基于Dante協(xié)議的演播室群音頻系統(tǒng)分析

許祎龍

（作者單位：遵義市新聞傳媒中心）

1 研究背景

由于舊新聞演播室每天的使用次數(shù)增多，遵義市新聞傳媒中心時(shí)常出現(xiàn)多檔欄目排隊(duì)錄制的現(xiàn)象。舊新聞演播室采用全模擬信號(hào)的傳輸鏈路，由于使用時(shí)間長(zhǎng)，時(shí)常出現(xiàn)信號(hào)失真、傳輸不穩(wěn)定的現(xiàn)象。加上線路復(fù)雜，許多線路標(biāo)簽已看不清，每次排查故障都需要花費(fèi)很多時(shí)間。而且部分損壞設(shè)備已停產(chǎn)，導(dǎo)致音頻系統(tǒng)沒有備份線路，在電視節(jié)目直播過程中，存在播出隱患，已不能滿足實(shí)際業(yè)務(wù)需求。

以遵義市廣電新聞中心大樓搬遷為契機(jī)，為解決遵義市新聞傳媒中心排隊(duì)錄制節(jié)目、演播室音頻系統(tǒng)老化的問題，在新演播室項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)初期，遵義市新聞傳媒中心技術(shù)部門到國(guó)內(nèi)多家省、市級(jí)廣播電視臺(tái)參觀學(xué)習(xí)。通過充分調(diào)研，結(jié)合當(dāng)時(shí)先進(jìn)且成熟的技術(shù)，經(jīng)過綜合分析、反復(fù)比較、多方論證，最終提出新建一套以Dante數(shù)字音頻傳輸協(xié)議為架構(gòu)，符合國(guó)家安全播出標(biāo)準(zhǔn)的演播室群音頻系統(tǒng)。

2 Dante協(xié)議技術(shù)介紹

Dante協(xié)議是基于網(wǎng)絡(luò)IP的數(shù)字音頻傳輸協(xié)議，經(jīng)過十幾年的優(yōu)化，已成為主流的數(shù)字音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)之一，其具有高質(zhì)量、低延時(shí)、低成本且與AVB協(xié)議和AES67協(xié)議兼容等特點(diǎn)。Dante協(xié)議還具有優(yōu)秀的擴(kuò)展性，凡是在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)支持Dante協(xié)議的不同廠商的設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)通信[1]。Dante精確時(shí)間協(xié)議（PTP）使用IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，可將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)間同步精確至幾納秒，以確保Dante網(wǎng)絡(luò)中的音頻信號(hào)不會(huì)因?yàn)闀r(shí)鐘丟失而“啞音”。并且搭載了Dante技術(shù)的音頻設(shè)備一般都會(huì)有兩個(gè)端口，包括主端口和次端口，兩個(gè)端口分別接入主、備交換機(jī)，形成兩個(gè)相互冗余的IP網(wǎng)絡(luò)[2]。

Dante數(shù)字音頻傳輸技術(shù)相比于傳統(tǒng)的音頻傳輸技術(shù)，具有更高的音質(zhì)、更低的成本等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠解決傳統(tǒng)音頻傳輸技術(shù)線路繁雜的問題[3]。近年來(lái)，Dante技術(shù)在國(guó)內(nèi)各省市廣播電視臺(tái)中得到廣泛應(yīng)用，在廣播電視節(jié)目制作和分發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其高音質(zhì)、低延遲、靈活性、可擴(kuò)展性和成本效益使其成為廣播電視行業(yè)的理想選擇。

3 系統(tǒng)介紹

3.1 系統(tǒng)需滿足的基本要求

演播室音頻系統(tǒng)是新聞錄制中的關(guān)鍵，遵義市新聞傳媒中心新聞演播室承擔(dān)著每天的《遵義新聞聯(lián)播》《直播遵義》《健康遵義》等直播節(jié)目、錄播欄目的制作，節(jié)目制作對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和音頻信號(hào)的音質(zhì)、延時(shí)及傳輸均有極高的要求，整個(gè)系統(tǒng)必須符合國(guó)家廣電總局關(guān)于電視安全播出的規(guī)定。結(jié)合遵義市新聞傳媒中心現(xiàn)有的節(jié)目形態(tài)及未來(lái)發(fā)展要求，新演播室群音頻系統(tǒng)需滿足以下功能：

第一，3個(gè)演播室之間可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入、輸出路由的自由分配，音頻系統(tǒng)不能存在單點(diǎn)故障崩潰點(diǎn)，當(dāng)有故障點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，需具備應(yīng)急方案。

第二，整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備具備雙電源供電，雙電源均需過不間斷電源（Uninterruptible Power Supply, UPS）且互相獨(dú)立、互不干擾，在雙電源之外還得準(zhǔn)備柴油發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)在遇到2條供電線路同時(shí)停電時(shí)，UPS供電系統(tǒng)必須具備至少半個(gè)小時(shí)的持續(xù)供電能力，為柴油發(fā)電機(jī)提供足夠的發(fā)電時(shí)間。

第三，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)及管理功能，能通過IP對(duì)系統(tǒng)的任意信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽、監(jiān)測(cè)、路由分配及故障自動(dòng)報(bào)警。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

結(jié)合遵義市新聞傳媒中心節(jié)目制作實(shí)際需求，三個(gè)新聞演播室之間需實(shí)現(xiàn)同時(shí)錄制、傳輸及任意信號(hào)的調(diào)度。為確保系統(tǒng)的安全，單個(gè)演播室之間需實(shí)現(xiàn)無(wú)縫熱備份，則重要核心設(shè)備必須采用至少“1+1”的冗余，其中600 m2新聞演播室負(fù)責(zé)電視直播節(jié)目，則采用物理鏈路作為第二備份，即在600 m2新聞演播室主、備調(diào)音臺(tái)上添加16通道的數(shù)字音頻擴(kuò)展卡，將直播欄目需要的音頻信號(hào)在進(jìn)入接口箱的同時(shí)進(jìn)入調(diào)音臺(tái)背板的本地模擬接口，或通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入調(diào)音臺(tái)的數(shù)字音頻擴(kuò)展卡。這樣一來(lái)，在極端情況下，即使整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，調(diào)音臺(tái)本地接口也能保障信號(hào)的正常。

3.3 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

安全播出一直是廣播電視行業(yè)的第一要求，遵義市新聞傳媒中心演播室音頻系統(tǒng)從前級(jí)到控制臺(tái)均采用了主、備雙鏈路，如圖1所示，3個(gè)演播室的音頻信號(hào)經(jīng)過音分后同時(shí)進(jìn)入主、備兩臺(tái)接口箱，兩臺(tái)接口箱和6張調(diào)音臺(tái)又同時(shí)進(jìn)入2臺(tái)不同Vlan的主、備交換機(jī)，形成完全獨(dú)立的雙鏈路模式，兩條鏈路互為備份且互不影響。當(dāng)兩條鏈路中的任意一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)故障，另外一條鏈路都可以接管系統(tǒng)。

圖1 遵義市新聞傳媒中心演播室群音頻系統(tǒng)圖

3.4 系統(tǒng)核心硬件

3.4.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

Dante協(xié)議是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字音頻協(xié)議，交換機(jī)便是整個(gè)Dante網(wǎng)絡(luò)的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)中心，交換機(jī)的傳輸速率和吞吐量直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，遵義市新聞傳媒中心選擇了2臺(tái)華為“24個(gè)電口+4個(gè)光口”的全千兆三層以太網(wǎng)交換機(jī)作為Dante網(wǎng)絡(luò)的主、備核心交換機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)6類屏蔽網(wǎng)線、千兆單模光纖作為主要傳輸介質(zhì)，其中24個(gè)電口主要用于Dante設(shè)備的連接，4個(gè)光口用于以后系統(tǒng)升級(jí)或者其他設(shè)備級(jí)連預(yù)留。

3.4.2 調(diào)音臺(tái)及接口箱

調(diào)音臺(tái)作為整個(gè)音頻系統(tǒng)的控制中心，需符合高音質(zhì)、高穩(wěn)定性的要求。作為貴州省內(nèi)第一批使用YAMAHA品牌數(shù)字調(diào)音臺(tái)的用戶，遵義市新聞傳媒中心在使用YAMAHA DM1000的10多年來(lái)從未出現(xiàn)過宕機(jī)的情況。出于操作習(xí)慣及對(duì)YAMAHA數(shù)字調(diào)音臺(tái)的信賴，遵義市新聞傳媒中心最終選擇了支持Dante的YAMAHA CL系列數(shù)字調(diào)音臺(tái)，之所以選擇CL系列調(diào)音臺(tái)，是因?yàn)槠渚哂型獠繒r(shí)鐘輸入、MIDI級(jí)連、多條單聲道母線、矩陣母線及其最少（CL1系列）48路輸入通道的強(qiáng)大路由處理能力等優(yōu)點(diǎn)，足夠滿足遵義市新聞傳媒中心實(shí)際需要。其中，600 m2演播室采用了CL5作為主控臺(tái)，CL1為備臺(tái)，2個(gè)200 m2演播室均使用CL3作為主控臺(tái)，CL1為備臺(tái)。

舞臺(tái)接口箱則選擇了兩臺(tái)YAMAHA Rio3224接口箱，2臺(tái)接口箱之間采用冗余（Redundant）模式連接，所有的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)通過音分同時(shí)進(jìn)入兩臺(tái)接口箱，使2臺(tái)接口箱之間實(shí)現(xiàn)熱備份。

3.4.3 系統(tǒng)傳聲器

傳聲器作為節(jié)目制作聲音采集的關(guān)鍵，對(duì)節(jié)目音質(zhì)的好壞有著決定性的作用。此次音頻系統(tǒng)選用SHURE ULXD數(shù)字系列無(wú)線傳聲器。與模擬無(wú)線系統(tǒng)相比，在音頻質(zhì)量方面，聲音動(dòng)態(tài)的失真更小，最主要的是該話筒接收機(jī)同時(shí)支持Dante協(xié)議和卡儂的音頻輸出。因此，在系統(tǒng)部署時(shí)，將話筒接收機(jī)接入Dante網(wǎng)絡(luò)作為調(diào)音臺(tái)獲取信號(hào)的主鏈路，再將卡儂線經(jīng)過音分同時(shí)進(jìn)入主、備接口箱作為備鏈路，進(jìn)一步確保系統(tǒng)拾音的安全性。

3.5 系統(tǒng)軟件

3.5.1 維護(hù)管理軟件

基于Dante協(xié)議構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)音頻矩陣，可以在任何一臺(tái)接入Dante局域網(wǎng)的電腦上安裝Dante Controller軟件，只需要自動(dòng)獲取電腦IP，Dante Controlle便可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)所有接入網(wǎng)絡(luò)的Dante音頻設(shè)備，能直觀地監(jiān)控和管理整個(gè)音頻網(wǎng)絡(luò)，用戶能直接在軟件上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行采樣率配置、字時(shí)鐘設(shè)置、路由更改，建立完整的路由切換系統(tǒng)等。不僅如此，當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)設(shè)備宕機(jī)時(shí)，對(duì)應(yīng)的設(shè)備在Dante Controlle上會(huì)顯示紅色，方便技術(shù)人員及時(shí)檢查系統(tǒng)。除了能夠判斷設(shè)備故障，技術(shù)人員通過狀態(tài)燈還能判斷更多信息，如綠燈代表音頻路由被激活，黃燈代表路由在被激活的進(jìn)程中，橙燈代表一個(gè)舊路由不能被建立。同時(shí)，軟件會(huì)將這些狀態(tài)燈記錄在日志中，技術(shù)人員可以根據(jù)日志初步判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.5.2 虛擬聲卡軟件DVS

DVS是軟件Dante Virtual Soundcard的簡(jiǎn)稱，在接入Dante網(wǎng)絡(luò)的電腦安裝DVS，電腦便能模擬成物理聲卡，起到音頻接口的作用，使電腦與Dante網(wǎng)絡(luò)之間的信號(hào)傳輸成為可能，電腦能隨時(shí)監(jiān)聽Dante網(wǎng)絡(luò)中的任意一路音頻信號(hào)。但是值得注意的是，安裝DVS的電腦必須是1G網(wǎng)口，并且電腦必須接入主交換機(jī)，如果接入備交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，DVS無(wú)法獲取信號(hào)，在直播過程中可以使用多臺(tái)電腦同時(shí)接入主交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。

3.5.3 多軌錄音軟件Nuendo Live

利用虛擬聲卡技術(shù)，在接入Dante網(wǎng)絡(luò)的音頻工作站中，安裝任意一款DAW軟件，便能實(shí)時(shí)把需要的通道錄制下來(lái)，最多可以同時(shí)錄制64個(gè)音軌。而且，Nuendo Live軟件可以自動(dòng)分配CL調(diào)音臺(tái)的通道名稱和顏色，錄制下來(lái)的信號(hào)可以直接在調(diào)音臺(tái)上播放，也可以直接在Daw工作站上進(jìn)行二次處理。值得注意的是，在音頻回放過程中音頻中存在爆音，應(yīng)該適當(dāng)增加DVS的延時(shí)或者減少DVS輸入、輸出通道的數(shù)量，以保證音質(zhì)。

3.5.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控與脫機(jī)編輯軟件

將安裝有StageMixr軟件的平板或CL Editor軟件的電腦接入Dante網(wǎng)絡(luò)中，再選擇CL調(diào)音臺(tái)的IP進(jìn)行連接，便能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)同步操作調(diào)音臺(tái)。在系統(tǒng)調(diào)試或調(diào)音師在臨時(shí)離開座位的情況下，能確保調(diào)音臺(tái)繼續(xù)工作。另外，在某些大型直播活動(dòng)前，調(diào)試系統(tǒng)會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，調(diào)音師利用CL Editor軟件可以提前離線在電腦上根據(jù)個(gè)人操作習(xí)慣設(shè)置好調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)的路由、效果器、通道排列等參數(shù)，并將場(chǎng)景保存并導(dǎo)出到U盤，到演播室后通過U盤將電腦保存的場(chǎng)景導(dǎo)入調(diào)音臺(tái)，極大地提高調(diào)音師的工作效率。

3.6 主、備系統(tǒng)應(yīng)急切換

在舊的音頻系統(tǒng)中，當(dāng)主調(diào)音臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，直接使用主、備倒換開關(guān)切換到備調(diào)音臺(tái)，若此時(shí)兩個(gè)控臺(tái)推起的推子和路由配置不同，從主臺(tái)直接切換到備臺(tái)，會(huì)導(dǎo)致播出去的聲音不同甚至沒有聲音，發(fā)生播出事故。所以在直播過程中，通常是一個(gè)備調(diào)音師跟著主調(diào)音師同時(shí)操作備調(diào)音臺(tái)，這樣雖然聲音同步了，但是又會(huì)產(chǎn)生兩位調(diào)音師推子大小、話筒增益等參數(shù)不一樣的問題。而YAMAHA CL系列調(diào)音臺(tái)可以完美解決這一問題，兩張CL系列調(diào)音臺(tái)可以通過兩根MIDI線級(jí)聯(lián)，級(jí)連的2張控臺(tái)參數(shù)完全一樣，不分主、備，任意一張控臺(tái)的推子大小、話筒增益、路由表等發(fā)生變化，另外的一張控臺(tái)會(huì)自動(dòng)跟著變化。另外，由于整個(gè)Dante網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都設(shè)置在冗余模式下工作，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若主、備的交換機(jī)、接口箱發(fā)生單點(diǎn)故障，另外一臺(tái)都會(huì)自動(dòng)接管[4]。因此，在使用過程中，當(dāng)系統(tǒng)中任意一條鏈路發(fā)生故障時(shí)，只需要按下主、備切換開關(guān)，音頻系統(tǒng)的信號(hào)便能無(wú)縫銜接，保障節(jié)目的安全生產(chǎn)。

3.7 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.7.1 傳輸?shù)姆€(wěn)定性

在廣播電視制作中，往往需要將視音頻信號(hào)通過衛(wèi)星、微波、5G等技術(shù)傳輸?shù)疆惖剡M(jìn)行轉(zhuǎn)播，在傳輸前會(huì)先將音頻進(jìn)行“杜比”編碼，再將“加嵌”后的信號(hào)發(fā)送出去，對(duì)方再收到信號(hào)后，又會(huì)將音頻信號(hào)經(jīng)過“解嵌+杜比解碼+加嵌”的流程后播出。在對(duì)信號(hào)多次傳輸及編解碼后，信號(hào)可能會(huì)有一定的衰減，所以廣電行業(yè)對(duì)音頻的傳輸質(zhì)量要求很高。而Dante協(xié)議能夠在遠(yuǎn)距離傳輸24位、96 kHz采樣率的音頻數(shù)據(jù)，并確保音質(zhì)的高還原度，符合廣播電視行業(yè)對(duì)音質(zhì)的嚴(yán)格要求[5]。在實(shí)際使用中，筆者曾多次將外來(lái)的音頻信號(hào)與演播室的信號(hào)通過光纖或者5G通信，并將信號(hào)二次“包裝”送到總控，并取得了滿意的效果。

3.7.2 系統(tǒng)的兼容性強(qiáng)

Dante協(xié)議具有強(qiáng)兼容性，在實(shí)際運(yùn)用中，遵義市新聞傳媒中心將多個(gè)支持Dante協(xié)議的設(shè)備接入Dante網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，如Waves效果器服務(wù)器、Tricaster主機(jī)接入Dante網(wǎng)絡(luò)中，可以直接在調(diào)音臺(tái)上選擇Waves服務(wù)器里面的效果器，讓調(diào)音師不再局限于選擇CL調(diào)音臺(tái)預(yù)設(shè)的機(jī)架效果器；Tricaster在接入Dante網(wǎng)絡(luò)后，能直接獲取Dante網(wǎng)絡(luò)中的音頻信號(hào)，完美解決了Tricaster物理音頻接口少的缺點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，廣播電視行業(yè)也在不斷演變和改進(jìn)。在數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，廣播電視行業(yè)需要采用更加高效和靈活的技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的需求。此次基于Dante網(wǎng)絡(luò)的音頻系統(tǒng)架構(gòu)是貴州省地級(jí)市中第一家全I(xiàn)P化的演播室音頻系統(tǒng)，在項(xiàng)目集成和調(diào)試過程中，相比傳統(tǒng)音頻制作系統(tǒng)，很大程度上降低了布線的難度，降低了成本；在項(xiàng)目集成驗(yàn)收初期，第一次使用IP化音頻系統(tǒng)時(shí)，工作人員還曾出現(xiàn)過對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的擔(dān)憂，但到目前已使用接近4年時(shí)間，從未出過問題，其穩(wěn)定性、便捷性及高音質(zhì)也得到了音頻技術(shù)團(tuán)隊(duì)的認(rèn)可。對(duì)于從未使用過IP化視音頻系統(tǒng)的地級(jí)市廣播電視臺(tái)、縣級(jí)市融媒體中心而言，可能依然很信賴傳統(tǒng)基帶信號(hào)和模擬信號(hào)，或者也對(duì)IP化的穩(wěn)定性表示過擔(dān)憂，如果演播室升級(jí)改造，IP化一定是不錯(cuò)的選擇。同時(shí)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)差的調(diào)音師而言，IP化不僅是技術(shù)的革命，也是對(duì)自身的挑戰(zhàn)。未來(lái)，視音頻IP化是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，調(diào)音師要在豐富音頻知識(shí)的同時(shí)，學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。