贵州广播电视台4K超高清全媒体转播车音频信号传输设计

朱华铀

（贵州广播电视台，贵州 贵阳 550002）

图1 贵州广播电视台4K超高清全媒体转播车多轨音频信号的传输方案

随着节目制作精细化的要求越来越高，立体声、5.1环绕声、沉浸声等多轨音频录制任务已成常态，技术与设备也需要随之更新升级。贵州广播电视台4K超高清全媒体转播车（以下简称转播车）的多轨音频信号的传输，通过传统数字音频基带和AoIP两种方式进行多轨音频信号传输，系统音频信号的路由如图1所示。现场所有的多轨音频信号通过车尾板本地接口箱或者数字音频光纤接口箱接入转播车音频系统，再通过系统核心Nova73采用传统数字音频基带和AoIP两种方式传输到LAWO mc²56数字调音台，然后根据不同的需求把所有的多轨音频信号分配到系统配置的传输终端。

下面就转播车音频系统的核心设备、传输核心设备、传输终端的功能及运用进行解析，阐释基于传统数字音频基带和AoIP两种方式进行多轨音频信号传输的方案及实施。

1 系统核心——Nova73数字音频矩阵

传统音频基带的优势是技术成熟、普及度高，缺点是扩展性差、线缆数量复杂。AoIP架构大大降低了传统音频传输布线的复杂程度，大大减少了音分和A/D、D/A的使用，降低了系统投资；而且也大大提高了系统的性能与灵活性，很多传统音频基带中相对复杂的信号备份、报警、监测等功能都可以在网络化主控系统上方便地实现，特别是信号备份变得相对容易，使整个系统的安全性和可靠性大大提高。

转播车的音频系统以数字音频矩阵Nova73为系统核心，使用LAWO mc² 56调音台为操作界面，调音台通过网线与Nova73连接，使用标准IP数据包进行通信，支持通过广域IP网络进行远程控制。mc²56调音台界面本身没有DSP功能，只是对Nova73进行控制，所以为转播车的mc² 56调音台配备了3张LOWA 983/04 DSP卡，根据实际需要的格式对输入的音频信号进行相应的处理。同时，配备了2张LAWO 980/33路由卡，一主一备；路由卡内置有蓄电池，当Nova73电源切断后，蓄电池会继续供电完成关机的软件操作，并将当前调音台界面的状态使用快照保存，在下一次启动时将其调出，保证调音台状态不会因为断电而丢失。即使将调音台界面断电，声音依然不会中断，此时仍可使用iPad、Windows PC的控制软件及VSM控制系统对Nova73进行操作。

LOWA mc²56数字调音台界面本身带有音频输入输出，需要使用Ravenna或MADI线缆连接Nova73以传输音频信号，Nova73还配备了2张LOWA 981/61 Ravenna板卡，2张LOWA 981/04 AES+MADI板卡，2张LOWA 947/22的DALLIS主卡，4张LOWA 941/55传声器/线路输入板卡，4张LAWO 942/86线路输出板卡，6张LOWA 943/53 AES数字输入/输出卡，对输入到Nova73的音频信号进行多轨传输。另外，还可外接数字音频光纤接口箱(Compact I/O)，用作LOWA mc² 56调音台及Nova73接口箱，对输入的传声器、线路、数字、IP等音频信号进行多轨传输。

1.1 Nova73的Ravenna端口运行模式设置

Nova73可使用Ravenna端口连接接口箱、调音台，或通过AoIP网络与所有支持AES67协议的设备共享音频信号。Ravenna有两种运行方式：Ravenna LINK和Ravenna NET，需要在AdminHD软件中对每个Ravenna 端口分别进行设置。Ravenna LINK是直连模式，即Ravenna LINK设备直接相连，不可通过交换机，用于Nova73连接DALLIS接口箱或2台Nova73之间传输信号；在Ravenna LINK模式下，每个端口可同时发送和接收128个通道的音频信号，信号分配在音频矩阵界面完成，使用体验与MADI相似。Ravenna NET是标准的AoIP模式，Ravenna端口连接交换机，接入AoIP网络，与网络中所有Ravenna/AES67/ST2110-30/ST2110-31设备共享信号。

图2 Ravenna板卡981/61的端口

Ravenna板卡981/61含有4组Ravenna端口，如图2所示，每组端口为一个RJ45网口和一个SFP（Small Form Pluggable，小型可插拔）光口（LC插头），网口与光口使用同一IP地址和MAC地址，可任选其一连接设备或交换机。在Ravenna LINK模式下，网口与光口同时连接可形成备份，信号优先通过光口传输，光纤传输中断时，会立刻转为网口传输。所以转播车的Nova73配备了2张LAWO 981/61 Ravenna卡，通过车尾板的Ravenna LINK模式进行级联，均有主备功能。最下方的RJ45网口为控制网口（千兆口），具有独立的IP地址，可用于连接控制系统交换机，对4组Ravenna端口的收发音频流进行控制，其无法传输Ravenna音频流。981/61还支持ST2022-7 SPS无缝保护切换，在此模式下，端口1/2和3/4会绑定为两组SPS端口对，分别连接A/B两个AoIP网络，例如端口1连接A网络，端口2连接B网络，同时收发相同的音频流（在矩阵控制界面上则显示为一个Ravenna 端口），实现信号的完全备份和无缝切换，是系统优选的冗余手段。

图3 Compact I/O和Nova73的Ravenna端口与交换机的连接

转播车多轨音频系统也运用到了Ravenna NET模式，在数字音频光纤接口箱Compact I/O和Nova73的Ravenna端口分别连接到交换机，如图3所示，通过Ravenna 音频流传输音频信号及控制信号。此时Compact I/O作为AoIP节点/转换器使用，可将输入信号任意组合为多条Ravenna/AES67音频流同时传输，供网络中其他AoIP设备使用。例如，将32路Mic IN以16路立体声AES67格式音频流送入网络，安装了AoIP虚拟声卡的电脑音频工作站便可将需要的信号接收，并进行录制。

需要注意的是，在Ravenna NET模式下，网口和光口均为千兆带宽，需连接至千兆交换机，若连接百兆交换机，则会因带宽限制无法发送128通道的音频流。

Ravenna Link模式类似于传统基带系统，设备直接连接，设置简单，调试方便。Ravenna NET模式则需要更多设置和调试工作，需要使用telnet软件设置Compact I/O的IP地址、对应Nova73的Ravenna端口IP地址（以便 mc²调音台控制话放的增益等），以及在网页界面中设置音频流的收发。此外，更重要的是必须保证交换机及IP网络的设置正确及工作稳定。

1.2 Ravenna与AES67的互通

同步信号是数字音频系统中重要的一环，Ravenna/AES67使用PTP（Precision Time Protocol，IEEE1588-2008），即精密时钟协议作为网络中的同步时钟。Ravenna/AES67网络中需要至少一台PTP主时钟设备，主时钟不仅应具备优质稳定的内部时钟发生器，更需要强大的处理能力，以分别计算每一台从属设备的线路时间差，并利用时间差调整本地时间来保证同步的精确度。如果要进行IP远程传输，网络延时可达若干毫秒，则需要发送端和接收端同时具备PTP主时钟，两者以GPS进行校准，保证精确的同步时间。因为PTP主时钟需要与从属设备进行通信并计算延时，主时钟能够带动的从属设备数量是有限的。而当AoIP网络不断扩大，几百甚至上千台AoIP设备在一个网络当中，PTP主时钟会不堪重负，此时便需要边界时钟设备来对PTP主时钟进行转发。边界时钟是许多高端交换机具有的功能，它们可以跟随主PTP时钟，再将自己变为下面的AoIP设备的时钟源。主时钟带动边界时钟，边界时钟再带动下面的设备，大型网络便可稳定运行。

Dante设备同样采用PTP作为同步时钟，但用的是早一版本的IEEE 1588-2002，即PTP v1，与AES67使用的PTP v2并不兼容，也不支持外部PTP时钟。目前的解决方案是：由选为主时钟的Dante设备将PTP v2转换为PTP v1，作为网络中其他Dante设备的同步时钟。所以，在Dante/AES67/Ravenna混合网络内，发现同时有PTP v1和PTP v2数据包的存在，这并不矛盾，多个PTP时钟可以在同一网络中和平共处。

LAWO的Ravenna设备均可作为PTP主时钟使用，在小型AoIP网络中，任意一款LAWO Ravenna设备都可胜任主时钟的工作。而在演播室或转播车中则会使用专业的PTP主时钟设备，而LAWO调音台则可作为备份的PTP时钟。LAWO的VoIP产品V_link4和V_matrix具有强大的时钟能力，均可作为优质的大型网络PTP主时钟使用。

以上便是Ravenna和AES67在IP网络中实时音频传输方法的定义，其应用的都是已使用多年的成熟协议，而并没有创造新的协议。Ravenna和AES67本身只是一个音频网络传输的互通指南，而AES67完全是基于Ravenna制定，可以把AES67看作Ravenna的一个特定设置。

另外，4K转播车使用的2张LAWO 981/61 Ravenna卡，每张提供4组128 In/Out的Ravenna端口，为IP音频信号的多轨录制提供了多种方式。例如，对于大型交响乐等节目需要多轨的音频录制，其可以为Pro tools等多种录制平台传输多轨IP音频信号。

1.3 Nova73的MADI端口

至于传统基带，转播车Nova73配备了2张LAWO 981/04 AES+MADI板卡，每张981/04 AES+MADI板卡提供32路（双声道）AES In/Out和4个SFP格式标准的MADI端口（LC插头），每个SFP模块含有两个光口，一收一发。MADI端口连接后，无论是否有音频流发送，均会立刻开始传输同步信号。

981/04AES+MADI板卡可连接MADI连接接口箱以及其他MADI设备，如Pro tools音频工作站、扩声调音台等，实现多轨音频传输连接。

在使用MADI端口时，两端的设备必须使用相同的同步信号源，否则会出现信号打火等失真。连接音频工作站时，通常会设置工作站跟随MADI同步。使用MADI连接两张调音台时，例如转播车调音台连接扩声调音台，若扩声调音台不使用转播车送来的同步信号，则两张调音台会处于不同的同步时钟下，此时必须使用MADI Src设备进行采样率转换。如需故障排查等一些的灵活运用，接入Nova73的所有调用调音台的MADI信号必须经由BNC跳线架进行跳线连接。

2 传输中枢——LOCALBOX

LOCAL BOX作为最重要的本地接口路由，它包含了本地车尾板接口箱的4张Mic卡和6张AES卡，如图4所示。

具体到调音台本地路由：Card1Mic：Apmic1～Apmic8，为车外音频接口板的传声器输入1～8通道。Card2Mic：Apmic9～Apmic16，为车外音频接口板的传声器输入9～16通道。Card4Mic：ATie1～ATie8，为转播车音频区Tieline的1～8通道。Card5Mic：Telout1～Telout4，BTout1～BTout 2，PDMic1～PDMic2，分别是电话耦合器输出1～4通道、蓝牙播放器左右声道、导演区通话传声器1和2通道。Card11AES3：APD01～APD08，为车外音频接口板的AES out数字音频输出1～8通道。Card12AES3：APD09～APD16，为车外音频接口板的 AES out数字音频输出9～16通道。Card13AES3：ATie01～ATie08，为音频区TieLine的AES in数字音频输入的1～8通道。Card14AES3：EVS1-1～EVS1-8，为转播车慢动作区EVS1的1～8输出。Card15AES3：EVS2-1～EVS 2-8，为转播车慢动作区EVS2的1～8输出。Card16AES3：EVS3-1～EVS3-8，为转播车慢动作区EVS3的1～8输出。

图4 本地接口路由LOCAL BOX

3 传输终端

转播车的音频信号传输终端配备了蓝光录像机、AJA硬盘录像机、PWS-4500 4K/高清多端口音视频存储单元、PIX270I 64通道MADI多轨录音机等录制设备，如图5所示。

图5 传输终端设备的连接

蓝光机可以直接从LAWO mc²56数字调音台获取8轨音频信号，从而实现8轨音频信号的多轨录制。AJA硬盘录像机有着双硬盘录制模式、续航能力强的特点，可以从音视频加嵌板卡和LAWO mc²56数字调音台获取16轨音频信号进行多轨录制。PWS4500高清多端口音视频存储单元的多轨音频信号输入分成8通道模式和16通道模式，需要注意的是，只有在16通道模式下才能进行5.1环绕立体声的多轨音频输入，它可以通过AES加嵌数字传输方式分配16轨多轨音频信号。PIX270I 64通道MADI多轨录音机可以进行64个通道的录制和播放，可通过以太网访问和传输文件；它可以把录制的多轨音频信号直接生成多轨的WAV文件，方便文件长时间的录制和备份；需要注意的是，其通过MADI连接调用调音台信号，须经BNC跳线架进行跳线连接。

4 结语

从该系统的实施中可见，传统音频基带所具备的安全性、稳定性、普及性以及与前级物理模块的无缝连接即保障了制播网络的安全，又完成了文件的稳定传输。而AoIP音频模式所具备的系统简洁性、操控灵活性、实时监测性以及利用网络传输带来的高性能流化音频在节目制作中极大地简化了系统扩展工作，更加便利地实现了信号监测，使节目制作在应急策略设计上有更大的发展空间，更能适应未来灵活多变的业务需求。

综上所述，传统音频基带模式和AoIP音频模式相结合，为节目制播过程中的音频设计提供安全性和高性能的系统需求，在传统基带模式带来的高稳定性、高容错率的同时，充分发挥AoIP模式的性能，满足多通道的远距离传输与多样化的灾备方案应急能力。在未来的节目制播过程中，要灵活运用传统音频基带模式和AoIP音频模式各自优势，通过合理的设计使其具有互补性，弥补单系统的风险，从而建立更加精细化、多样化的音频系统。