构建第四代物联网广播系统

陶丽莉

随着互联网、移动互联网、云计算、大数据和物联网的发展，物联网广播将会成为第四代广播系统。

广播是常见的传播方式，也是上世纪20年代开始流行的媒体之一。不过，随着技术的演进，广播从最初的模拟广播到数字广播，再到现在的网络广播，已经经历了三代的变革。

一、传统广播系统发展简史

广播系统经历了模拟时代、数字时代（数控时间）和网络时代，我们称之为传统广播时代。在模拟时代，传输的音频信号为模拟的，几乎谈不上控制，称为模拟广播；而在数字时代则可以用数字信号来控制音频信号，但是音频信号仍是模拟的，因此也称为数控广播；网络时代则控制信号和传输信号都是数字的，较先前两代有很大的进步，组网能力和控制能力大大增强，而且均采用数字信号，优点十分明显。

（一）模拟广播

广播系统的历史是从模拟广播开始的，因此模拟广播也称为传统广播。其基本原理是，通过音频信号线把模拟功率信号传输到终端扬声器上，通过功率放大器实现稳定和响亮的扬声效果。

模拟广播一般分为定阻广播和定压广播，最先出现的是定阻广播，被广泛应用在村委会、学校、矿山等场合。定阻广播的问题很明显：不能远距离传输，随着距离的增大，信号的衰退会非常快，一般200米之外就不响了，这就造成了“远处听不到，近处听不清”现象。而且，定阻广播施工需匹配多个扬声器与功放输出的阻抗，所以施工相对复杂，广播终端数量少，而且不能并联、扩容。

21世纪初，出现了定压广播，其工作原理是将音频信号直接放大，基于功率信號进行传输。为降低线路传输损耗，通过升压变压器将其4Ω-16Ω匹配阻抗变换到100V（或110V/220V）定压方式进行传输，到终端后降压转换到4-16Ω的匹配阻抗上并推动扬声器。其主要特点是：采用额定电压，电路施工简单，采用并联方式安装扬声器，数量相对较多，传输距离比较远，一般可以超过500米。

模拟广播的缺点显而易见：技术落后，兼容性、扩展性不佳；音质差、功能单一；广播的范围只能是在一个区域内，可管理性差、无法进行远程控制；无法满足远距离、跨区域广播需求；安装复杂、维护不便、故障率高，极易出现“一响全响，一不响全不响”现象。而且，由于定压有线广播是按照并联方式进行线路敷设的，往往会因某扬声器发生短路现象而烧坏功放，影响整个广播系统。

（二）数字广播

数字广播指的控制信号是数字的，但是传输的内容是模拟信号，因此也称为数字控制广播，或者称为数控广播，其最大的特点是可寻址。对于信号采用的是串口方式的数字化控制，通过RS-232、RS-422或RS-485等来实现，主要用RS-485来实现。

数字广播的特点：对于传输的内容的控制方式加强了，借助于PC，可以进行多种作息方案的控制，但是传输速度较慢，而且联网功能有限，传输距离较短。

（三）网络广播

网络广播较数字广播有了进步，其控制信号、通信方式和传输内容都是数字的，而且往往是网络化的结构，因此也称为网络广播。

网络广播的特色是：可寻址、可分组、传输距离远、网络化、安全性好。

网络广播的优势十分明显：全面兼容现有网络（包括局域网和互联网），无需另行布线，传输范围较远，可以超过几公里；主要以双绞线（RJ45）作为传输载体，传输速度可以达到100Mbps甚至是1000Mbps（即1Gbps），速度更快；基于以太网网络，拥有IP地址，可以精确寻址；可以进行分组控制，控制方式更为灵活；设备节点容量要大了很多，可以实现多节目源播放；而且，传输的内容为数字信号，较模拟信号有诸多优点：数字信号的信噪比高、失真小、动态范围大；数字信号的控制和处理非常精确，精度和质量较高；数字信号直观，处理速度快；数字信号易于控制和处理，易于网络化；数字信号可以加密，更加安全。

二、物联网广播的特色

作为网络广播之后的第四代的物联网广播，也是下一代和新一代的广播系统，其应该具备下列特点：

（一）网络化并支持多种网络

除了控制信号和音频信号均为数字外，所有的设备都必须网络化，而且要支持包括以太网在内的多种网络。具体地，物联网广播系统所有设备通过装入射频识别设备（RFID）、红外感应器、GPS或网络的方式进行连接，有线方式包括：以太网、串口（RS-232/RS-422/RS-485等）等，无线网络则包括Wi-Fi（中国移动、中国联通、中国电信、中国广电等）、红外、RF（2.4G/5.8G/蓝牙/Zigbee等）、运营商网络（2G/3G/4G/5G）等。这些广播设备之间可以实现信息实时、准确地传递，也可以通过云（通信、存储、计算）来传递和交换信息，并可以实现广播功能。

物联网广播不仅支持局域网，同时也必须支持广域网、互联网、移动互联网、物联网、车联网等。即物联网广播可以做到智能感知、协同处理、泛在网络，不仅可以在指定区域内（局域网）实现广播功能，也可以利用互联网技术，在广域网内实现广播功能，同时可以利用运营商的3G/4G/5G网络来实现广播功能。

（二）可寻址、可感知、可反馈、可配置、可管理、可控制

物联网广播系统中的所有设备，包括：音源设备、功率放大器、均衡器、信号处理器、主机、控制器、周边设备（分区器、信号分配器、前置放大器、监听器、主备功放切换器、消防报警器、市话接口、网络广播故障检测器、网络广播GPS校时器等）都做到可寻址，状态和参数均可感知、可反馈，所有设备都可配置、可管理、可控制。

（三）支持云存储和大数据，符合云计算体系理念

物联网广播包括所有设备的参数、编码解码器的调节参数、传输内容等数据都可以存储、处理、调用、分享，支持云存储和大数据，符合云计算体系理念。比如，物联网广播系统中用户可以将演讲的内容，按时间、地点、演讲者、类别等进行分门别类的保存，以供随时回听调用，或者进行大数据分析。当然，如果愿意，也可以添加视频采集器，这样就可以将用户演讲的视频上传至云，随时可以回看。

（四）支持多种操作系统和终端

物联网广播系统要支持多种终端，物联网广播不仅可以支持Windows系统，还应该支持Linux、mac OS、苹果iOS、安卓（Android）等操作系统，可以做到跨系统实现广播功能。

同时，物联网广播系统不仅可以支持PC软件，还可以支持网页（浏览器）和移动App（苹果iOS和安卓等平台）来管理、应用广播功能。需要同时支持包括手机、平板、智能设备等在内的多种终端。

物联网广播不仅可以支持传统的C/S架构，还应该支持B/S架构，以在不同架构下实现广播功能。

（五）兼容模拟信号并实现同步采样与传输

物联网广播中所有设备必须数字化和网络化，但是目前模拟设备仍然大量存在，比如：麦克风、卡座、磁带等，甚至MP3、CD、VCD、DVD等数字播放设备的音频输出也均为模拟信号。

而在物联网广播系统中，往往需要在同一时间、不同地点、不同设备上播放由这些多个模拟设备产生的多个不同的模拟信号，这样的应用场景很多，诸如：教育行业，在晨会结束后，学校分管不同年级的相应领导需要通过麦克风对不同年级学生讲话，又比如在英语考试时，需要通过各卡座对不同年级学生播放难易程度不同的听力内容等；体育行业，举办运动会時，针对不同的赛事，主办方和裁判需要通过麦克风对不同赛事的运动员进行讲话，解说员也需要针对不同的赛事进行解说等。

而要实现多个模拟信号的播放，必须能够先对多个模拟信号同一时间进行数字化、压缩和传输，之后才能播放，其中数字化则包括：采样、保持、量化和编码四个过程。

拥有多个模拟信号的同步传输，将极大地提升系统性价比，无需重新铺设一套或多套模拟信号的广播网络系统，同时原有的模拟设备都可以直接用在物联网广播系统上，对原有的系统改动很小甚至几乎没有任何影响。

（六）特征识别智能判断

物联网广播还可以根据播放节目的特征进行识别，并根据这些作出不同的动作，比如：节目源的风格、长度、所属专辑等。

同时，物联网广播不仅可以实现物物互连，也能够支持智能感知，比如：可以根据周边的噪声的情况来决定扬声器的声压，从而提升整体广播的信噪比；可以根据当前的气温情况，来决定是否执行学生跑步计划；可以根据当前的天气情况，来决定执行是否执行学生出操计划等。

（七）保障物联网广播的安全

在应用物联网广播的过程中，会涉及很多应用，比如：统一动员讲话、发布紧急通知、英语听力内容播放等。如果由于种种原因而造成了系统瘫痪，无法正常地完成上述任务，就会影响到正常秩序。

因此，物联网广播的安全问题也是必须考虑的。双线广播+主备功放与无缝切换：随着广播数字化和网络化进程的不断加快，很多单位都用上了数字网络广播，但是为了稳定、安全，也为了做到法规遵从，在物联网广播系统中配置了模拟定压广播系统。而且，定压广播系统中的功率放大器具备主从备份与切换功能，一旦主功放出现问题时，可以无缝地切换到备用功放。

离线模块+带障运行：物联网广播需要具备离线模块，即使在断网或出现其他故障时，作息项也能得到执行，音频文件也能得到播放。物联网广播在支持常规的有线以太网络和WiFi无线网络外，还支持3G/4G/5G网络，可以将作息项和音频文件等离线到广播终端中，广播终端支持最新的SDUC标准的MicroSD卡，理论上可以支持128TB容量，最高速度可达985MB/s，足够保存作息项和音频文件等。由于5G基站电磁波信号采用了非常高频率的毫米波（mmWave），不容易产生衍射效应，因此其覆盖面将不及4G/3G基站。

针对此情况，电信运营商采用了微基站技术和多天线技术来解决。但是，采用离线模块，在网络覆盖正常时，将数据离线到广播终端中，当网络覆盖不及时，则不影响广播系统的正常运行，这是非常不错的解决方案。

故障检测与报警：物联网广播在运行时，会遇到很多不可预料的问题。因此，需要配置广播故障检测器，实时记录广播终端工作状态，当出现问题时，可以主控软件或移动APP警示用户或者蜂鸣器报警，以便随时掌握情况，并启动相应的应急预案。

（八）展望未来的广播系统—人工智能广播

人工智能广播是未来的发展方向，其特征是可以添加更多的传感器，并能够模拟人大脑的思维，作出智能的判断和决策，而且会产生更为高级的动作，包括并不属于广播系统内的“跨界动作”，比如：打开/关闭某些设备，诸如智能灯、电视、冰箱、空调等；改变设备的状态，诸如智能灯的亮度、电视机的音量、冰箱的温度、空调的模式等。

人工智能广播的感知能力有了更大的扩展，不再是“冷冰冰物的感知”，而是有了更强的感知能力，比如：使用者的生理特性，包括指纹、声纹、静脉、掌型、虹膜、视网膜、声音、人脸、耳廓、DNA、体味等；使用者的行为特征，包括签名、走路姿势、击键节奏等；现场地理位置特征，包括学校、家庭、茶馆、酒店、会议室等；现场天气特征，包括空温，当前季节，当前时刻等，并且可以根据这些作出不同的行为。