基于Dante协议的演播室群音频系统分析

许祎龙

（作者单位：遵义市新闻传媒中心）

1 研究背景

由于旧新闻演播室每天的使用次数增多，遵义市新闻传媒中心时常出现多档栏目排队录制的现象。旧新闻演播室采用全模拟信号的传输链路，由于使用时间长，时常出现信号失真、传输不稳定的现象。加上线路复杂，许多线路标签已看不清，每次排查故障都需要花费很多时间。而且部分损坏设备已停产，导致音频系统没有备份线路，在电视节目直播过程中，存在播出隐患，已不能满足实际业务需求。

以遵义市广电新闻中心大楼搬迁为契机，为解决遵义市新闻传媒中心排队录制节目、演播室音频系统老化的问题，在新演播室项目方案设计初期，遵义市新闻传媒中心技术部门到国内多家省、市级广播电视台参观学习。通过充分调研，结合当时先进且成熟的技术，经过综合分析、反复比较、多方论证，最终提出新建一套以Dante数字音频传输协议为架构，符合国家安全播出标准的演播室群音频系统。

2 Dante协议技术介绍

Dante协议是基于网络IP的数字音频传输协议，经过十几年的优化，已成为主流的数字音频传输标准之一，其具有高质量、低延时、低成本且与AVB协议和AES67协议兼容等特点。Dante协议还具有优秀的扩展性，凡是在一个局域网内支持Dante协议的不同厂商的设备均能实现通信[1]。Dante精确时间协议（PTP）使用IEEE1588标准，可将网络设备时间同步精确至几纳秒，以确保Dante网络中的音频信号不会因为时钟丢失而“哑音”。并且搭载了Dante技术的音频设备一般都会有两个端口，包括主端口和次端口，两个端口分别接入主、备交换机，形成两个相互冗余的IP网络[2]。

Dante数字音频传输技术相比于传统的音频传输技术，具有更高的音质、更低的成本等优点，同时能够解决传统音频传输技术线路繁杂的问题[3]。近年来，Dante技术在国内各省市广播电视台中得到广泛应用，在广播电视节目制作和分发中发挥了关键作用，其高音质、低延迟、灵活性、可扩展性和成本效益使其成为广播电视行业的理想选择。

3 系统介绍

3.1 系统需满足的基本要求

演播室音频系统是新闻录制中的关键，遵义市新闻传媒中心新闻演播室承担着每天的《遵义新闻联播》《直播遵义》《健康遵义》等直播节目、录播栏目的制作，节目制作对系统的稳定性、安全性和音频信号的音质、延时及传输均有极高的要求，整个系统必须符合国家广电总局关于电视安全播出的规定。结合遵义市新闻传媒中心现有的节目形态及未来发展要求，新演播室群音频系统需满足以下功能：

第一，3个演播室之间可以实现信号输入、输出路由的自由分配，音频系统不能存在单点故障崩溃点，当有故障点出现时，需具备应急方案。

第二，整个系统的核心设备具备双电源供电，双电源均需过不间断电源（Uninterruptible Power Supply, UPS）且互相独立、互不干扰，在双电源之外还得准备柴油发电机，系统在遇到2条供电线路同时停电时，UPS供电系统必须具备至少半个小时的持续供电能力，为柴油发电机提供足够的发电时间。

第三，系统具有网络化监测及管理功能，能通过IP对系统的任意信号进行实时监听、监测、路由分配及故障自动报警。

3.2 系统设计思路

结合遵义市新闻传媒中心节目制作实际需求，三个新闻演播室之间需实现同时录制、传输及任意信号的调度。为确保系统的安全，单个演播室之间需实现无缝热备份，则重要核心设备必须采用至少“1+1”的冗余，其中600 m2新闻演播室负责电视直播节目，则采用物理链路作为第二备份，即在600 m2新闻演播室主、备调音台上添加16通道的数字音频扩展卡，将直播栏目需要的音频信号在进入接口箱的同时进入调音台背板的本地模拟接口，或通过A/D模数转换进入调音台的数字音频扩展卡。这样一来，在极端情况下，即使整个系统网络瘫痪，调音台本地接口也能保障信号的正常。

3.3 系统拓扑图

安全播出一直是广播电视行业的第一要求，遵义市新闻传媒中心演播室音频系统从前级到控制台均采用了主、备双链路，如图1所示，3个演播室的音频信号经过音分后同时进入主、备两台接口箱，两台接口箱和6张调音台又同时进入2台不同Vlan的主、备交换机，形成完全独立的双链路模式，两条链路互为备份且互不影响。当两条链路中的任意一个点出现故障，另外一条链路都可以接管系统。

图1 遵义市新闻传媒中心演播室群音频系统图

3.4 系统核心硬件

3.4.1 网络设备

Dante协议是基于网络传输的数字音频协议，交换机便是整个Dante网络的汇聚和转发中心，交换机的传输速率和吞吐量直接决定了整个系统的稳定性。因此，遵义市新闻传媒中心选择了2台华为“24个电口+4个光口”的全千兆三层以太网交换机作为Dante网络的主、备核心交换机，标准6类屏蔽网线、千兆单模光纤作为主要传输介质，其中24个电口主要用于Dante设备的连接，4个光口用于以后系统升级或者其他设备级连预留。

3.4.2 调音台及接口箱

调音台作为整个音频系统的控制中心，需符合高音质、高稳定性的要求。作为贵州省内第一批使用YAMAHA品牌数字调音台的用户，遵义市新闻传媒中心在使用YAMAHA DM1000的10多年来从未出现过宕机的情况。出于操作习惯及对YAMAHA数字调音台的信赖，遵义市新闻传媒中心最终选择了支持Dante的YAMAHA CL系列数字调音台，之所以选择CL系列调音台，是因为其具有外部时钟输入、MIDI级连、多条单声道母线、矩阵母线及其最少（CL1系列）48路输入通道的强大路由处理能力等优点，足够满足遵义市新闻传媒中心实际需要。其中，600 m2演播室采用了CL5作为主控台，CL1为备台，2个200 m2演播室均使用CL3作为主控台，CL1为备台。

舞台接口箱则选择了两台YAMAHA Rio3224接口箱，2台接口箱之间采用冗余（Redundant）模式连接，所有的输入信号、输出信号通过音分同时进入两台接口箱，使2台接口箱之间实现热备份。

3.4.3 系统传声器

传声器作为节目制作声音采集的关键，对节目音质的好坏有着决定性的作用。此次音频系统选用SHURE ULXD数字系列无线传声器。与模拟无线系统相比，在音频质量方面，声音动态的失真更小，最主要的是该话筒接收机同时支持Dante协议和卡侬的音频输出。因此，在系统部署时，将话筒接收机接入Dante网络作为调音台获取信号的主链路，再将卡侬线经过音分同时进入主、备接口箱作为备链路，进一步确保系统拾音的安全性。

3.5 系统软件

3.5.1 维护管理软件

基于Dante协议构建的网络音频矩阵，可以在任何一台接入Dante局域网的电脑上安装Dante Controller软件，只需要自动获取电脑IP，Dante Controlle便可以自动发现所有接入网络的Dante音频设备，能直观地监控和管理整个音频网络，用户能直接在软件上对系统进行采样率配置、字时钟设置、路由更改，建立完整的路由切换系统等。不仅如此，当系统中某个设备宕机时，对应的设备在Dante Controlle上会显示红色，方便技术人员及时检查系统。除了能够判断设备故障，技术人员通过状态灯还能判断更多信息，如绿灯代表音频路由被激活，黄灯代表路由在被激活的进程中，橙灯代表一个旧路由不能被建立。同时，软件会将这些状态灯记录在日志中，技术人员可以根据日志初步判断系统运行状态。

3.5.2 虚拟声卡软件DVS

DVS是软件Dante Virtual Soundcard的简称，在接入Dante网络的电脑安装DVS，电脑便能模拟成物理声卡，起到音频接口的作用，使电脑与Dante网络之间的信号传输成为可能，电脑能随时监听Dante网络中的任意一路音频信号。但是值得注意的是，安装DVS的电脑必须是1G网口，并且电脑必须接入主交换机，如果接入备交换机的网络，DVS无法获取信号，在直播过程中可以使用多台电脑同时接入主交换机来实现冗余。

3.5.3 多轨录音软件Nuendo Live

利用虚拟声卡技术，在接入Dante网络的音频工作站中，安装任意一款DAW软件，便能实时把需要的通道录制下来，最多可以同时录制64个音轨。而且，Nuendo Live软件可以自动分配CL调音台的通道名称和颜色，录制下来的信号可以直接在调音台上播放，也可以直接在Daw工作站上进行二次处理。值得注意的是，在音频回放过程中音频中存在爆音，应该适当增加DVS的延时或者减少DVS输入、输出通道的数量，以保证音质。

3.5.4 实时监控与脱机编辑软件

将安装有StageMixr软件的平板或CL Editor软件的电脑接入Dante网络中，再选择CL调音台的IP进行连接，便能远程实时同步操作调音台。在系统调试或调音师在临时离开座位的情况下，能确保调音台继续工作。另外，在某些大型直播活动前，调试系统会花费大量的时间，调音师利用CL Editor软件可以提前离线在电脑上根据个人操作习惯设置好调音台系统的路由、效果器、通道排列等参数，并将场景保存并导出到U盘，到演播室后通过U盘将电脑保存的场景导入调音台，极大地提高调音师的工作效率。

3.6 主、备系统应急切换

在旧的音频系统中，当主调音台发生故障时，直接使用主、备倒换开关切换到备调音台，若此时两个控台推起的推子和路由配置不同，从主台直接切换到备台，会导致播出去的声音不同甚至没有声音，发生播出事故。所以在直播过程中，通常是一个备调音师跟着主调音师同时操作备调音台，这样虽然声音同步了，但是又会产生两位调音师推子大小、话筒增益等参数不一样的问题。而YAMAHA CL系列调音台可以完美解决这一问题，两张CL系列调音台可以通过两根MIDI线级联，级连的2张控台参数完全一样，不分主、备，任意一张控台的推子大小、话筒增益、路由表等发生变化，另外的一张控台会自动跟着变化。另外，由于整个Dante网络中的设备都设置在冗余模式下工作，在系统运行过程中，若主、备的交换机、接口箱发生单点故障，另外一台都会自动接管[4]。因此，在使用过程中，当系统中任意一条链路发生故障时，只需要按下主、备切换开关，音频系统的信号便能无缝衔接，保障节目的安全生产。

3.7 系统的优势

3.7.1 传输的稳定性

在广播电视制作中，往往需要将视音频信号通过卫星、微波、5G等技术传输到异地进行转播，在传输前会先将音频进行“杜比”编码，再将“加嵌”后的信号发送出去，对方再收到信号后，又会将音频信号经过“解嵌+杜比解码+加嵌”的流程后播出。在对信号多次传输及编解码后，信号可能会有一定的衰减，所以广电行业对音频的传输质量要求很高。而Dante协议能够在远距离传输24位、96 kHz采样率的音频数据，并确保音质的高还原度，符合广播电视行业对音质的严格要求[5]。在实际使用中，笔者曾多次将外来的音频信号与演播室的信号通过光纤或者5G通信，并将信号二次“包装”送到总控，并取得了满意的效果。

3.7.2 系统的兼容性强

Dante协议具有强兼容性，在实际运用中，遵义市新闻传媒中心将多个支持Dante协议的设备接入Dante网络的交换机，如Waves效果器服务器、Tricaster主机接入Dante网络中，可以直接在调音台上选择Waves服务器里面的效果器，让调音师不再局限于选择CL调音台预设的机架效果器；Tricaster在接入Dante网络后，能直接获取Dante网络中的音频信号，完美解决了Tricaster物理音频接口少的缺点。

4 结语

随着科学技术的进步，广播电视行业也在不断演变和改进。在数字化和网络化的时代，广播电视行业需要采用更加高效和灵活的技术来应对日益复杂的需求。此次基于Dante网络的音频系统架构是贵州省地级市中第一家全IP化的演播室音频系统，在项目集成和调试过程中，相比传统音频制作系统，很大程度上降低了布线的难度，降低了成本；在项目集成验收初期，第一次使用IP化音频系统时，工作人员还曾出现过对系统稳定性的担忧，但到目前已使用接近4年时间，从未出过问题，其稳定性、便捷性及高音质也得到了音频技术团队的认可。对于从未使用过IP化视音频系统的地级市广播电视台、县级市融媒体中心而言，可能依然很信赖传统基带信号和模拟信号，或者也对IP化的稳定性表示过担忧，如果演播室升级改造，IP化一定是不错的选择。同时，对于网络基础差的调音师而言，IP化不仅是技术的革命，也是对自身的挑战。未来，视音频IP化是行业发展的趋势，调音师要在丰富音频知识的同时，学习网络技术。