引言

　　我臺新建的總控系統(tǒng)是一個(gè)完整基于網(wǎng)絡(luò)化智能化的全數(shù)字系統(tǒng)，利用STUDER數(shù)字音頻矩陣和聯(lián)匯CAS虛擬網(wǎng)絡(luò)矩陣及相關(guān)智能切換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)智能化。作為播控系統(tǒng)的核心——音頻矩陣在實(shí)現(xiàn)節(jié)目自動轉(zhuǎn)播和互轉(zhuǎn)上起著無可替代的作用。隨著數(shù)字音頻技術(shù)的高速發(fā)展，軟硬件水平的提高，高性能DSP和高速總線的應(yīng)用，使基于數(shù)字技術(shù)的音頻矩陣方案能夠得以不斷發(fā)展。本文就我臺Studer Route 3000音頻矩陣的分析和應(yīng)用與大家作一個(gè)交流，請同行和專家指正。

　　一. Studer Route 3000矩陣在我臺總控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　我臺在新大樓播控系統(tǒng)中，采用Studer數(shù)字音頻矩陣和CAS網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣相結(jié)合的方式，并行地將各直播間信號調(diào)度切換后送給四選一設(shè)備，保證主、備播出信號的一致性。如圖1，采用這一架構(gòu)，可以保證矩陣系統(tǒng)主要播出流程中不會產(chǎn)生由任何設(shè)備的單點(diǎn)故障帶來停播等嚴(yán)重問題，保證系統(tǒng)的可靠、安全、靈活。在應(yīng)用中，Studer Route 3000能實(shí)現(xiàn)在所有輸入信號和輸出信號之間建立靈活、邏輯完善的路由關(guān)系，任何一個(gè)輸入均可路由到任何一個(gè)輸出上，同時(shí)具備對輸入信號不間斷的彩條監(jiān)測和音頻監(jiān)聽、以及反相靜音報(bào)警等智能化功能，有效提高我臺值班人員的應(yīng)急反應(yīng)能力。

圖1

　　二. Studer Route 3000矩陣分析

　　1.Studer Route 3000結(jié)構(gòu)組成

　　我臺主矩陣選用Studer Route 3000數(shù)字音頻矩陣，它采用雙電源，由強(qiáng)大的信號處理單元ScoreLive和靈活、易于擴(kuò)充的輸入輸出單元D21m組成，包括DSP卡、HD卡、HOST卡、Line卡、AES卡和MADI卡等。

　　DSP卡是音頻處理的核心。通過I/O接口(RJ45)，將D21m的音頻輸入信號送到DSP卡內(nèi)部的處理芯片上進(jìn)行音頻處理，并可決定輸入輸出信號的連接和切換。每個(gè)DSP提供兩個(gè)高密度的輸入接口（192通道）和兩個(gè)高密度的輸出接口（192通道），Route 3000最大可容納1728個(gè)輸入和1728個(gè)輸出，也就是可以支持9個(gè)DSP模塊。根據(jù)實(shí)際需要我臺配置了3個(gè)DSP模塊，其中一DSP處理五塊MADI卡音頻信號，一塊MADI I/O卡能傳輸64Ch，五塊為320Ch，超過單個(gè)接口的通道數(shù)，因此DSP的兩個(gè)I/O接口都需通過RJ45與HD卡連接。

　　HOST卡是矩陣控制命令的翻譯和處理的核心，負(fù)責(zé)與外界控制信息的交流。HOST卡RJ45以太網(wǎng)接口連接到交換機(jī)，通過局域網(wǎng)將控制信號送到矩陣控制軟件、矩陣表頭檢測軟件。

　　D21m是音頻接口系統(tǒng)，不同類型的接口卡可以插在同一D21m單元中，并支持熱拔插。接口卡的輸入信號通過D21M機(jī)箱背板輸入HD板卡，再由HD卡轉(zhuǎn)換成RJ45信號傳輸給DSP卡進(jìn)行數(shù)字處理，完后再進(jìn)入HD卡，HD卡轉(zhuǎn)換格式后再送到接口卡，完成信號輸出。矩陣內(nèi)部信號流程見圖2。

　　2.矩陣表頭監(jiān)測及報(bào)警

　　Route 3000矩陣系統(tǒng)的內(nèi)部監(jiān)測軟件RadioActiveMeter能夠檢測矩陣輸入輸出信號的狀態(tài),針對各種主要音頻參數(shù)的監(jiān)測，包括靜音、削波、相位等音頻指標(biāo)，并經(jīng)行報(bào)警提示。監(jiān)測軟件通過MADI卡從矩陣內(nèi)部TDM總線上取得音頻信號，再以MADI光纖方式傳送至軟件安裝的電腦進(jìn)行表頭顯示，最大可監(jiān)測64Ch。在現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)各頻道時(shí)間執(zhí)行列表我臺只監(jiān)測直播間光纖信號、數(shù)字信號和直播間去衛(wèi)星三路信號，使用其表頭顯示功能以及音頻信號靜音反相時(shí)顏色提醒和聲音報(bào)警的功能。

圖2

　　3.矩陣控制系統(tǒng)

　　主矩陣提供了CNR控制系統(tǒng)，使用TCP/IP控制協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)對STUDER 音頻矩陣設(shè)備進(jìn)行控制、監(jiān)視、編排切換計(jì)劃以及用戶管理。系統(tǒng)使用C++實(shí)現(xiàn)后臺服務(wù)，使用QT實(shí)現(xiàn)客戶端，使用Flex+Spring+ibatis構(gòu)架的WEB系統(tǒng)。控制系統(tǒng)框架圖如圖3所示。

　　矩陣實(shí)時(shí)控制客戶端(QT端)作為獨(dú)立安裝的軟件，分別安裝在服務(wù)器和工作站上，實(shí)時(shí)監(jiān)視各通道連接狀態(tài)，并對矩陣的輸入輸出通道進(jìn)行手動或者計(jì)劃連接。WEB系統(tǒng)完成矩陣的系統(tǒng)設(shè)置，通道配置，管理組屏、用戶，維護(hù)模板等任務(wù)，通過瀏覽器登錄WEB后臺服務(wù)來設(shè)置。最重要的就是“物理通道”和“邏輯通道”的配置，以保證通道信息與Router 3000矩陣內(nèi)部通路的對應(yīng)關(guān)系一致。配置完的通道數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、模板信息等通過后臺服務(wù)模塊保存在數(shù)據(jù)庫中。CNR控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用主備同步機(jī)制的雙向熱備份方式，一旦備數(shù)據(jù)庫接收不到主數(shù)據(jù)庫的心跳，則自動接替主數(shù)據(jù)庫的功能，保證數(shù)據(jù)的安全。WEB系統(tǒng)和客戶端發(fā)送命令，向數(shù)據(jù)庫寫數(shù)據(jù)，主服務(wù)讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)化成矩陣底層接口兼容的數(shù)據(jù)，矩陣接收到命令后修改路由，并將修改后的狀態(tài)送到數(shù)據(jù)庫。

圖3

　　三. Studer Route 3000矩陣核心技術(shù)TDM母線技術(shù)

　　1.TDM技術(shù)

　　TDM（時(shí)分復(fù)用）通過不同信道或時(shí)隙中的交叉位脈沖，同時(shí)在同一通信媒體上傳輸多個(gè)數(shù)字化數(shù)據(jù)、語音和視頻信號。TDM總線是單向傳輸總線，在DSP的同步串口之間采用點(diǎn)對點(diǎn)方式傳輸高速數(shù)字信號，將不同通道的數(shù)據(jù)按照固定位置分配時(shí)隙（timeslot：8bit數(shù)據(jù)）合在一定速率的通路上。每個(gè)時(shí)隙的速率為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PCM話路64kb/s。每通道時(shí)隙的重復(fù)頻率為Ts=8KHz，即幀周期為125us。

　　TDM技術(shù)在電信電話網(wǎng)中是基本的應(yīng)用技術(shù)。矩陣切換就是很類似于電話交換的應(yīng)用。事實(shí)上，數(shù)字音頻（AES）也是一種時(shí)分復(fù)用技術(shù)。見圖3。

　　1個(gè)AES幀（Frame）包含2個(gè)子幀（Subframe），在傳送AES信號時(shí)，從時(shí)間線上看，每一個(gè)AES幀中的子幀1先傳，接著傳子幀2。[page]

　　2.TDM技術(shù)在音頻矩陣中的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的矩陣包括輸入模塊、交叉點(diǎn)切換模塊和輸出模塊。其中，交叉點(diǎn)切換模塊電路是矩陣的核心部分，它實(shí)質(zhì)上是一類電子開關(guān)，由控制系統(tǒng)對特定輸入通道與特定輸出通道進(jìn)行聯(lián)接或切換。矩陣的規(guī)模增大時(shí)，其交叉點(diǎn)的數(shù)量呈幾何級的增長，這不僅大大增加了設(shè)計(jì)和制造大規(guī)模交叉點(diǎn)電路的成本和難度，而且降低了矩陣的可靠性和整體性能。于是，人們把眼光投向時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM）。

　　TDM切換技術(shù)不需要交叉點(diǎn)切換模塊，它采用一條公共的TDM數(shù)據(jù)總線。在數(shù)據(jù)總線上，每一路的音頻輸入被固定指配為唯一的時(shí)隙。在進(jìn)行音頻信號切換時(shí)，為了使信號能夠接通門電路，將輸入信號聯(lián)接至特定的輸出上，其數(shù)據(jù)總線的帶寬要求大于輸入信號的比特率與輸入信號路數(shù)的乘積。

　　下面以1比特的輸入信號為例具體說明其工作原理，如圖4所示，所有輸入信號都分配有一個(gè)在某一時(shí)刻是唯一的固定時(shí)隙，寫驅(qū)動（Input Write Enables）能按一定的時(shí)間關(guān)系打開門電路，讓輸入信號通過；相應(yīng)讀驅(qū)動使能（Input Read Enables）信號打開相應(yīng)的輸出端門電路，實(shí)現(xiàn)指定的輸入與輸出的通路聯(lián)接和切換。輸入1被送到輸出6，輸入5被送到輸出4,5。

圖4

　　采用TDM替代大規(guī)模矩陣的交叉點(diǎn)電子切換電路十分簡潔，成本低。但這種方式也有不足之處：（1）正如前面提到的TDM其數(shù)據(jù)總線的帶寬要求大于輸入信號的比特率與輸入信號路數(shù)的乘積。但用于大規(guī)模音頻矩陣中時(shí)，數(shù)據(jù)帶寬能否滿足需求。（2）TDM由于共用數(shù)據(jù)總線，當(dāng)總線上的驅(qū)動器損壞或短路時(shí)，矩陣是否會癱瘓。

圖5

　　四. 結(jié)束語

　　我臺以Studer Route 3000矩陣和聯(lián)匯CAS網(wǎng)絡(luò)為核心構(gòu)建的播控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了構(gòu)成模式、管理模式的理論創(chuàng)新和技術(shù)革新,便于將來系統(tǒng)擴(kuò)充和二次開發(fā)。Route 3000矩陣不僅滿足了我臺多個(gè)頻道之間的節(jié)目交換，而且還滿足了傳輸需求和多變的廣播形式，給我臺的節(jié)目傳輸工作帶來極大的可靠性、便利性、靈活性。B&P