孫 鏑

（北京安達(dá)斯信息技術(shù)有限公司，北京 100080）

1 背 景

自中央廣播電視總臺開播國內(nèi)首個4K 超高清上星頻道以來，4K 超高清內(nèi)容需求量與日俱增?！吨醒霃V播電視總臺4K 超高清電視節(jié)目制播技術(shù)規(guī)范》明確了該頻道以5.1 環(huán)繞聲方式進(jìn)行播出，同時對音頻技術(shù)參數(shù)、成品節(jié)目電平和響度、監(jiān)聽及揚聲器布局、音頻元數(shù)據(jù)以及16 路聲道分配等進(jìn)行了定義，為后續(xù)三維聲制作播出打下技術(shù)實現(xiàn)基礎(chǔ)[1]。

廣播電視音頻制作系統(tǒng)的信號傳輸方式也在不斷發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化的音頻信號傳輸架構(gòu)始于二十多年前，基于以太網(wǎng)的解決方案也已經(jīng)存在了近二十年。AES67 標(biāo)準(zhǔn)于2013 年首次頒布，這是數(shù)字音頻IP 化的里程碑事件。2017 年后，SMPTE 2110標(biāo)準(zhǔn)集不斷完善，其中的ST 2110-30 和2110-31 標(biāo)準(zhǔn)主要描述的就是流化音頻信號。ST 2110-30 標(biāo)準(zhǔn)和AES67 標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上非常接近，而自《高性能流化音頻在IP 網(wǎng)絡(luò)上的互操作性規(guī)范》（GY/T 304—2016）[2]正式頒布以來，我國廣播電視音頻IP 化進(jìn)程也不斷加快?；鶐騃P 過渡，是系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展的必然趨勢[3]?，F(xiàn)代電視轉(zhuǎn)播越來越成為一個專業(yè)化的系統(tǒng)工程，如何構(gòu)建一套穩(wěn)定、安全、高效的網(wǎng)絡(luò)化電視制播系統(tǒng)，已經(jīng)成為全行業(yè)的焦點[4]。

因此，中央廣播電視總臺擬設(shè)計并建造一臺符合國家標(biāo)準(zhǔn)的“IP 化、三維聲制作”的數(shù)字環(huán)繞聲制作錄音車。

2 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

該錄音車主要有三個方面的設(shè)計目標(biāo)。

（1）功能和系統(tǒng)方面，設(shè)計一個能夠完成各種大中型政治活動、大中型綜藝節(jié)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(jié)目的三維聲制作系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)具有國際化水準(zhǔn)，并能夠兼容環(huán)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(jié)目直播能力，具有同時錄制兩套不同節(jié)目的能力，具有同時級聯(lián)多臺轉(zhuǎn)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(tǒng)，充分發(fā)揮IP 網(wǎng)絡(luò)特點，實現(xiàn)多個子系統(tǒng)間IP 化傳輸和信號交換，搭建一個對未來廣播電視節(jié)目制作播出具有示范性和指導(dǎo)意義的、先進(jìn)的音頻轉(zhuǎn)播制作系統(tǒng)；充分體現(xiàn)技術(shù)上的先進(jìn)性、功能上的靈活性和可擴(kuò)展性，實現(xiàn)建設(shè)現(xiàn)階段國內(nèi)國際一流水平的大型電視三維環(huán)繞聲錄音車系統(tǒng)的目標(biāo)。

（2）聲學(xué)環(huán)境和指標(biāo)方面，重視移動音頻錄制空間與聲學(xué)環(huán)境，主制作區(qū)監(jiān)聽布局滿足《用于節(jié)目制作的先進(jìn)聲音系統(tǒng)》（GY/T 316—2018）對三維聲監(jiān)聽標(biāo)準(zhǔn)的要求，第二制作區(qū)滿足環(huán)繞聲監(jiān)聽布局。整車隔音標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到Rw ≥40 dB，車廂內(nèi)制作區(qū)噪聲評價曲線達(dá)到或優(yōu)于NR30，主、第二制作區(qū)平均混響時間T60 ≤0.30 s[5]。

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

3 音頻系統(tǒng)簡介

3.1 核心產(chǎn)品選型

3.1.1 調(diào)音臺

主制作區(qū)調(diào)音臺（即主調(diào)音臺）選擇LAWO MC256 MK3，48 推子版本。該調(diào)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(shè)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(shè)備安裝過高導(dǎo)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(shè)置以及通道信號源選擇等操作。調(diào)音臺內(nèi)嵌安裝了一臺RTW TM9 音頻監(jiān)測表，具有音頻響度監(jiān)測、音頻相位監(jiān)測以及實時頻譜分析等功能。調(diào)音臺內(nèi)置一張“音頻網(wǎng)關(guān)”電路板，可將調(diào)音臺背后的話放、模擬、AES3 及多通道音頻數(shù)字接口（serial Multi-channel Audio Digital Interface，MADI）等 信號與AoIP 信號進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換，用于基帶信號的IP化共享或是送出基帶信號。

主調(diào)音臺核心處理機(jī)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(tǒng)配置了8 個1 Gb·s-1電模塊，每個電模塊可收、發(fā)各512 聲道IP音頻信號。A UHD_Core 處理延時可低至1 ms，與傳統(tǒng)基帶處理機(jī)箱差別不大。A UHD_Core 僅1 RU的高度也為“空間分配合理”的設(shè)計要求提供了更多的可能性。

副制作區(qū)調(diào)音臺（即副調(diào)音臺，或備調(diào)音臺）為LAWO MC236 MK2，32 推子版本。該調(diào)音臺采用了與MC256 完全相同的表橋屏幕與設(shè)計，為一體式調(diào)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(nèi)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(diào)音臺系統(tǒng)的總接口數(shù)量達(dá)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(jī)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(tǒng)，實現(xiàn)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(huán)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(jī)

相較于基帶音頻系統(tǒng)，交換機(jī)在AoIP 系統(tǒng)中可以扮演“跳線盤”與“音分”的角色。區(qū)別僅在于用戶操作層面。按照前期調(diào)研預(yù)估，本車選用2 臺華為CE6865 交換機(jī)作為本車的核心交換機(jī)。該型號產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國內(nèi)IP 架構(gòu)超高清轉(zhuǎn)播車。

華為CE6865 交換機(jī)常用于園區(qū)和數(shù)據(jù)中心組 網(wǎng)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(shè)備線路聚合，服務(wù)器雙活接入和交換機(jī)零中斷升級，確保業(yè)務(wù)7×24 小時在線；開放可編程網(wǎng)絡(luò)，可靈活定制；具有多種硬件資源分配組合方式，系統(tǒng)中的芯片表項資源為多業(yè)務(wù)共享，當(dāng)ARP、MAC、ACL 或路由表項不能滿足業(yè)務(wù)需求時，可以調(diào)整芯片的資源模式以獲得更大的配置表項。對于AoIP 網(wǎng)絡(luò)來說，其PTP 邊界時鐘功能、靈活的組播功能將起到關(guān)鍵作用。

3.1.4 AoIP 實時監(jiān)測系統(tǒng)

隨著AoIP 技術(shù)的普及，音頻信號監(jiān)管控系統(tǒng)方面的需求逐漸增加。國外廣電制播監(jiān)、管、控系統(tǒng)均已有一定程度的發(fā)展，成型的產(chǎn)品數(shù)不勝數(shù)，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I(xiàn)P 架構(gòu)的音頻系統(tǒng)就已經(jīng)具有監(jiān)管控系統(tǒng)的加持。監(jiān)控管能力的進(jìn)一步提升，將成為IP 化視音頻系統(tǒng)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(nèi)容的峰值電平表，可以解決“不可見”的問題，即可“監(jiān)”，讓工程師“心里有底”。市場上已經(jīng)有了類似的產(chǎn)品，如Lawo 公司的Stream Monitor。其作為一個獨立的應(yīng)用程序，已經(jīng)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(fā)。

北京安達(dá)斯信息技術(shù)有限公司在近期的央視工程項目中根據(jù)用戶需求定制開發(fā)了基于瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)的“組播音頻流解析”功能，部署在已有的監(jiān)管控服務(wù)器中，與已有的監(jiān)管控服務(wù)（即安達(dá)斯云監(jiān)控系統(tǒng)，可對設(shè)備端口狀態(tài)、帶寬和PTP 同步抖動值等進(jìn)行全方位監(jiān)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(jiān)看網(wǎng)絡(luò)中組播音頻流的峰值電平表。該系統(tǒng)還具有“低電平報警”功能，可設(shè)置電平閾值和持續(xù)時間，實現(xiàn)一定邏輯的報警功能。該功能已在臺內(nèi)多個音頻制作系統(tǒng)中使用，本車中也有應(yīng)用，并已迭代了多個版本，功能細(xì)節(jié)也正在逐漸豐富。

3.2 音頻系統(tǒng)架構(gòu)

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

圖1 本車音頻系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)總臺的IP 地址規(guī)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(shè)備”“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)”“插件服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)”等多個網(wǎng)段?？紤]到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，與合理利用有限的組播地址資源，根據(jù)總臺組播地址規(guī)劃要求，本車組播音頻聲道數(shù)量按照每條組播8 聲道、16 聲道、32 聲道、64 聲道方式進(jìn)行規(guī)劃，實際規(guī)劃發(fā)出音頻組播約400 條（約200 條2022-7 SPS），預(yù)留約600 條。

3.3 監(jiān)聽環(huán)境

監(jiān)聽環(huán)境設(shè)計是錄音車系統(tǒng)設(shè)計一貫的重點、難點。受到車內(nèi)空間尤其是高度的限制，設(shè)計出與錄音棚一樣的監(jiān)聽環(huán)境是一項非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。Genelec 以其多種專利，尤其是GLM 自動校準(zhǔn)技術(shù)，贏得了諸多轉(zhuǎn)播車、錄音車的青睞，本車也選用了Genelec 產(chǎn)品作為車內(nèi)三個制作區(qū)的監(jiān)聽揚聲器。

主制作區(qū)按照GY/T—316 標(biāo)準(zhǔn)“4+5+0”（即5.1.4）設(shè)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(qū)按照5.0環(huán)繞聲設(shè)計，采用Genelec8430 揚聲器，該揚聲器具有AoIP 接口。多功能制作區(qū)按照2.0 立體聲設(shè)計。

3.4 音頻周邊設(shè)備選型

為應(yīng)對靈活多變的應(yīng)用場景，系統(tǒng)配置了各類音頻周邊設(shè)備。

考慮到本車存在與其他轉(zhuǎn)播車、音頻車、擴(kuò)聲系統(tǒng)進(jìn)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(tǒng)配置了一臺多格式音頻轉(zhuǎn)換器，可將64 聲道MADI 信號與64聲道Dante 信號轉(zhuǎn)換為符合ST2110-30 標(biāo)準(zhǔn)的128聲道組播音頻流接入系統(tǒng)，反之亦然?？紤]到多個MADI 對接時的同步鎖相問題，本車配置了MADI 采樣率轉(zhuǎn)換設(shè)備，可在兩個不同步的系統(tǒng)之間正常穩(wěn)定地傳輸MADI 信號?？紤]到還音介質(zhì)的多樣性，本車除了配置了還音工作站之外，還配置了藍(lán)光DVD、解碼功放以及CD 播放機(jī)等還音設(shè)備。此外，本車還配置了降噪處理硬件、環(huán)繞聲效果器、立體聲效果器、插件服務(wù)器、自動混音處理器、音頻上變換器以及監(jiān)聽單元等周邊設(shè)備，豐富了聲音制作手段。

3.5 各輔助系統(tǒng)簡介

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

視頻系統(tǒng)方面，設(shè)計了外來超高清信號與高清信號的接入，車內(nèi)計算機(jī)、服務(wù)器類設(shè)備輸出的畫面經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為SDI 信號。上述信號進(jìn)入視頻矩陣，監(jiān)視器、顯示器等設(shè)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(tǒng)方面，配置了RTS OMS IP 通話主站、各區(qū)域通話面板以及遠(yuǎn)端無線接入點與無線主持人腰包。通話設(shè)備間的音頻信號傳輸基于Dante 協(xié)議，其主、備網(wǎng)絡(luò)分別位于2 臺不同的交換機(jī)實體中。

時鐘系統(tǒng)方面，除各區(qū)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(wǎng)絡(luò)實測數(shù)據(jù)與優(yōu)化可行性

4.1 網(wǎng)絡(luò)實測數(shù)據(jù)

試運行期間，技術(shù)人員對錄音車進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實測，測得系統(tǒng)核心交換機(jī)的下聯(lián)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(jìn)行M-LAG 技術(shù)相關(guān)測試。

圖2 核心交換機(jī)（主）端口使用率實測結(jié)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(guī)劃，該接口共發(fā)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(wǎng)絡(luò)協(xié)議報文（如PTP、各類發(fā)現(xiàn)協(xié)議、生成樹等）以及帶內(nèi)控制（如音頻接口箱控制、網(wǎng)頁服務(wù)、連接管理等），端口實際使用率達(dá)到63.59%/57.14%，仍留有一定裕量。

4.2 優(yōu)化可行性

業(yè)界對于AoIP 系統(tǒng)的優(yōu)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(yīng)當(dāng)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(yōu)化有明顯的作用。

第二是延遲方面。“收流延時”是AoIP 系統(tǒng)延時結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。若收流延時過大，不但耗費設(shè)備緩存空間，還有可能對視音頻、甚至是更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體的延時結(jié)構(gòu)產(chǎn)生無法接受的影響；而收流延時過小，則可能出現(xiàn)由于丟包而產(chǎn)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(fā)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(shù)據(jù)包解封裝后需要對內(nèi)部的實質(zhì)數(shù)據(jù)（如PCM 編碼）進(jìn)行解析，而解析參數(shù)如流的聲道數(shù)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(jiān)管控軟件，均會加大管理難度。

綜上所述，對AoIP 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，需要在聲道數(shù)量、延遲大小以及管理難度等多方面進(jìn)行權(quán)衡，依據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場景進(jìn)行優(yōu)化。

5 結(jié) 語

本文介紹了中央廣播電視總臺新建的B1 錄音車系統(tǒng)。首先從功能和系統(tǒng)、聲學(xué)環(huán)境和指標(biāo)、車體及布局三個方面闡述了本車的系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，其次從核心設(shè)備選型、音頻系統(tǒng)架構(gòu)、監(jiān)聽環(huán)境、周邊設(shè)備選型以及各輔助系統(tǒng)簡介等方面簡要介紹了本車的音頻系統(tǒng)，最后回顧了網(wǎng)絡(luò)實測數(shù)據(jù)，并提出需要從帶寬利用率、延遲即管理難度三個方面進(jìn)行權(quán)衡，依據(jù)應(yīng)用場景對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的觀點。如果一條條組播音頻流相當(dāng)于道路上的車流，那么AoIP 技術(shù)可被認(rèn)為是“修路”；如果聲音作品是一棟大樓，那么車內(nèi)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?shù)轿?，同時也要確保交通安全。與廣電行業(yè)類似，低延遲傳輸和系統(tǒng)高可靠性是廣播電視聲音制作一直以來的追求。