数字音频远程监控系统

王彦洲、王继来、张青松

随着数字广播技术的不断完善，广播信号传输系统的数字化改造也已基本完成。本文详细介绍了数字化改造过程中，广播电视基层台站结合工作实际对原有数字音频系统进行的改造和完善并使之具备远程监控功能。数字音频远程监控系统解决了原有数字音频系统只能在设备间进行监控的不足，使数字音频系统实现了远程时时监控的功能。

系统概述

随着数字广播技术的不断完善，我国广播电视信号源已基本实现数字化。广播电视基层台站的数字信号接收工作大多由节目传输机房（简称节传机房）来完成，节传机房负责对数字音频信号的传送质量以及是否受到非法干扰等情况进行时时监测。我局现有的数字化整体改造方案中只提供了对数字音频输出实现本地监听监测的功能，也就是说对数字信号源和数字音频输出的监听只局限在设备间内进行。然而大多数基层台站的设备间与控制室之间相距一定的距离，对数字音频信号进行远程监听成为了实现新运维模式的瓶颈，为了解决这一问题，我们对原有数字音频通路进行系统改造，使之实现数字音频信号的远程监控功能。

数字音频系统远程监控改造方案

如图1，我台节传机房接收的光缆、卫星Ku波段、卫星C波段三路数字信号以及应急播出音频信号共四路节目源经过“四选一”设备及相应扩展接口箱后，有A和B两条通路同步输出数字音频信号。其中A路数字音频信号通过高频电缆送到发射机房，经数字音频处理器处理后直接加载到发射机上。而B路数字音频信号通过TB-II型音频选择器选择切换，再经过TB-I型数模转换器进行D/A转换后，将模拟信号连接到功放，通过监听音箱实现对数字节目源的本地监控。

对于设备间与控制室规划在一起的基层台站而言，通过上述系统基本可以实现对数字音频信号的监控功能。但对于设备间与控制室相距较远的基层台站，目前这种方案就难以实现对数字音频信号的远程时时监控功能。为解决上述问题，我们特制定了符合基层台站实际工作情况的数字音频系统远程监控改造方案。

从图2中可以看出，在图1的基础上，我们做了如下系统改造：在数字音频扩展接口箱的后级，我们增加了一个广播级的AES/EBU数字音频分配设备，简称“数字一分二”。音频分配设备将B通路输出的数字音频信号再次分成两路，一路用于设备间的本地监听，另一路数字音频通过我们自行设计研发的两个16路D/A转换器进行数模转换后连接到32路音频光发射机，通过单模光缆将D/A转换后的模拟信号传送到至100米外控制室内的32路音频光接收机，模拟音频信号经过光接收机的光电转换后输出两路非平衡模拟信号。其中一路非平衡模拟信号经过“非平衡-平衡”转换后连接到功率放大器，通过监听音箱实现了对数字节目源和数字音频输出的远程监听功能。我们在此通路上增加了32路矩阵切换器来实现对信号源的切换选择功能；另一路非平衡模拟信号通过32路音频信号监测器的取样转换之后，以动态彩条的形式直接将音频信号的频率、幅度等属性显示于电脑屏幕，实现了对数字音频输出和数字节目源的远程监视功能。

远程监听核心器件

——16路数模转换器

从音频扩展接口箱B口输出的音频信号是符合AES/EBU标准的数字信号，无法满足模拟监听的要求，因此需要将数字信号转换成模拟信号，即“D/A”转换。我台共有20部发射机，要实现对输出到每部发射机的音频信号进行时时监听就需要将输出的20路数字音频信号全部进行数模转换。从市场上购买20部数模转换器价格不菲，而且设备间机柜空间有限，也不允许再装下20部D/A转换设备，因此我们自行设计、研发了16路数模转换器。

16路数模转换器采用IU标准机柜尺寸，每个占3U空间，在满足了系统需求的同时既节省了空间又便于工程安装。其音频输出接口符合600Ω卡侬头（XLR）接口平衡输出，经卡侬头(XLR)与莲花头（RCA）的转换连接后，满足了音频光端发射机600Ω非平衡信号的输入要求。

1、16路数模转换器整体硬件结构

如图5所示，16路数模转换器主要由数字信号隔离耦合、数字信号采样、数模转换、模拟信号放大等四部分组成。下面简单介绍一下16路数模转换器所使用的主要器件的功能与特性。

（1）音频数字隔离变压器ST-DV709

如图6，该数模转换器采用SunLink公司生产的ST-DV709型音频数字隔离变压器。ST-DV709磁芯采用的特殊材料使得其性能与普通的脉冲变压器大相径庭，它能将输入的音频数字信号按1:1变压并进行隔离、耦合，从而保证了电气信号的安全隔离，避免了由于阻抗和电平不匹配造成的后极解码设备无法锁定数字信号的问题。

（2）数字音频取样频率变换器CS8420

如图7，CS8420是Crystal公司推出的一款数字音频采样频率转换器，具备极高性能的信号调制能力和信号传输能力，且抖动和失真极低，可进行AES3型和串行数字音频输入、输出，以及通过一个4线微控制器端口进行的综合控制。可以输入/输出24、20或16位的数字音频信号。输入数据可以完全与输出数据异步，同时输出数据又可与外部系统时钟同步。

CS8420具有以下主要特性：可对音频数字信号进行全兼容输入输出；取样频率可工作在8KHz到96KHz的大范围；具有最小1:3到最大3:1的输入与输出取样频率比；良好的抗时基震动性能。

CS8420优异的特性保证了16路数模转换器8KHz到96KHz的宽取样范围以及可靠的数字信号采样度。

（3）立体双通道数模转换器 CS4334

CS4334由1bit插值原理D/A转换器和输出模拟滤波器两大部分组成。支持主流的音频数据格式。通过简单调整主时钟频率就可匹配2KHz到100KHz的不同采样频率。广泛应用于各类数字音频转换产品。其工作温度范围为-10°C 至 +70°C；电源供电电压范围在到5.5V之间。

CS4334为16路数模转换器实现更宽的数模转换频率范围以及更高的数模转换速度提供了坚实的前提保障。

（4）高速J-FET输入四通道运算放大器TL084

TL084具有宽共模及差模电压范围、低输入偏置及偏移电流、输出短路保护、高输入阻抗J-FET(结型场效应管)输入级、内部频率补偿、锁定自由操作、高循环率等特性。是广播电视设备中必不可少的接口分配设备。

2、16路数模转换器系统电路设计

如图8所示，符合AES3标准的数字音频信号经D-INPUT端口输入数字音频隔离变压耦合器ST-DV709，该信号被按1:1比例变压并进行隔离、耦合后传送给数字音频取样频率变换器CS8420的微分线接收输入端RXP、RXN管脚，经CS8420进行采样处理后由其串行音频输出通道数据端STOUT管脚输出给双通道数模转换器CS4334的数字信号接收端SDATA管脚。CS4334将输入的数字取样信号转换为模拟信号后经其模拟信号输出端AOUTR、AOUTL管脚传递到高速J-FET输入四通道运算放大器TL084，该音频模拟信号由TL084放大后经A-OUTPUT端口传输给后极设备。

实际应用效果

数字音频远程监控系统采用了光传输介质、广播级的音频分配器、符合实际工作需要的16路数模转换器等设备，确保了节传设备间接收到的数字节目源信号高保真地传送到了远程的控制室，保证了值班员对信号质量判断的准确性。本系统2007年初改造完成并投入使用，在近四年的运行当中，系统稳定可靠，故障率极低。节传值班人员有多次通过远程监听发现了接收机杂音、数字四选一控制板故障导致的输出信号失真等故障，通过彩条监视多次发现接收机电源故障、信号失锁导致的无信号输出等故障。数字音频远程监控系统的稳定运行为我台安全传输发射工作提供了坚实的技术支持。