韓致綱

（作者單位：寧夏廣播電視總臺(tái)）

1 項(xiàng)目背景

寧夏廣播電視臺(tái)廣播總控系統(tǒng)負(fù)責(zé)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(hào)以及中央臺(tái)轉(zhuǎn)播信號(hào)，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(hào)傳輸矩陣作為主用，1 套虛擬矩陣作為備份。虛擬矩陣同時(shí)承擔(dān)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警、存儲(chǔ)等功能。2011 年該系統(tǒng)建設(shè)成并投入使用，其中的虛擬信號(hào)傳輸矩陣和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障頻出，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，對(duì)廣播節(jié)目的安全播出造成嚴(yán)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(duì)現(xiàn)有廣播節(jié)目總控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

2 技術(shù)方案

智能化總控系統(tǒng)由2 套信號(hào)傳輸矩陣、1 套虛擬矩陣和1 套智能管理監(jiān)測(cè)平臺(tái)構(gòu)成，2 套信號(hào)傳輸矩陣主要用于主/備鏈路音頻信號(hào)的傳輸，同時(shí)，2 套信號(hào)傳輸矩陣之間互為主/備關(guān)系。主用信號(hào)傳輸矩陣故障，系統(tǒng)自動(dòng)切換至備份矩陣輸出，實(shí)現(xiàn)使用同一套矩陣控制軟件對(duì)2 套節(jié)目信號(hào)傳輸矩陣的自動(dòng)切換控制。虛擬矩陣由具有Dante 協(xié)議（一個(gè)在標(biāo)準(zhǔn)的IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)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(jī)、音頻分配器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，主要用于AoIP 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的切換，并將切換后AoIP 信號(hào)送入下游設(shè)備，作為第三備份使用；同時(shí)，虛擬矩陣為智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供監(jiān)測(cè)信號(hào)。智能監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)，主要用于監(jiān)測(cè)播控系統(tǒng)主/備鏈路設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、信號(hào)傳輸方向，其根據(jù)故障源的不同，完成故障點(diǎn)報(bào)警呈現(xiàn)、自動(dòng)記錄故障信息等。

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

信號(hào)傳輸方面，基帶信號(hào)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(hào)傳輸。

總控系統(tǒng)包括直播監(jiān)測(cè)、音頻調(diào)度、應(yīng)急切換分配、動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)、大屏呈現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)化智能管理，滿足了日常廣播節(jié)目的網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)測(cè)，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(hào)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(jìn)行冗余備份傳輸。AES 線纜（音頻連接線纜）保證播出信號(hào)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(hào)實(shí)現(xiàn)直播間和總控室的多路信號(hào)靈活切換及內(nèi)部通話功能；AoIP 實(shí)現(xiàn)播出節(jié)目信號(hào)備份傳輸和監(jiān)測(cè)[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(tái)輸出兩路MADI 光纖延時(shí)信號(hào)、兩路AES 線纜延時(shí)信號(hào)，分別進(jìn)入主備兩套信號(hào)傳輸矩陣，經(jīng)矩陣控制軟件切換后，各輸出一路延時(shí)信號(hào)進(jìn)入主備切換器；同時(shí)，直播間調(diào)音臺(tái)輸出兩路AES 非延時(shí)跨矩陣信號(hào)進(jìn)入主備切換器，作為第二備份音源參與信號(hào)切換。整個(gè)系統(tǒng)節(jié)目信號(hào)傳輸鏈路中以延時(shí)信號(hào)為主用，非延時(shí)信號(hào)為備用，最后采用應(yīng)急補(bǔ)樂。這樣做的目的是實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備、物理鏈路、信號(hào)類型的雙冗余，滿足廣播電臺(tái)播控中心機(jī)房《廣播電視安全播出管理規(guī)定》的建設(shè)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(hào)輸出至核心設(shè)備后，均需經(jīng)過跳線盤，目的是排除部分物理設(shè)備或鏈路故障導(dǎo)致系統(tǒng)信號(hào)傳輸故障，方便信號(hào)通路的手動(dòng)應(yīng)急跳線；同時(shí)通過對(duì)AoIP 網(wǎng)絡(luò)中的音頻路由的控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)音頻信號(hào)多選一和網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)總控系統(tǒng)播出信號(hào)傳輸鏈路的冗余備份的同時(shí)，實(shí)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(jī)房音頻路由器、智能切換器、基帶信號(hào)傳輸矩陣、AoIP 控制服務(wù)器構(gòu)成AoIP 音頻傳輸網(wǎng)絡(luò)，配置了主備冗余的交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)AoIP 傳輸網(wǎng)絡(luò)的主備網(wǎng)絡(luò)冗余。Dante 協(xié)議的設(shè)備具備冗余的網(wǎng)絡(luò)接口[3]，而且主備接口同時(shí)發(fā)出音頻流數(shù)據(jù)，同樣冗余的AoIP 網(wǎng)絡(luò)接口同時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)中的音頻流，這樣保證了音頻流的冗余傳輸。

2.2 信號(hào)監(jiān)測(cè)

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

所有接入AoIP 網(wǎng)的設(shè)備均提供獨(dú)立的音頻監(jiān)測(cè)及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)端口，可以不通過AoIP 網(wǎng)絡(luò)去采集音頻，較少占用AoIP 網(wǎng)絡(luò)帶寬。為了保障監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)音頻的傳輸效率，在交換機(jī)中單獨(dú)劃分了獨(dú)立的VLAN 實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻的監(jiān)測(cè)。其他設(shè)備的監(jiān)測(cè)走另一個(gè)VALN 或者交換機(jī)。

對(duì)于整個(gè)鏈路中的音頻信號(hào)的采集，基于“簡(jiǎn)單即安全”的理念，采用了采集下一級(jí)設(shè)備的輸入信號(hào)來監(jiān)測(cè)上一級(jí)設(shè)備的輸出信號(hào)的方式。例如，通過采集延時(shí)器或者AoIP 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的輸入信號(hào)來監(jiān)測(cè)直播間調(diào)音臺(tái)的輸出。

音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)直播間播出站、延時(shí)器、總控返回信號(hào)、播出節(jié)目信號(hào)、總控機(jī)房主備基帶信號(hào)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(cè)以及實(shí)現(xiàn)對(duì)16 路數(shù)字轉(zhuǎn)播信號(hào)、6 路模擬轉(zhuǎn)播信號(hào)、24 路直播間播出節(jié)目信號(hào)、開路接收信號(hào)的全部流程的音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)。除了對(duì)系統(tǒng)的音頻信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，系統(tǒng)中核心設(shè)備的生命狀態(tài)也是影響整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。為此，在智能化總控系統(tǒng)中，對(duì)整個(gè)鏈路中的調(diào)音臺(tái)、信號(hào)傳輸矩陣、智能切換器、音頻處理器、音頻分配器、光端機(jī)等核心設(shè)備都進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警與預(yù)警。

2.3 信號(hào)比對(duì)

智能化總控系統(tǒng)建設(shè)中，根據(jù)廣播播控架構(gòu)、音頻鏈路及信號(hào)傳輸特點(diǎn)，選擇基于聲學(xué)特征的音頻比對(duì)技術(shù)[4]，設(shè)置了應(yīng)急處理預(yù)案與故障回溯功能，提升了自動(dòng)化、智能化應(yīng)急處置能力，從而減輕一線值班員的工作強(qiáng)度。通過采集兩路音頻信號(hào)（源自不同設(shè)備或同一音頻設(shè)備的不同通道信號(hào)），判斷二者節(jié)目?jī)?nèi)容是否相同。當(dāng)音頻內(nèi)容不相同時(shí)，自動(dòng)判斷故障，系統(tǒng)提供物理設(shè)備視角、音頻信號(hào)鏈路邏輯視角的聲光圖文報(bào)警提示，并呈現(xiàn)應(yīng)急處置預(yù)案，供值班人員故障排查參考。

同時(shí)，考慮到寧夏廣播電臺(tái)智能化總控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需求，在傳輸發(fā)射過程中不可避免存在音頻延時(shí)、信號(hào)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(hào)比對(duì)支持模擬音頻信號(hào)、線纜信號(hào)、光纖信號(hào)、AoIP 網(wǎng)絡(luò)音頻流、FM/AM（調(diào)頻/調(diào)幅）開路信號(hào)等音頻信號(hào)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(duì)。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(shí)時(shí)性。

音頻比對(duì)流程，包括音頻采集、音頻比對(duì)、結(jié)果呈現(xiàn)三個(gè)過程[5]。信號(hào)異常時(shí)，系統(tǒng)提供物理、邏輯視角的聲光報(bào)警展示。物理視角下，提供機(jī)柜圖，顯示各設(shè)備所在位置。一旦出現(xiàn)故障，機(jī)柜圖上故障設(shè)備就會(huì)有紅框閃爍，點(diǎn)中紅框，彈出應(yīng)急處置預(yù)案。應(yīng)急處置預(yù)案針對(duì)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(yàn)，提前內(nèi)置到廣播智能播控系統(tǒng)。邏輯視角下，音頻信號(hào)流程圖以紅圈、紅色線段分別標(biāo)記故障源、故障鏈路。監(jiān)控客戶端提供信號(hào)監(jiān)測(cè)功能，以圖文列表等多種方式展示信息，并通過聲光報(bào)警，便于值班員及時(shí)處置。

2.4 信號(hào)切換

2.4.1 主備傳輸矩陣信號(hào)切換

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

2.4.2 切換器切換

主備矩陣輸出（延時(shí)）信號(hào)、AoIP（延時(shí)）信號(hào)、直播間跨矩陣非延時(shí)信號(hào)與補(bǔ)樂信號(hào)，進(jìn)入主備切換器，由主備切換器按照自定義好的優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行自動(dòng)信號(hào)切換，其中延時(shí)信號(hào)優(yōu)先級(jí)高于非延時(shí)信號(hào)，矩陣輸出信號(hào)優(yōu)先級(jí)高于跨矩陣信號(hào)。為了保障安全播出，主備切換器第一路需接矩陣輸出信號(hào)，且具備斷電直通功能。

2.4.3 返送信號(hào)調(diào)度

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

2.5 應(yīng)急處理

為了減少意外事故對(duì)整個(gè)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(shè)計(jì)應(yīng)急備份措施。應(yīng)急備份主要分為直播機(jī)房的應(yīng)急、總控機(jī)房的應(yīng)急和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)急。直播機(jī)房和總控機(jī)房的應(yīng)急備份措施對(duì)節(jié)目播出至關(guān)重要。

2.5.1 直播機(jī)房應(yīng)急

（1）備播直播間應(yīng)急倒換。當(dāng)主頻率直播間設(shè)備故障無法提供節(jié)目播出服務(wù)時(shí)，倒換備播直播間是首要的應(yīng)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(jī)房的信號(hào)切換，包括矩陣音頻路由切換、智能多選一自動(dòng)切換和跳線切換，實(shí)現(xiàn)備播直播間的切換。

（2）總控機(jī)房的冗余傳輸鏈路。每個(gè)直播間到總控機(jī)房都設(shè)計(jì)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(luò)。這三種路徑將節(jié)目播出信號(hào)同時(shí)傳輸?shù)娇偪貦C(jī)房，為應(yīng)急切換提供多路信號(hào)。

（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(dòng)連接主備服務(wù)器，當(dāng)主服務(wù)器故障時(shí)，可以自動(dòng)或手動(dòng)切換到備服務(wù)器；同時(shí)，主備工作站能夠互相監(jiān)測(cè)，主播出工作站正常播出時(shí)，備播出工作站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主播出站狀態(tài)，自身處于啞音狀態(tài)，當(dāng)主播出工作站無法正常播出時(shí)，備播出工作站可自動(dòng)接管主播出工作站進(jìn)行播出，無須人為干預(yù)，智能快速切換。

2.5.2 總控機(jī)房應(yīng)急

（1）智能多選一切換器自動(dòng)應(yīng)急切換。通過網(wǎng)絡(luò)多選一智能切換器，實(shí)現(xiàn)直播間到總控機(jī)房的多路冗余信號(hào)的自動(dòng)或手動(dòng)切換。設(shè)備具備內(nèi)部墊樂和斷電直通功能，提供自動(dòng)應(yīng)急切換。

（2）主備冗余鏈路的自動(dòng)應(yīng)急。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)房，還是總控機(jī)房返送直播間都具備了信號(hào)傳輸?shù)? 路鏈路冗余。在總控機(jī)房可以通過智能多選一切換器進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)切換。返送直播間的信號(hào)可以在調(diào)音臺(tái)上設(shè)置自動(dòng)或手動(dòng)切換。

（3）手動(dòng)跳線應(yīng)急、手動(dòng)監(jiān)聽。系統(tǒng)配置了音頻跳線盤，在信號(hào)鏈路上的設(shè)備之間進(jìn)行手動(dòng)跳線以實(shí)現(xiàn)故障應(yīng)急。核心設(shè)備具備耳機(jī)接口，當(dāng)智能監(jiān)控系統(tǒng)故障時(shí)，可以在設(shè)備端進(jìn)行信號(hào)監(jiān)聽。

（4）一播多應(yīng)急工作站應(yīng)急直播間故障。在總控機(jī)房設(shè)計(jì)了一播多工作站，可以實(shí)現(xiàn)在直播機(jī)房故障時(shí)，節(jié)目應(yīng)急播出。信號(hào)的切換可以依靠智能多選一切換器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。

2.5.3 智能監(jiān)測(cè)應(yīng)急

（1）故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備、鏈路和信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況（如設(shè)備故障、信號(hào)中斷等），會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，值班人員可以及時(shí)采取措施進(jìn)行應(yīng)急處理。

（2）主備服務(wù)器的故障自動(dòng)轉(zhuǎn)移。總控智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均設(shè)計(jì)了主備冗余的服務(wù)器和交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)。利用上層操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的故障自動(dòng)轉(zhuǎn)移功能，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器群集和數(shù)據(jù)的鏡像備份。當(dāng)主服務(wù)器故障時(shí)，可以通過心跳監(jiān)測(cè)的方式將服務(wù)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到備服務(wù)器上。

（3）服務(wù)器的操作系統(tǒng)硬盤和數(shù)據(jù)硬盤的故障應(yīng)急。針對(duì)服務(wù)器硬件設(shè)備，設(shè)計(jì)了冗余的硬盤通過磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks, RAID）方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的冗余。損壞單塊硬盤的情況下，不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。恢復(fù)正常硬盤后，可以實(shí)現(xiàn)RAID 的恢復(fù)。

（4）監(jiān)測(cè)工作站模板加載功能冗余備份。播出/監(jiān)測(cè)工作站的軟件是模塊化的，可以在任意工作站進(jìn)行軟件模塊的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)工作站功能的備份應(yīng)急?？偪刂悄鼙O(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的應(yīng)急切換。

3 智能化總控系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 靈活的信號(hào)調(diào)度與切換

智能化總控系統(tǒng)采用了雙信號(hào)傳輸矩陣架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)的匯集、路由調(diào)度、分配與應(yīng)急處置，2套信號(hào)傳輸矩陣控制軟件可單獨(dú)操作，也可實(shí)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(jìn)行冗余備份傳輸

新總控系統(tǒng)通過采用多種介質(zhì)進(jìn)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(hào)的可靠傳輸，一旦某個(gè)介質(zhì)發(fā)生故障，系統(tǒng)可以自動(dòng)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(qiáng)大的監(jiān)測(cè)功能

智能化總控系統(tǒng)配備了先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過可視化綜合管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)播出音頻、視頻和對(duì)講內(nèi)通等功能的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備提供獨(dú)立的音頻監(jiān)測(cè)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)端口，減少了對(duì)AoIP 網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，并保障了監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)音頻的傳輸效率。

4 結(jié)語

寧夏廣播電臺(tái)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(qiáng)大的監(jiān)測(cè)功能、靈活的信號(hào)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(tái)提供更高質(zhì)量的節(jié)目播出，同時(shí)提升應(yīng)急處置能力，為值班員工作帶來便利。