10第七章---数字音频自动播出系统.doc
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第七章数字音频自动播出系统
学习要点：
1、掌握ProLink数字音频自动播出系统的组成与结构
2、了解什么是线性音频文件格式有音频压缩的相关知识
3、了解常规以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM网络等目前比较流行的局域网组网技术的优缺点
4、掌握数字音频自动播出系统各部分基本功能
数字音频自动播出系统主要用于电台的节目数字制作、节目数字存储和节目自动播出。
本章以杭州联汇开发的ProLink数字音频自动播出系统为例，说明数字化广播电台的整体结构与功能模块。
ProLink数字音频自动播出系统是一套根据我国电台的实际情况和客观需求开发的电台数字音频和节目管理综合系统，被广泛用于包括中央台在内的全国众多国家、省、市级电台。
第一节系统的组成与结构
从形式上来看，ProLink数字音频自动播出系统是将各种不同功能的非线性音频工作站，通过计算机网络联网，构成一个特殊的数字音频网络，在该数字音频网络中，利用非线性音频工作站对音频节目进行处理，利用计算机硬盘等介质对数字音频节目加以存储，利用网络进行数字音频文件的交换和传递，最终实现电台广播节目的非线性制作、无带存储、无带传输和节目的无带自动播出。
它覆盖了广播电台从节目制作、节目编辑、节目审听和节目播出等所有环节，是一个集音频节目处理和节目管理为一体的新一代的数字广播系统。
一、网络系统与应用系统
ProLink数字音频自动播出系统作为一个全面的广播数字化解决方案，由网络系统和应用系统由两个分系统组成。
1．网络系统主要包括布线子系统和网络设备子系统，它是实现数据传输和数据交换的物理平台。
网络系统的形式、带宽和交换速度，直接决定了系统的工作效率。
2.应用系统则覆盖了电台从节目录制到节目编排、节目播出等各个环节，一
般应包含以下几个部分：
数字音频网络
网络系统
应用系统
布线子系统
网络设备系统
资料库子系统
录制子系统
管理编排子系统
播出子系统
监控子系统
（A）资料库子系统：
主要由大型数据库硬盘阵列柜组成，主要用于大量数字化节目的存储和管理。
（B）录制子系统：
主要用于节目的灌录、节目的数字化制作，包括语言节目和文艺节目。
（C）管理／编排子系统：
主要用于系统管理和播出节目单的编制、节目单的审听。
（D）播出子系统：
主要用于节目的录播类自动播出和直播类节目的辅助播出。
（E）监控子系统：
主要用系统的运行状态的监控、播出状态的监控和播出节目的超长时间记录和查询。
二、数据层与信号处理层
根据信号的体现形式，数字音频自动播出系统一般可分成两个层面：
第一层为数据层，具体体现为计算机和计算机网络，在这一层中，所有的音频信号均以计算机文件的形式出现，对它的处理和传输，类似于一般的数据文件。
第二层为信号处理层，主要功能为音频信号的交换和模式转换，即模拟的音频信号或AES/EBU格式的数字音频流在网络外的交换、调整。
模拟信号通过A/D处理转换成可被计算机所接受的数据文件，或通过D/A处理将数据层中以计算机文件形式存在的音频文件转换模拟音频信号，或AES/EBU的数字音频信号，变为音频处理卡、调音台、矩阵等硬件设备可以播放的声音。
在非线性数字化播出系统中，一个音频节目从制作到播出，要经过多次的层面转换。
三、集中式和分布式
从音频信号的走向来分，数字音频网络自动化播出系统有两种形式，即集中式和分布式。
这两种形式的区别主要在于音频接口和处理单元的物理位置。
集中式播出系统是将所有的音频接口单元（AIU-AudioInterfaceUnit）集中在一台主机中，各工作站在操作时，只是通过网线给主机发出各种命令，所有的音频输入输出均在主机上完成，如图：
从图中可以看出，集中式播出系统为了在工作站上能输入／输出音频信号，需要在各工作站和主机之间除了网线连接外，还要单独设音频线缆，而且一旦主机出问题，将造成整个系统的瘫痪，但由于在网线上只传送控制信号，因此网络数据流量很小，可以在很低的网络投资下，组建中小型音频系统。
根据我国电台的发展状况，多数系统在音频信号流向结构设计上采用了分布式结构。
分布式结构是在每台PC机上都加装音频处理卡，构成独立的音频处理单元，所有的音频信号均是通过装在工作站本机上的音频卡输入输出，而不需要再单独敷设很长的音频线，系统中所有的音频信号传送均通过网线以数字音频文件的形式传递和读写。
这种结构不但系统安全性好，施工维护比较简单，而且结构灵活，对于今后系统改动扩容都很方便。
这也是当今世界上较为流行的方式。
第二节系统数字音频文件格式
非线性数字音频工作站作为一种音频处理设备，首先要将模拟的音频信号（如话筒音源）通过A/D转换器件转换成计算机可处理的数字信号，经过A/D量化后得到的数字信号，为线性的PCM码流，这种直接由PCM码流构成的音频文件，我们称之为线性音频文件格式，最常见的为WAV文件，大多数节目制作软件即采用这种文件格式。
线性文件的优点是保真度和剪辑精度较高，缺点是信号的数据量太大，按48kHZ采样率，16bit的量化级计算，一个立体声节目的数码率为：
48kX16（bit）*2（通道）=1．536（Mb/秒）
这么大的数码率给数据的储存和传输带来了很大的压力。
特别是制作的节目比较长时，声音文件会变得极其庞大，按48kHz采样、16bit量化计算，1小时的声音文件容量将高达688M，对这样大的声音文件进行处理，对计算机的硬件资源要求非常高，而且，由于工作站的储存介质主要为硬盘，庞大的数据流对硬盘容量要求也很高，使得工作站成本增加。
特别是在数字音频网络中，音频工作站的音频信号文件都是通过计算机网络来传输和交换的，庞大的数据流对网络的要求和压力非常大，为保证音频数字流的连续性，必须要求网络的带宽和速度足够大才行，从而使得网络造价大大提高。
数字音频网络应该在增加单位硬盘容量的储存时间的同时，减少节目传输过程中对传输带宽的要求。
数字化过程除了对模拟音频信号进行量化外，往往还要对音频信号进行压缩处理。
按照信息论的理论，任何一种信源都含有冗余成分，而所谓的音频压缩，就是利用某种压缩编码，去除音频信号中的冗余信息，同时在建立压缩数学模型时，充分利用人耳的掩蔽效应，使压缩引人的失真尽可能地不被察觉。
目前，数字音频自动播出系统上常用的压缩算法有MPEG、AC-DPCM,APT-X,DOBLY-AC等。
符合ISO/MPEG标准的MPEG（ISO/IEC11172一3andISO/IEC13818-3）标准，由于压缩后仍能保持高品质的声音质量而被广泛应用。
现在数字广播领域常用的右MPEG-I，MPEG-II和MPEG-III。
利用MPEG算法，可对数字音频进行1：
4至1：
24的压缩；MPEG压缩算法是掩蔽型自适应通用子带编码和复用压缩编码，在1:
6以下的压缩比情况下，绝大部分人感觉不出音质的损失。
第三节目前流行的局域网组网技术
目前比较流行的局域网组网技术包括：
常规以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM网络、FDDI等。
一、常规以太网
常规以太网（lOMbps）是一种典型的媒质共享型网络，以IEEEE802.3规范为技术基础，采用CSMA/CD技术。
以太网是一种广播型的网络，所有站点均可看到所有的帧，而不管信息接收的目的地。
对于按收到的帧，每个站点都必须检查，以判明本站点是否为该帧的目的地。
如果是，该帧将接收，并送到高层协议作进一步的处理。
常规以太网有l0Base-5、l0Base2,和l0Base-T等。
其中l0Base-T以非屏双绞线为传输介质，在物理上是一个以以太网集成器（HUB）为中心的星型结构。
以太网标准成熟，产品丰富，支持厂家多。
L0Base-T以太网具有简单的结构化布线，易于管理维护等优点。
其缺点是以太网采用总线竞争方式，当网络上工作站数量较多，网上信息量上升到一定程度后，工作站之间的信息碰撞几率增加，导致网络数据的丢失、损坏，使网络实际传送速率急剧下降，网络利用率大大降低。
为解决这一问题，可在以以太网中引入交换技术，选用以太网交换机，为每个端口提供独占的l0Mbps的传输速率。
L0Mb/s的常规以太网技术已很难满足大信息流量，特别是多媒体信息通信的需要。
二、快速以太网（100Base-T）
100Base-T快速以太网直接由10Base-T以太网标准发展而来。
同l0Base-T相同，100Base-T采用了IEEE802.3CSMA/CD的MAC协议层，并具有相同的帧格式、拓扑结构。
不同的100Base-T具有独特的物理结构；支持100Mbps的传输速率。
100Base-T具有以下特点：
（1）网络原生带宽为100M；支持全双工传输时，可利用的带宽为200M。
特别适合具有突发性通信和传送大型数据文件的应用环境。
（2）采用交换式数据传输时，每终端或工作组网独占l00M的带宽，使网络数据包碰撞几率达到最小。
（3）保留了l0Base-T在集线器和桌面机之间使用l00M长度非屏蔽电缆的星型拓扑结构，并规定了100Base-FX支持270m长度的光纤电缆连接。
（4）采用流行的SNMP的网管软件和以太网管理信息库。
完全兼容现有的网络产品。
网络扩展性好，易于管理维护，能经济方便地集成网络，且能无缝升级到千兆以太网与ATM网络兼容。
技术标准成熟，市场产品具有良好的兼容性，组网成本较经济。
其缺点为：
（1）传输多媒体信息时，延迟较高，数据包传输错误率难以保证，图像质量一般。
（2）实时、交互动态传输多媒体信息时带宽不足。
（3）网络覆盖范围受5类UTP的限制。
三、千兆以太网
千兆以太网使用简单的以太网机制，为网络提供超过1000Mb/s的带宽，足以应付各种应用需求，如交换式工作组、局域网内部Intranet、实时多媒体传输等。
千兆以太网具有以下的特点：
（1）千兆以太网显著提高了传统以太网带宽，从根本上解决了带宽不足的问题。
（2）采用第三层路由交换机作主干网的核心交换机，可将服务器群集起来，从而提高了网络应用的响应时间，增强了系统的安全性。
（3）使用传统的EthernetCSMA/CDMAC协议，传统的Ethernet802.3帧结构及帧长度，因此它与l0Base-T,100Basc-TX/FX保持良好的向下兼容性，可实现无缝集成，网络升级、扩展很容易。
（4）保留现有网络的应用程序、操作系统、网络层协议及网管软件。
（5）支持全双工和802．3X端到端流量控制，支持VLAN。
（6）千兆以太网技术成熟，市场产品大多满足IEE802.3Z千兆以太网标准，具有兼容性、协调性、经济性。
该技术的缺点为：
（1）千兆以太网不支持真实的、端到端的服务质量（Qos），在传输多媒体数据流方面，采用传统的变长帧，仍然存在传输延迟、延迟抖动。
因此图像质量很难达到演播室质量，不具备ATMLAN所特有的多媒体通信的实用性能。
（2）千兆以太网无弹性，不支持负载平衡。
（3）目前仅支持光纤介质，多模光纤可达270米，单模光纤可达2000米以上。
四、ATM网络
ATM技术最主要的目的是为适应多媒体通信而开发的。
ATM具有53字节的短固定长度信元和端到端的面向连接；同时对不同级别的音频、视频和数据在整个传输过程中能提供较高安全保证。
ATM技术的一个重要特征体现在ATM交换机的通信机制上，它充分利用所有可利用的带宽来确保传输的最大效率。
ATM网络的逻辑第二层和第三层结构与它的物理层结构中分离，简化了互连网络和网络的管理，从而允许管理员为实现高效的业务流量，轻而易举的重新配置他们的网络。
ATM网络的传输速率从1．5Mbps（Tl）到622Mbps（OC一12c）或更高。
ATM网络技术具有以下特点：
（1）ATM采用53B固定的信元长度，代替了以太网中可变信息单元长度，克服了传输信息延时及延时抖动值无法估计的弊端，达到语音、数据、图形图像等多媒体业务的综合，它可用于很低的数据速率（几个bit/s），也可用于很高的速率（622Mbps）梦具有很强的灵活性。
（2）ATM是面向连接的技术，可保持电路交换适合于传送实时性很强业务的优点。
对于用户来说，ATM既可工作于确定方式，以支持实时性通信，也可工作于统计方式，支持实发性数据传输，具有很宽的可选择性。
ATM网络是通过建立虚拟连接实现传输数据的。
（3）ATM采用快速分组交换技术来增强网络的吞吐量和减少信息等待时间，将链路层的差错控制等先进工作交给网络终端来完成，从而提高了数据的传输速率和网络利用率。
（4）ATM允许在物理上分布的网络用户组内建立VLAN，从而简化了网络管理，增强了网络的适应能力。
ATM技术的不足之处在于：
（1）ATM技术不是很成熟，标准未最后统一，不同厂家提供的ATMLAN产品互操作性不高。
（2）ATM局域网采用LAN仿真（LANE），使ATM方案能支持使用任何数据网络协议标准的互操作网络；但LANE使整个网络的使用效率便为推广使用的一个制约因素。
（3）ATM产品价格和ATMLAN升级的投资费用相对以太网要高得多；另外ATM网络的管理，维护具有较高的技术要求，维护费用也较高。
五、FDDI（光纤分布式数字接口）
FDDI是一种使用光纤作为传输媒体的、高速通用的令牌机制双环网。
它主要用于高速局域网或城域网主干连接，传输速率达100Mbps。
FDDI不及以太网普及，技术性能也逊于ATM网络。
但由于它具有较高的可靠性，且产品比较成熟，价格也不断下降，所以在某些园区主干网络中还具有一定的市场。
FD-DI的主要特征有：
（1）使用基于IEEE802．1令牌环标准的令牌传送MAC协议。
（2）利用单模／多模光纤为传输介质，具有较高的传输速率、可靠性及安全性。
（3）采用具有容错能力的双环拓朴结构，环路长度可达100千米。
FDDI具有动态分配带宽的能力，能同时提供同步和异步的数据服务。
在数据传输时，同步的视频、音频等连续数据流占据FDDI网的100Mbps带宽的一部分，另一部可则用于传输异步的数据信息。
第四节系统各部分基本功能
一、网络系统
1布线子系统
网络系统中的布线子系统是指网线或光缆的布局，一个大型的计算机网络系统必须经过合理的布线才能更好、更可靠地发挥优势。
为了保证系统的正常运行，一般应严格按综合布线的要求施工。
2网络设备子系统
网络设备子系统是指系统的网络交换机、网卡等网络设备。
一个具有一定规模的数字音频自动播出系统，一般可以采用两级或三级结构来组成。
它是整个自动播出系统的中枢神经，也是音频数据文件在各站点传输的通道。
在网络设计时，必须保证其具有足够的带宽，以保证在多个工作站同时工作时数据流的连续性以及将来系统的扩容。
当前，在广播电台数字化领域最流行的网络系统为千兆以太网、100base-T高速以太网和ATM异步传输网络。
ATM网络由于是点对点的通讯，因此数据传输时的时延很短（大约在微秒级），是理想的多媒体信号传输网络，但是价格高昂，适合于大型系统。
对于几十个工作站构成的中小型电台系统，最经济合理的是采用交换式100base-T高速以太网。
100base-T高速以太网是在l0base-T的基础上发展起来的，由于以太网中的数据交换是基于竞争和冲突，为了保证网络的数据交换能满足数字音频系统的要求，应采用网络交换机。
近年来千兆位以太网技术发展非常迅猛，它的高带宽在极大程度上弥补了以太网所固有的时延缺陷，预计将会成为将来音频主干网络的主要选择。
各个电台可根据各自的情况和要求以及系统的大小，灵活选择不同的网络形式。
二、应用系统
应用系统广播电台数字音频自动播出系统的关键，它应该完全根据我国电台的实际要求而设计的，其基本构成如图：
1 中央音频资料库
中央音频资料库主要用于音频资料及其数据库的储存、检索。
系统中所有的数字音频节目均存储在音频资料库中，从物理上音频资料库是建立在硬盘或其他数字存储介质上，由于硬盘的数据读取速度快、容量大、可靠性高等特点，成立目前数据存储的主要介质，在计算机行业得到了极为广泛的应用，在数字音频系统中也不例外，为最大限度地保证数据资料的安全性，在数字音频系统中的中央音频资料库，一般都选用高可靠性的磁盘阵列柜。
为了保证高可靠性，在阵列柜中，除了采用双电源、双风扇、环境监控等手段外，通常还采用RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisc）磁盘冗余技术。
RAID技术有RAID0、RAID3、RAID5等多种，最常用的是RAID5。
RAID5冗余是将所有硬盘的纠错信息分散存放在各个硬盘上，当阵列组中的一块硬盘损坏中，只要换上一块新的硬盘，系统将通过校验码，自动将所有的数据恢复，从而大大提高了数据的安全性，同时，由于它的有效容量为硬盘总容量的（n-1）/n，较之1：
1的镜像备份等，具有很好的性价比。
除了物理存储介质的选择外，管理庞大音频节目资源的数据库的选择也致关重要，最常用的数据库有SQLServer、Oral、Access等。
数字化音频网络系统的一个特点就是音频节目文件的共享，但由于各种原因，如系列台之间、栏目主持人之间的竞争，对某些节目还要保持其独占性，因此在ProLink数字音频自动播出系统中，根据目前国内电台的管理方式，对音频资料数据库的设立采用多库方案。
共设立四种类型的音频数据库。
（1）总台公共音频资料库
本库由总台负责建立，里面的内容可供各系列台的人员随意调用，资源共享。
但其内容必须经有权人员输入，以确保其音频节目内容的正确性。
（2）系列台音频资料库
本库由各系列台各自建立。
它只允许本系列台的人员访问调用。
该数据库在逻辑上和总台音频资料库分开，在物理上则可以和总台音频资料库建立在同一个硬盘阵列柜上，也可以由各系列台单独建立服务器和阵列柜，这样不但可分散网络上的数据流量，减轻对网络的流量压力，在物理上分散型的数据库还有利于提高系统的安全性。
对一些重要节目通过分散备份，可以确保节目的安全。
如该数据库是建立在总台的大阵列柜中，则其最大容量由总台系统管理员规定。
系列台音频资料库中的内容只允许本系列台的人员检索和调用。
在本库的节目又分成共享类和独占类，对共享类节目所有本系列台的人员均可调用，而对独占节目只有占有者才能调用。
且各类节目所占容量大小均可由系统管理员设置规定。
（3）系列台播出临时库
本库主要存放各系列台的播出节目单和每个栏目的临时播出节目。
（4）广告库
每个系列台的广告单独管理、编单，受总台统一监管。
2 管理子系统
管理子系统主要由计算机主机和管理功能软件组成，负责管理各个系列台的音频节目库、栏目版块、人员权限以及各种系统信息的管理查询等。
管理工作站在每个系列台都单独设置。
其主要功能如下：
（1）节日管理
节目管理可分为节目类别设置、节目查询、节目整理、节目复制及节目整理，您可根据具体情况对节目进行分类管理，并可按节目的名称、类别、关键字、作者、演播者等信息进行查找及试听。
另外，为节目磁盘空间，可利用节目整理功能，人工或自动删除不必要的节目文件，如图
（2）栏目管理
在栏目管理中，根据播出的性质不同，我们将栏目分成直播类、录播类和定点播出类。
我们可以定义各栏目中的名称及其播出性质，在播出时，播出工作站将根据不同栏目的性质，采用不同的播出策略。
在一个电台中，通常情况下，栏目单是相对固定的。
如每天都要编排一次栏目单的话，将是一件非常麻烦的事，基于这点，我们引入栏目模板的概念，即预先定义好星期一到星期日的栏目播出单，作为栏目模板，编排工作站在编排节目时，编排工作站将自动根据栏目单日期和星期，自动选择相应的栏目模板，这样可以减少很多的重复劳动，为您节约出大量的时间进行其他工作。
（3）人员权限管理
系统的安全是设计的基本原则，为确保系统的安全运行，系统对所有人员设置相应的代号和密码，不同的人设置不同的权限，可以完成不同的工作。
任何一个人在进入系统任何一个工作站时，都必须输入自己的代号和密码，系统将自动判断其权限，以决定其是否能进入和退出该工作站的时间以备查，从而对使用人员进行有效的安全和责任管理。
3录制子系统
录制子系统主要完成节目的录音和制作，根据不同的录音要求，录制工作站可分成三种类型，一种用于节目的灌录，另一种为语言录音工作站，再一种为文艺录音站。
因此，可以根据各种录音间的功能要求，分别选择不同的录音制作软件，如两轨语言录音软件、多轨制作软件等，并通过不同的设置，决定其发送和调用的数据库。
在ProLink数字音频自动播出系统中的AudioCutII是专为语言录音设计的，为了方便语言录音，在AudioCutII中，还特地设计了一多功能的遥控器，录音员可以在播音间里对进行遥控操作，并且可以和调音台配合，实现话筒的哑音控制。
而像AudioCutPro（Xtrack）多轨音频工作站，不但本身拥有强大的音频处理功能，而且还可以根据每个用户的不同需要，任意选择效果插件。
同时，它还支持各种不同的音频格式，如PCM线性音频文件格式和MPEC压缩文件格式等。
4编排、审听子系统
节目编排工作站由计算机、PCX放音卡、节目编排功能软件等组成，配有监听音箱。
通过节目编排工作站可以完成播出节目单的编排、预听、审定等功能。
播出站将按各栏目的播出时段，自动调取相应的播出单，按序自动播出。
节目编排站主要功能为从各节目库中选取所需节目，并按播出时的顺序要求进行排序，编制播出节目单。
为安全起见，每个栏目的节目单编排采用权限控制。
即每个主持人只能编排修改其负责的播出节目单，以保证播出内容不被恶意破坏或无意删改。
节目编排完毕后，还需有关人员审听批准，才能在播出站上播出。
审听工作站除审听节目单外，还可审听节目库内容、广告节目内容等。
编排和审听站的数量设置可根据各系列台的管理体制来决定。
节目编排工作站的主要功能如下：
（1）节目单的编排
a.栏目单创建。
根据管理站的栏目模板设置，编排工作站将自动调用相应的模板，自动创建一天的栏目时间表，并根据操作人员的权限，给予其有权栏目的编排权。
b.严密的权限控制。
播出节目单是自动播出的基础，为了保证播出的安全性和内容的正确性，在编排站上设置了权限控制功能，每个操作人员只能编排、修改、审定其相关的栏目内容。
c.方便的资料检索。
音频资料库中的节目，以数据文件的形式分类管理，编排时您可以很方便地从公共资料库或本台库中查找到所需节目资料。
在检索过程中，由于采用了模糊检索方式，使得检索效率大大提高。
d.时间显示。
在节目编排过程中，系统能精确地计算所编排节目的时间总和，如节目时间总和超过了该栏目规定的时间长度，系统将及时提醒，以便于编排人员掌握时间。
对录播类节目，如编排的时间总长度少于栏目规定的时间长度，也将自动提醒，避免播出时出现不正常的大段补乐。
e.停播设置。
若由于实际播出的需要，在节目播出过程中要在某节目处暂停，以便人工干预，可在相应的节目前做上停播标志。
特别适合于直播情况下，由主持人自主控制播出。
f.节目预听。
在节目播出单编排完毕后，编排人员即可马上预听节目内容，所听内容段可通过调节进程条随意选择。
g节目属性查看。
在编排过程中，为确保所选节目的正确性，编排人员可以随时查看各节目的背景属性资料。
如图
（2）模板内容的修改
为了提高编排效率，对每天重复播出的内容，如版头、电台呼号、定点新闻等，可预先编排进栏目模板中，当编排工作站在自动创建每天的栏目单时，将自动将这些播出节目编排进相应的节目单中，不需要再重复编排。
（3）栏目查询
在编排工作站中提供了栏目单和节目单的查询功能。
通过该功能，可以查询每天的栏目单内容和每个播出节目的详细情况。
5播出子系统
节目播出工作站由大容量
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