(tǒng)需要設計應急備份措施。應急備份主要分為直播機房的應急、總控機房的應急和智能監(jiān)測系統(tǒng)的應急。直播機房和總控機房的應急備份措施對節(jié)目播出至關(guān)重要。

2.5.1 直播機房應急

（1）備播直播間應急倒換。當主頻率直播間設備故障無法提供節(jié)目播出服務時，倒換備播直播間是首要的應急方案。備播間處于熱播狀態(tài)，與主頻率直播間配置一致，通過總控機房的信號切換，包括矩陣音頻路由切換、智能多選一自動切換和跳線切換，實現(xiàn)備播直播間的切換。

（2）總控機房的冗余傳輸鏈路。每個直播間到總控機房都設計有冗余的傳輸鏈路，包括主備光纖、數(shù)字音頻線纜、AoIP 音頻網(wǎng)絡。這三種路徑將節(jié)目播出信號同時傳輸?shù)娇偪貦C房，為應急切換提供多路信號。

（3）冗余的播出工作站。系統(tǒng)配置了主備冗余的播出工作站，主備播出工作站支持自動連接主備服務器，當主服務器故障時，可以自動或手動切換到備服務器；同時，主備工作站能夠互相監(jiān)測，主播出工作站正常播出時，備播出工作站實時監(jiān)測主播出站狀態(tài)，自身處于啞音狀態(tài)，當主播出工作站無法正常播出時，備播出工作站可自動接管主播出工作站進行播出，無須人為干預，智能快速切換。

2.5.2 總控機房應急

（1）智能多選一切換器自動應急切換。通過網(wǎng)絡多選一智能切換器，實現(xiàn)直播間到總控機房的多路冗余信號的自動或手動切換。設備具備內(nèi)部墊樂和斷電直通功能，提供自動應急切換。

（2）主備冗余鏈路的自動應急。系統(tǒng)設計了MADI 光纖、AES 線纜和AoIP 音頻網(wǎng)線三種介質(zhì)通路通道冗余模式的音頻傳輸方案。不論從直播間到總控機房，還是總控機房返送直播間都具備了信號傳輸?shù)? 路鏈路冗余。在總控機房可以通過智能多選一切換器進行自動或手動切換。返送直播間的信號可以在調(diào)音臺上設置自動或手動切換。

（3）手動跳線應急、手動監(jiān)聽。系統(tǒng)配置了音頻跳線盤，在信號鏈路上的設備之間進行手動跳線以實現(xiàn)故障應急。核心設備具備耳機接口，當智能監(jiān)控系統(tǒng)故障時，可以在設備端進行信號監(jiān)聽。

（4）一播多應急工作站應急直播間故障。在總控機房設計了一播多工作站，可以實現(xiàn)在直播機房故障時，節(jié)目應急播出。信號的切換可以依靠智能多選一切換器實現(xiàn)自動切換。

2.5.3 智能監(jiān)測應急

（1）故障自動監(jiān)測和報警。智能監(jiān)測系統(tǒng)會對關(guān)鍵設備、鏈路和信號進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況（如設備故障、信號中斷等），會自動發(fā)出報警信號，值班人員可以及時采取措施進行應急處理。

（2）主備服務器的故障自動轉(zhuǎn)移?？偪刂悄鼙O(jiān)測系統(tǒng)均設計了主備冗余的服務器和交換機網(wǎng)絡。利用上層操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的故障自動轉(zhuǎn)移功能，實現(xiàn)服務器群集和數(shù)據(jù)的鏡像備份。當主服務器故障時，可以通過心跳監(jiān)測的方式將服務自動轉(zhuǎn)移到備服務器上。

（3）服務器的操作系統(tǒng)硬盤和數(shù)據(jù)硬盤的故障應急。針對服務器硬件設備，設計了冗余的硬盤通過磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks, RAID）方式進行數(shù)據(jù)的冗余。損壞單塊硬盤的情況下，不會影響系統(tǒng)的正常運行?；謴驼Ｓ脖P后，可以實現(xiàn)RAID 的恢復。

（4）監(jiān)測工作站模板加載功能冗余備份。播出/監(jiān)測工作站的軟件是模塊化的，可以在任意工作站進行軟件模塊的轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)工作站功能的備份應急?？偪刂悄鼙O(jiān)測的工作站支持快照模板功能，可以在不重啟工作站的情況下，重新加載模板實現(xiàn)監(jiān)測功能的應急切換。

3 智能化總控系統(tǒng)的特點

3.1 靈活的信號調(diào)度與切換

智能化總控系統(tǒng)采用了雙信號傳輸矩陣架構(gòu)，實現(xiàn)了音頻信號的匯集、路由調(diào)度、分配與應急處置，2套信號傳輸矩陣控制軟件可單獨操作，也可實現(xiàn)1 套軟件控制2 套矩陣，保證了硬件、軟件的高可用性。

3.2 采用多種介質(zhì)進行冗余備份傳輸

新總控系統(tǒng)通過采用多種介質(zhì)進行冗余備份傳輸，包括AES 線纜、MADI 光纖和AoIP 網(wǎng)線。這種冗余傳輸方案確保了廣播節(jié)目信號的可靠傳輸，一旦某個介質(zhì)發(fā)生故障，系統(tǒng)可以自動切換到備用介質(zhì)，保證廣播節(jié)目的連續(xù)性和安全性。

3.3 強大的監(jiān)測功能

智能化總控系統(tǒng)配備了先進的監(jiān)測系統(tǒng)，通過可視化綜合管理技術(shù)，實現(xiàn)了對播出音頻、視頻和對講內(nèi)通等功能的監(jiān)測。系統(tǒng)中的各個設備提供獨立的音頻監(jiān)測和設備狀態(tài)監(jiān)測端口，減少了對AoIP 網(wǎng)絡帶寬的占用，并保障了監(jiān)測網(wǎng)絡音頻的傳輸效率。

4 結(jié)語

寧夏廣播電臺智能化總控系統(tǒng)通過采用基于AoIP技術(shù)的架構(gòu)，具有強大的監(jiān)測功能、靈活的信號調(diào)度與切換功能，提升了廣播節(jié)目的管理效率和傳輸可靠性。這將為廣播電臺提供更高質(zhì)量的節(jié)目播出，同時提升應急處置能力，為值班員工作帶來便利。