數(shù)字音頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)

王彥洲、王繼來、張青松

隨著數(shù)字廣播技術的不斷完善，廣播信號傳輸系統(tǒng)的數(shù)字化改造也已基本完成。本文詳細介紹了數(shù)字化改造過程中，廣播電視基層臺站結合工作實際對原有數(shù)字音頻系統(tǒng)進行的改造和完善并使之具備遠程監(jiān)控功能。數(shù)字音頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)解決了原有數(shù)字音頻系統(tǒng)只能在設備間進行監(jiān)控的不足，使數(shù)字音頻系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程時時監(jiān)控的功能。

系統(tǒng)概述

隨著數(shù)字廣播技術的不斷完善，我國廣播電視信號源已基本實現(xiàn)數(shù)字化。廣播電視基層臺站的數(shù)字信號接收工作大多由節(jié)目傳輸機房（簡稱節(jié)傳機房）來完成，節(jié)傳機房負責對數(shù)字音頻信號的傳送質量以及是否受到非法干擾等情況進行時時監(jiān)測。我局現(xiàn)有的數(shù)字化整體改造方案中只提供了對數(shù)字音頻輸出實現(xiàn)本地監(jiān)聽監(jiān)測的功能，也就是說對數(shù)字信號源和數(shù)字音頻輸出的監(jiān)聽只局限在設備間內進行。然而大多數(shù)基層臺站的設備間與控制室之間相距一定的距離，對數(shù)字音頻信號進行遠程監(jiān)聽成為了實現(xiàn)新運維模式的瓶頸，為了解決這一問題，我們對原有數(shù)字音頻通路進行系統(tǒng)改造，使之實現(xiàn)數(shù)字音頻信號的遠程監(jiān)控功能。

數(shù)字音頻系統(tǒng)遠程監(jiān)控改造方案

如圖1，我臺節(jié)傳機房接收的光纜、衛(wèi)星Ku波段、衛(wèi)星C波段三路數(shù)字信號以及應急播出音頻信號共四路節(jié)目源經(jīng)過“四選一”設備及相應擴展接口箱后，有A和B兩條通路同步輸出數(shù)字音頻信號。其中A路數(shù)字音頻信號通過高頻電纜送到發(fā)射機房，經(jīng)數(shù)字音頻處理器處理后直接加載到發(fā)射機上。而B路數(shù)字音頻信號通過TB-II型音頻選擇器選擇切換，再經(jīng)過TB-I型數(shù)模轉換器進行D/A轉換后，將模擬信號連接到功放，通過監(jiān)聽音箱實現(xiàn)對數(shù)字節(jié)目源的本地監(jiān)控。

對于設備間與控制室規(guī)劃在一起的基層臺站而言，通過上述系統(tǒng)基本可以實現(xiàn)對數(shù)字音頻信號的監(jiān)控功能。但對于設備間與控制室相距較遠的基層臺站，目前這種方案就難以實現(xiàn)對數(shù)字音頻信號的遠程時時監(jiān)控功能。為解決上述問題，我們特制定了符合基層臺站實際工作情況的數(shù)字音頻系統(tǒng)遠程監(jiān)控改造方案。

從圖2中可以看出，在圖1的基礎上，我們做了如下系統(tǒng)改造：在數(shù)字音頻擴展接口箱的后級，我們增加了一個廣播級的AES/EBU數(shù)字音頻分配設備，簡稱“數(shù)字一分二”。音頻分配設備將B通路輸出的數(shù)字音頻信號再次分成兩路，一路用于設備間的本地監(jiān)聽，另一路數(shù)字音頻通過我們自行設計研發(fā)的兩個16路D/A轉換器進行數(shù)模轉換后連接到32路音頻光發(fā)射機，通過單模光纜將D/A轉換后的模擬信號傳送到至100米外控制室內的32路音頻光接收機，模擬音頻信號經(jīng)過光接收機的光電轉換后輸出兩路非平衡模擬信號。其中一路非平衡模擬信號經(jīng)過“非平衡-平衡”轉換后連接到功率放大器，通過監(jiān)聽音箱實現(xiàn)了對數(shù)字節(jié)目源和數(shù)字音頻輸出的遠程監(jiān)聽功能。我們在此通路上增加了32路矩陣切換器來實現(xiàn)對信號源的切換選擇功能；另一路非平衡模擬信號通過32路音頻信號監(jiān)測器的取樣轉換之后，以動態(tài)彩條的形式直接將音頻信號的頻率、幅度等屬性顯示于電腦屏幕，實現(xiàn)了對數(shù)字音頻輸出和數(shù)字節(jié)目源的遠程監(jiān)視功能。

遠程監(jiān)聽核心器件

——16路數(shù)模轉換器

從音頻擴展接口箱B口輸出的音頻信號是符合AES/EBU標準的數(shù)字信號，無法滿足模擬監(jiān)聽的要求，因此需要將數(shù)字信號轉換成模擬信號，即“D/A”轉換。我臺共有20部發(fā)射機，要實現(xiàn)對輸出到每部發(fā)射機的音頻信號進行時時監(jiān)聽就需要將輸出的20路數(shù)字音頻信號全部進行數(shù)模轉換。從市場上購買20部數(shù)模轉換器價格不菲，而且設備間機柜空間有限，也不允許再裝下20部D/A轉換設備，因此我們自行設計、研發(fā)了16路數(shù)模轉換器。

16路數(shù)模轉換器采用IU標準機柜尺寸，每個占3U空間，在滿足了系統(tǒng)需求的同時既節(jié)省了空間又便于工程安裝。其音頻輸出接口符合600Ω卡儂頭（XLR）接口平衡輸出，經(jīng)卡儂頭(XLR)與蓮花頭（RCA）的轉換連接后，滿足了音頻光端發(fā)射機600Ω非平衡信號的輸入要求。

1、16路數(shù)模轉換器整體硬件結構

如圖5所示，16路數(shù)模轉換器主要由數(shù)字信號隔離耦合、數(shù)字信號采樣、數(shù)模轉換、模擬信號放大等四部分組成。下面簡單介紹一下16路數(shù)模轉換器所使用的主要器件的功能與特性。

（1）音頻數(shù)字隔離變壓器ST-DV709

如圖6，該數(shù)模轉換器采用SunLink公司生產的ST-DV709型音頻數(shù)字隔離變壓器。ST-DV709磁芯采用的特殊材料使得其性能與普通的脈沖變壓器大相徑庭，它能將輸入的音頻數(shù)字信號按1:1變壓并進行隔離、耦合，從而保證了電氣信號的安全隔離，避免了由于阻抗和電平不匹配造成的后極解碼設備無法鎖定數(shù)字信號的問題。

（2）數(shù)字音頻取樣頻率變換器CS8420

如圖7，CS8420是Crystal公司推出的一款數(shù)字音頻采樣頻率轉換器，具備極高性能的信號調制能力和信號傳輸能力，且抖動和失真極低，可進行AES3型和串行數(shù)字音頻輸入、輸出，以及通過一個4線微控制器端口進行的綜合控制?？梢暂斎?輸出24、20或16位的數(shù)字音頻信號。輸入數(shù)據(jù)可以完全與輸出數(shù)據(jù)異步，同時輸出數(shù)據(jù)又可與外部系統(tǒng)時鐘同步。

CS8420具有以下主要特性：可對音頻數(shù)字信號進行全兼容輸入輸出；取樣頻率可工作在8KHz到96KHz的大范圍；具有最小1:3到最大3:1的輸入與輸出取樣頻率比；良好的抗時基震動性能。

CS8420優(yōu)異的特性保證了16路數(shù)模轉換器8KHz到96KHz的寬取樣范圍以及可靠的數(shù)字信號采樣度。

（3）立體雙通道數(shù)模轉換器 CS4334

CS4334由1bit插值原理D/A轉換器和輸出模擬濾波器兩大部分組成。支持主流的音頻數(shù)據(jù)格式。通過簡單調整主時鐘頻率就可匹配2KHz到100KHz的不同采樣頻率。廣泛應用于各類數(shù)字音頻轉換產品。其工作溫度范圍為-10°C 至 +70°C；電源供電電壓范圍在到5.5V之間。

CS4334為16路數(shù)模轉換器實現(xiàn)更寬的數(shù)模轉換頻率范圍以及更高的數(shù)模轉換速度提供了堅實的前提保障。

（4）高速J-FET輸入四通道運算放大器TL084

TL084具有寬共模及差模電壓范圍、低輸入偏置及偏移電流、輸出短路保護、高輸入阻抗J-FET(結型場效應管)輸入級、內部頻率補償、鎖定自由操作、高循環(huán)率等特性。是廣播電視設備中必不可少的接口分配設備。

2、16路數(shù)模轉換器系統(tǒng)電路設計

如圖8所示，符合AES3標準的數(shù)字音頻信號經(jīng)D-INPUT端口輸入數(shù)字音頻隔離變壓耦合器ST-DV709，該信號被按1:1比例變壓并進行隔離、耦合后傳送給數(shù)字音頻取樣頻率變換器CS8420的微分線接收輸入端RXP、RXN管腳，經(jīng)CS8420進行采樣處理后由其串行音頻輸出通道數(shù)據(jù)端STOUT管腳輸出給雙通道數(shù)模轉換器CS4334的數(shù)字信號接收端SDATA管腳。CS4334將輸入的數(shù)字取樣信號轉換為模擬信號后經(jīng)其模擬信號輸出端AOUTR、AOUTL管腳傳遞到高速J-FET輸入四通道運算放大器TL084，該音頻模擬信號由TL084放大后經(jīng)A-OUTPUT端口傳輸給后極設備。

實際應用效果

數(shù)字音頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用了光傳輸介質、廣播級的音頻分配器、符合實際工作需要的16路數(shù)模轉換器等設備，確保了節(jié)傳設備間接收到的數(shù)字節(jié)目源信號高保真地傳送到了遠程的控制室，保證了值班員對信號質量判斷的準確性。本系統(tǒng)2007年初改造完成并投入使用，在近四年的運行當中，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，故障率極低。節(jié)傳值班人員有多次通過遠程監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)了接收機雜音、數(shù)字四選一控制板故障導致的輸出信號失真等故障，通過彩條監(jiān)視多次發(fā)現(xiàn)接收機電源故障、信號失鎖導致的無信號輸出等故障。數(shù)字音頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行為我臺安全傳輸發(fā)射工作提供了堅實的技術支持。