基于TRTC 的廣播節(jié)目互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)系統(tǒng)

趙 勇

（寧波廣播電視集團(tuán)，浙江 寧波 315000）

0 引言

廣播節(jié)目以其互動(dòng)性強(qiáng)、參與度高的特點(diǎn)深受人們的喜愛。然而，聽眾參與節(jié)目的主要手段依舊是較為傳統(tǒng)的熱線電話。隨著4G、5G 移動(dòng)通信技術(shù)的不斷普及，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬大幅提高，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸高碼率音頻信號(hào)變得比以前更加容易。同時(shí)，手機(jī)流量的費(fèi)用也隨著新技術(shù)的普及而日益下降?；谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)的語音通信技術(shù)隨之廣泛普及。人們更多地使用微信語音通話進(jìn)行溝通，使用傳統(tǒng)電話的人越來越少。傳統(tǒng)的熱線電話作為廣播電臺(tái)與聽眾互動(dòng)的主要手段，也顯得有點(diǎn)陳舊和落后。加上其先天性的技術(shù)局限性，導(dǎo)致其語音質(zhì)量及信息化程度都不夠理想。因此，廣播節(jié)目需要通過互聯(lián)網(wǎng)建立全新的語音互動(dòng)系統(tǒng)，以適應(yīng)新的技術(shù)環(huán)境和聽眾習(xí)慣。

1 廣播節(jié)目互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)系統(tǒng)的三大核心訴求

1.1 選擇平臺(tái)無縫銜接聽眾的互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)習(xí)慣

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，微信這個(gè)具有鮮明移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代特征的通信軟件，幾乎在每個(gè)國(guó)人的智能手機(jī)中占有一席之地，逐漸代替了電話和短信成為人們主要的通信工具[1]。微信小程序的推出，使微信從最初的即時(shí)通信工具成長(zhǎng)為一個(gè)巨大的信息及社交平臺(tái)。為了契合人們當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)使用習(xí)慣，同時(shí)借助微信平臺(tái)強(qiáng)大的技術(shù)能力和平臺(tái)效應(yīng)，為廣播聽眾提供更加優(yōu)質(zhì)便捷的使用體驗(yàn)以及獲得更加廣泛的傳播效果，使用微信小程序作為語音互動(dòng)系統(tǒng)聽眾端的交互入口，是一個(gè)非常理想的選擇。

1.2 實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)廣播播控系統(tǒng)間的音頻傳輸與控制

傳統(tǒng)廣播電臺(tái)的熱線電話系統(tǒng)依然使用模擬的電話信道，因其技術(shù)上的局限性，只能夠傳輸頻率在300～3 400 Hz 的音頻信號(hào)，導(dǎo)致音頻信號(hào)的清晰度有所欠缺，并且存在掛斷音、電磁干擾、雷擊等問題[2]。同時(shí)，其無法在移動(dòng)互聯(lián)化方面進(jìn)行有效的擴(kuò)展，不能與微信小程序等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用兼容。因此，需要一種能夠傳輸20 Hz～20 kHz 全頻帶立體聲的，并且能夠兼容微信小程序等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的通信信道。騰訊實(shí)時(shí)音視頻（Tencent Real-Time Communication，TRTC）服務(wù)可以很好地解決以上問題，成為用戶端與電臺(tái)端進(jìn)行語音交互的主要信道，可以利用基于IP 化音頻（Audio over IP，AOIP）技術(shù)的專用設(shè)備將特定語音信號(hào)轉(zhuǎn)換成AES/EBU 數(shù)字語音信號(hào)傳入傳統(tǒng)電臺(tái)直播調(diào)音臺(tái)，從而在提升通話質(zhì)量、確保信號(hào)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)廣播播控系統(tǒng)間音頻信號(hào)的傳輸與控制。

1.3 確保音頻管控流程符合廣播節(jié)目導(dǎo)播流程

在有聽眾連線的廣播直播節(jié)目中，為了保證節(jié)目質(zhì)量和播出安全，導(dǎo)播和主持人需要對(duì)直播連線的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全程管控?；?dòng)連線開始，導(dǎo)播通過提前交流，對(duì)連線聽眾的身份、意圖、訴求等關(guān)鍵信息進(jìn)行甄別[3]，連線控制主要實(shí)現(xiàn)主持人和導(dǎo)播對(duì)互動(dòng)連線的接通、轉(zhuǎn)接、掛斷等操作，這些都是廣播節(jié)目區(qū)別于單純互聯(lián)網(wǎng)語音溝通的特殊系統(tǒng)需求。因此，為了方便主持人和導(dǎo)播能夠獨(dú)立、安全、便捷地掌控整個(gè)連線過程，廣播節(jié)目互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要定制開發(fā)一套符合流程需求、操作直觀便捷、功能完整匹配的軟件系統(tǒng)和小程序平臺(tái)。

2 廣播節(jié)目互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 互動(dòng)系統(tǒng)概述

互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)系統(tǒng)主要由微信小程序、云服務(wù)器、TRTC 服務(wù)、導(dǎo)控系統(tǒng)以及AOIP 網(wǎng)絡(luò)音頻路由系統(tǒng)等模塊組成，系統(tǒng)框架如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

微信小程序是整個(gè)系統(tǒng)的互動(dòng)入口，用戶可以使用手機(jī)、電腦、Pad 等終端通過小程序與電臺(tái)主播進(jìn)行高品質(zhì)的實(shí)時(shí)語音互動(dòng)，可以在小程序內(nèi)進(jìn)行語音和文字留言，可以將實(shí)時(shí)語音連線轉(zhuǎn)發(fā)到微信群進(jìn)行高效傳播。

云服務(wù)器用來存放微信小程序的代碼、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)后臺(tái)數(shù)據(jù)以及運(yùn)行各種后臺(tái)服務(wù)。云服務(wù)器架設(shè)在騰訊云上，使用云服務(wù)器代替本地服務(wù)器，可以有效地降低整個(gè)系統(tǒng)的前期建設(shè)成本，同時(shí)后期升級(jí)擴(kuò)容也十分便利，具有可按需付費(fèi)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，云服務(wù)器采用分布式架構(gòu)，具有更強(qiáng)的抗災(zāi)容錯(cuò)能力，并且采用多線互通的互聯(lián)網(wǎng)入口，具有更快的訪問速度，十分適合小程序的部署[4]。

TRTC 服務(wù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心語音信號(hào)傳輸信道。它是騰訊公司開發(fā)的一種實(shí)時(shí)語音傳輸云服務(wù)，具有跨平臺(tái)傳輸高保真實(shí)時(shí)語音信號(hào)的能力。因此，可以通過TRTC 服務(wù)實(shí)現(xiàn)用戶端小程序與電臺(tái)端導(dǎo)控系統(tǒng)兩種不同設(shè)備平臺(tái)之間語音信號(hào)的高質(zhì)量、低延時(shí)的實(shí)時(shí)傳輸。

導(dǎo)控系統(tǒng)是為主持人和導(dǎo)播提供連線過程管理的PC 端圖形化操作軟件，為主持人和導(dǎo)播提供連線控制、信息呈現(xiàn)、圖文溝通、系統(tǒng)設(shè)置以及后臺(tái)管理等主要功能，并承擔(dān)著電臺(tái)端語音信號(hào)接收與轉(zhuǎn)發(fā)功能，確保連線時(shí)的節(jié)目質(zhì)量和播出安全。

AOIP 網(wǎng)絡(luò)音頻路由系統(tǒng)是電臺(tái)本地端的音頻信號(hào)傳輸控制系統(tǒng)，其主要功能是對(duì)適用于微信小程序的互聯(lián)網(wǎng)語音信號(hào)和適用于直播調(diào)音臺(tái)的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行輸入輸出的控制和音頻格式的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)避免互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備直接接入調(diào)音臺(tái)，起到保障實(shí)時(shí)連線節(jié)目安全播出的隔離作用。

2.2 TRTC 技術(shù)打通用戶微信端與電臺(tái)廣播節(jié)目的隔閡

騰訊實(shí)時(shí)音視頻（Tencent Real-Time Communication，TRTC）是由騰訊公司開發(fā)的音視頻交互解決方案。它以多人音視頻通話和低延時(shí)互動(dòng)直播為兩大主要應(yīng)用場(chǎng)景，具有可快速搭建、跨平臺(tái)部署、低成本、低延時(shí)、高品質(zhì)以及全球覆蓋等優(yōu)點(diǎn)，通過騰訊云服務(wù)向開發(fā)者開放。由于其為騰訊公司旗下產(chǎn)品，因此對(duì)微信生態(tài)具有非常好的兼容能力。

開發(fā)者可以在自己的程序和應(yīng)用中集成TRTC 的軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit，SDK），通過SDK 提供的應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）與實(shí)時(shí)音視頻TRTC 云服務(wù)后臺(tái)連通，由TRTC 云服務(wù)通過私有的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）對(duì)雙方的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。本系統(tǒng)主要應(yīng)用了TRTC 的多人語音通話模式，簡(jiǎn)單來說，就是通過調(diào)用SDK 使用云服務(wù)進(jìn)行推拉流的過程。主要工作流程如圖2 所示。

圖2 TRTC SDK 工作流程圖

（1）加入房間。房間這一虛擬概念，在TRTC中用于區(qū)隔不同的用戶群組。參加音視頻交互的用戶加入同一個(gè)房間。同一房間內(nèi)的用戶可以進(jìn)行實(shí)時(shí)音視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

（2）發(fā)布本地流。加入房間后，系統(tǒng)將本地音視頻設(shè)備采集的音視頻信號(hào)經(jīng)過處理、編碼、封裝，將數(shù)據(jù)流上傳至云服務(wù)器，再由云服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)給同一房間內(nèi)的其他用戶。

（3）訂閱遠(yuǎn)程流。當(dāng)房間內(nèi)有用戶發(fā)布了本地流，其他用戶就需要利用SDK 接收云服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的來自遠(yuǎn)端其他用戶發(fā)送的經(jīng)過處理的音視頻數(shù)據(jù)流，并通過顯示設(shè)備進(jìn)行展示和播放。

（4）取消發(fā)布本地流。如果在通信過程中需要重新發(fā)布其他的本地?cái)?shù)據(jù)流，可以取消發(fā)布本地流，用于取消后達(dá)到切換效果，但是不會(huì)影響訂閱流。

（5）退出房間。SDK 會(huì)自動(dòng)取消訂閱遠(yuǎn)程流和取消發(fā)布本地流，然后退出房間。

從加入房間到退出房間，可視為一個(gè)完整的TRTC 通話模式工作流程。每個(gè)客戶端都需要一次完整的流程，才可視為一次完整的音視頻通話過程。這種工作模式非常貼合電臺(tái)語音互動(dòng)的時(shí)效性和私密性，同時(shí)真正高效銜接了微信用戶與傳統(tǒng)電臺(tái)節(jié)目。

2.3 AoIP 解決了互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)廣播播控系統(tǒng)間的音頻傳輸與控制問題

IP 化音頻（Audio over IP，AOIP）是指在普通局域網(wǎng)內(nèi)以IP 方式傳輸不壓縮音頻信號(hào)的技術(shù)，具有高保真、低延時(shí)、大容量的特征。虛擬聲卡是AoIP 的一個(gè)特色，普通工作站只需安裝驅(qū)動(dòng)就能升級(jí)成一個(gè)AoIP 設(shè)備，該工作站就能通過本機(jī)網(wǎng)卡接入AoIP 網(wǎng)絡(luò)，直接錄制或播出網(wǎng)絡(luò)中的音頻。

本系統(tǒng)使用的Dante 技術(shù)是AoIP 眾多協(xié)議中的一種。Dante 是目前使用范圍最廣、擁有產(chǎn)品數(shù)量最多的AoIP 技術(shù)。由于使用了相同的接口板卡和控制軟件，不同廠商的Dante 設(shè)備間互聯(lián)方便，因此具有較好的兼容性。因其封閉協(xié)議不開放的特性，Dante 設(shè)備具備較高的安全性[5]。

AOIP 網(wǎng)絡(luò)音頻路由系統(tǒng)主要由DVS（Dante虛擬聲音卡）、Dante Controller（音頻路由控制軟件）以及AOIPBox 網(wǎng)絡(luò)音頻路由器組成。將Dante 虛擬聲音卡安裝在PC 導(dǎo)控系統(tǒng)主持人端電腦上，通過在導(dǎo)控系統(tǒng)主界面的設(shè)置選項(xiàng)里選擇DVS 通道，就可以將PC 端導(dǎo)控系統(tǒng)的音頻輸入輸出通道設(shè)置為Dante 的虛擬聲卡通道。這樣，PC 端導(dǎo)控系統(tǒng)就能將適用于微信小程序的TRTC 協(xié)議信號(hào)和適用于電臺(tái)端內(nèi)部傳輸?shù)腄ante 協(xié)議的AOIP 信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便在不同的網(wǎng)絡(luò)中傳輸。每臺(tái)主持人端電腦都裝有雙網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡用于連接互聯(lián)網(wǎng)，可與微信小程序端進(jìn)行通信，另外一塊網(wǎng)卡用于連接AOIP 音頻網(wǎng)絡(luò)，傳輸AOIP 音頻信號(hào)。

網(wǎng)絡(luò)音頻路由器安裝在總控機(jī)房，AOIPBox可以對(duì)Dante 協(xié)議的AOIP 信號(hào)和AES 數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。AOIPbox 通過AES 數(shù)字音頻信號(hào)線路與總控音頻矩陣連接，由總控音頻矩通過串行多通道音頻數(shù)字接口（serial Multi-channel Audio Digital Interface，MADI）光纖接入直播調(diào)音臺(tái)。在總控機(jī)房部署一臺(tái)控制電腦，該電腦上安裝Dante Controller 路由控制軟件，用于控制AOIP 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信號(hào)路由，可以使各個(gè)直播室內(nèi)的導(dǎo)控系統(tǒng)的虛擬聲卡輸入輸出通道與AOIPBox 的數(shù)字音頻輸入輸出通道一一對(duì)應(yīng)，最終使得各個(gè)直播室內(nèi)的導(dǎo)控系統(tǒng)主持人端電腦與調(diào)音臺(tái)的輸入輸出信號(hào)相對(duì)應(yīng)，可以進(jìn)行正常的信號(hào)傳輸。

在每個(gè)直播室和總控機(jī)房都有辦公局域網(wǎng)接入交換機(jī)，通過在辦公局域網(wǎng)內(nèi)劃分虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN），利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建了一套AOIP 網(wǎng)絡(luò)。直播室里的主持人端電腦和總控機(jī)房的AOIPBox 可以通過此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)音頻和電臺(tái)數(shù)字音頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換與傳輸。

2.4 PC 端導(dǎo)控系統(tǒng)確保互聯(lián)網(wǎng)音頻管控流程符合廣播節(jié)目導(dǎo)播流程

PC 端導(dǎo)控系統(tǒng)安裝在兩臺(tái)具有雙網(wǎng)卡的導(dǎo)控電腦上。這兩臺(tái)導(dǎo)控電腦分別由主持人和導(dǎo)播控制。導(dǎo)控電腦的其中一塊網(wǎng)卡連接互聯(lián)網(wǎng)，與小程序服務(wù)器通信，使用TRTC 服務(wù)傳輸語音信號(hào)；另一塊網(wǎng)卡連接AOIP 網(wǎng)絡(luò)音頻路由系統(tǒng)，進(jìn)行臺(tái)內(nèi)的語音信號(hào)傳輸。PC 端導(dǎo)控系統(tǒng)軟件采用微軟公司發(fā)布的C#高級(jí)編程語言開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了PC 端導(dǎo)控系統(tǒng)的各種功能，主要功能模塊如下。

2.4.1 系統(tǒng)功能

PC 端導(dǎo)控主要有以下系統(tǒng)功能。

（1）頻道及房間管理功能。使用該功能，可以設(shè)置頻率名稱及互動(dòng)主題，設(shè)置完后會(huì)在小程序端顯示，可以設(shè)置直播間、導(dǎo)播間的最大容納人數(shù)。當(dāng)直播間、導(dǎo)播間的人數(shù)超過最大容納人數(shù)，新的連線會(huì)進(jìn)入排隊(duì)列表等待。

（2）用戶管理功能。該功能可以顯示用戶的信息如手機(jī)號(hào)碼、微信昵稱等，同時(shí)也可以管理黑白名單，添加備注，管理分享權(quán)限等。

（3）音頻設(shè)置功能。可以管理配置音頻信號(hào)的輸入輸出通道。

（4）通話記錄查詢、統(tǒng)計(jì)功能?？梢园磿r(shí)間、用戶查詢、統(tǒng)計(jì)通話記錄。

2.4.2 導(dǎo)控功能

導(dǎo)控軟件可實(shí)現(xiàn)以下具體操作。

（1）連線開關(guān)。導(dǎo)播、主持人可以設(shè)置連線的開啟與關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)可以對(duì)連線的話題、連線結(jié)束時(shí)間以及最大參與人數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（2）連線處理。導(dǎo)播、主持人可以使用鼠標(biāo)對(duì)連線進(jìn)行接通操作、轉(zhuǎn)入直播間、轉(zhuǎn)入導(dǎo)播間、掛斷、標(biāo)記（對(duì)連線者身份、連線內(nèi)容等進(jìn)行備注，以便主持人提前了解連線的大概情況，導(dǎo)播在連線結(jié)束后進(jìn)行資料整理）、等待及加入黑名單。

（3）多方通話。主持人和導(dǎo)播都可以同時(shí)接通2 個(gè)及以上連線，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入多方通話模式。此模式下，主持人可以使用鎖定通話、掛斷、標(biāo)記、靜音、單聊、群聊以及加入黑名單等功能。

（4）主持人導(dǎo)播信息互動(dòng)。主持人和導(dǎo)播可以通過互動(dòng)區(qū)進(jìn)行文字交流，可以發(fā)送天氣、路況、通知及緊急事項(xiàng)等信息。

（5）熱線留言?？梢燥@示連線關(guān)閉期或者繁忙期、用戶通過小程序發(fā)出的語音和文字留言，同時(shí)還能播放語音留言。

導(dǎo)控軟件主界面如圖3 所示。

圖3 導(dǎo)控軟件主界面

導(dǎo)控系統(tǒng)軟件主界面分為功能區(qū)、連線控制區(qū)以及互動(dòng)區(qū)三個(gè)主要部分。

功能區(qū)位于整個(gè)界面的最上方。功能區(qū)的最左側(cè)圖標(biāo)顯示網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度，右側(cè)分別設(shè)有直播間導(dǎo)播間顯示、設(shè)置、房間管理、重新登錄、幫助、退出等功能按鈕。

連線控制區(qū)位于功能區(qū)下方左側(cè)，從左到右依次排列為直播間通話列表、導(dǎo)播間通話列表、排隊(duì)列表三個(gè)區(qū)域。主持人和導(dǎo)播登錄系統(tǒng)時(shí)選擇各自房間，就可以在相應(yīng)通話列表進(jìn)行操作。

互動(dòng)區(qū)位于功能區(qū)下方最右側(cè)。互動(dòng)區(qū)又分為上下兩個(gè)部分。上半部分是熱線留言區(qū)，按時(shí)間順序混合顯示聽眾的語音和文字留言，并可以播放聽眾的語音留言。下半部分是主持人導(dǎo)播互動(dòng)區(qū)，主持人和導(dǎo)播可以進(jìn)行文字互動(dòng)。

3 結(jié)語

全新設(shè)計(jì)的廣播節(jié)目互聯(lián)網(wǎng)語音互動(dòng)系統(tǒng)可以傳輸48 kHz 采樣率的雙通道全頻帶128 kb·s-1碼率的高保真音樂信號(hào)，可以支持50 人同時(shí)開啟麥克風(fēng)，并具有不高于300 ms 的端到端延時(shí)，日?；驹?00 ms 左右，人耳感知并不明顯。相較于傳統(tǒng)電話語音信號(hào)300 Hz～3.4 kHz 的頻率范圍，該系統(tǒng)支持20 Hz～20 kHz 的語音信號(hào)傳輸，將與聽眾連線互動(dòng)的音質(zhì)提升到了高保真級(jí)別，特別適合音樂唱K 打擂節(jié)目，同時(shí)普通的語音連線清晰度大幅度提升。在未開熱線的情況下，聽眾能通過小程序進(jìn)行留言，豐富了互動(dòng)的手段，拓展了互動(dòng)的時(shí)效。同時(shí)，互動(dòng)小程序還能通過微信分享，主持人可以將其分享到各個(gè)粉絲群中，即可輕松實(shí)現(xiàn)裂變傳播，提高了節(jié)目的傳播范圍。該系統(tǒng)使用AoIP信號(hào)實(shí)現(xiàn)臺(tái)內(nèi)音頻信號(hào)傳輸，傳輸介質(zhì)輕便且價(jià)格低廉、傳輸容量大，抗干擾能力強(qiáng)，還具有冗余和后期擴(kuò)容的能力。該系統(tǒng)不僅能進(jìn)行直播節(jié)目的熱線語音互動(dòng)，還可以在錄制節(jié)目時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程連線采訪，進(jìn)行外場(chǎng)直播節(jié)目的傳輸。該系統(tǒng)憑借高保真、低時(shí)延、寬時(shí)效、操作簡(jiǎn)單、具備互聯(lián)網(wǎng)傳播能力等特點(diǎn)，為廣播的媒體融合提供了助力。