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1、第七章 数字音频自动播出系统学习要点：1、掌握ProLink数字音频自动播出系统的组成与结构2、了解什么是线性音频文件格式有音频压缩的相关知识3、了解常规以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM网络等目前比较流行的局域网组网技术的优缺点4、掌握数字音频自动播出系统各部分基本功能数字音频自动播出系统主要用于电台的节目数字制作、节目数字存储和节目自动播出。本章以杭州联汇开发的ProLink数字音频自动播出系统为例，说明数字化广播电台的整体结构与功能模块。ProLink数字音频自动播出系统是一套根据我国电台的实际情况和客观需求开发的电台数字音频和节目管理综合系统，被广泛用于包括中央台在内的全国众多国家
2、、省、市级电台。第一节 系统的组成与结构从形式上来看，ProLink数字音频自动播出系统是将各种不同功能的非线性音频工作站，通过计算机网络联网，构成一个特殊的数字音频网络，在该数字音频网络中，利用非线性音频工作站对音频节目进行处理，利用计算机硬盘等介质对数字音频节目加以存储，利用网络进行数字音频文件的交换和传递，最终实现电台广播节目的非线性制作、无带存储、无带传输和节目的无带自动播出。它覆盖了广播电台从节目制作、节目编辑、节目审听和节目播出等所有环节，是一个集音频节目处理和节目管理为一体的新一代的数字广播系统。一、网络系统与应用系统ProLink数字音频自动播出系统作为一个全面的广播数字化解决
3、方案，由网络系统和应用系统由两个分系统组成。1网络系统主要包括布线子系统和网络设备子系统，它是实现数据传输和数据交换的物理平台。网络系统的形式、带宽和交换速度，直接决定了系统的工作效率。2.应用系统则覆盖了电台从节目录制到节目编排、节目播出等各个环节，一般应包含以下几个部分：数字音频网络网络系统应用系统布线子系统网络设备系统资料库子系统录制子系统管理编排子系统播出子系统监控子系统（A）资料库子系统：主要由大型数据库硬盘阵列柜组成，主要用于大量数字化节目的存储和管理。（B)录制子系统：主要用于节目的灌录、节目的数字化制作，包括语言节目和文艺节目。（C）管理编排子系统：主要用于系统管理和播出节目单
4、的编制、节目单的审听。 (D)播出子系统：主要用于节目的录播类自动播出和直播类节目的辅助播出。（E）监控子系统：主要用系统的运行状态的监控、播出状态的监控和播出节目的超长时间记录和查询。二、数据层与信号处理层根据信号的体现形式，数字音频自动播出系统一般可分成两个层面：第一层为数据层，具体体现为计算机和计算机网络，在这一层中，所有的音频信号均以计算机文件的形式出现，对它的处理和传输，类似于一般的数据文件。第二层为信号处理层，主要功能为音频信号的交换和模式转换，即模拟的音频信号或AES/EBU格式的数字音频流在网络外的交换、调整。模拟信号通过A/D处理转换成可被计算机所接受的数据文件，或通过D/A
5、处理将数据层中以计算机文件形式存在的音频文件转换模拟音频信号，或AES/EBU的数字音频信号，变为音频处理卡、调音台、矩阵等硬件设备可以播放的声音。在非线性数字化播出系统中，一个音频节目从制作到播出，要经过多次的层面转换。三、集中式和分布式从音频信号的走向来分，数字音频网络自动化播出系统有两种形式，即集中式和分布式。这两种形式的区别主要在于音频接口和处理单元的物理位置。集中式播出系统是将所有的音频接口单元（AIU-Audio Interface Unit）集中在一台主机中，各工作站在操作时，只是通过网线给主机发出各种命令，所有的音频输入输出均在主机上完成，如图：从图中可以看出，集中式播出系统为
6、了在工作站上能输入输出音频信号，需要在各工作站和主机之间除了网线连接外，还要单独设音频线缆，而且一旦主机出问题，将造成整个系统的瘫痪，但由于在网线上只传送控制信号，因此网络数据流量很小，可以在很低的网络投资下，组建中小型音频系统。根据我国电台的发展状况，多数系统在音频信号流向结构设计上采用了分布式结构。分布式结构是在每台PC机上都加装音频处理卡，构成独立的音频处理单元，所有的音频信号均是通过装在工作站本机上的音频卡输入输出，而不需要再单独敷设很长的音频线，系统中所有的音频信号传送均通过网线以数字音频文件的形式传递和读写。这种结构不但系统安全性好，施工维护比较简单，而且结构灵活，对于今后系统改动
7、扩容都很方便。这也是当今世界上较为流行的方式。第二节 系统数字音频文件格式非线性数字音频工作站作为一种音频处理设备，首先要将模拟的音频信号（如话筒音源）通过A/D转换器件转换成计算机可处理的数字信号，经过A/D量化后得到的数字信号，为线性的PCM码流，这种直接由PCM码流构成的音频文件，我们称之为线性音频文件格式，最常见的为WAV文件，大多数节目制作软件即采用这种文件格式。线性文件的优点是保真度和剪辑精度较高，缺点是信号的数据量太大，按48kHZ采样率，16bit的量化级计算，一个立体声节目的数码率为：48kX16 (bit)*2（通道）=1536（Mb/秒）这么大的数码率给数据的储存和传输带
8、来了很大的压力。特别是制作的节目比较长时，声音文件会变得极其庞大，按48kHz采样、16bit量化计算，1小时的声音文件容量将高达688M，对这样大的声音文件进行处理，对计算机的硬件资源要求非常高，而且，由于工作站的储存介质主要为硬盘，庞大的数据流对硬盘容量要求也很高，使得工作站成本增加。特别是在数字音频网络中，音频工作站的音频信号文件都是通过计算机网络来传输和交换的，庞大的数据流对网络的要求和压力非常大，为保证音频数字流的连续性，必须要求网络的带宽和速度足够大才行，从而使得网络造价大大提高。数字音频网络应该在增加单位硬盘容量的储存时间的同时，减少节目传输过程中对传输带宽的要求。数字化过程除了
9、对模拟音频信号进行量化外，往往还要对音频信号进行压缩处理。按照信息论的理论，任何一种信源都含有冗余成分，而所谓的音频压缩，就是利用某种压缩编码，去除音频信号中的冗余信息，同时在建立压缩数学模型时，充分利用人耳的掩蔽效应，使压缩引人的失真尽可能地不被察觉。目前，数字音频自动播出系统上常用的压缩算法有MPEG、AC-DPCM,APT- X,DOBLY - AC等。符合ISO/MPEG标准的MPEG（ISO/IEC 11172一3 and ISO/IEC 13818-3）标准，由于压缩后仍能保持高品质的声音质量而被广泛应用。现在数字广播领域常用的右MPEG-I，MPEG-II和MPEG-III。利用
10、MPEG算法，可对数字音频进行1：4至1：24的压缩；MPEG压缩算法是掩蔽型自适应通用子带编码和复用压缩编码，在1:6以下的压缩比情况下，绝大部分人感觉不出音质的损失。第三节 目前流行的局域网组网技术目前比较流行的局域网组网技术包括：常规以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM网络、FDDI等。一、常规以太网常规以太网（lOM bps）是一种典型的媒质共享型网络，以IEEEE802.3规范为技术基础，采用CSMA/CD技术。以太网是一种广播型的网络，所有站点均可看到所有的帧，而不管信息接收的目的地。对于按收到的帧，每个站点都必须检查，以判明本站点是否为该帧的目的地。如果是，该帧将接收，并送到高
11、层协议作进一步的处理。常规以太网有l 0Base-5、l0Base2,和l0Base-T等。其中l0Base-T以非屏双绞线为传输介质，在物理上是一个以以太网集成器(HUB)为中心的星型结构。以太网标准成熟，产品丰富，支持厂家多。L0Base-T以太网具有简单的结构化布线，易于管理维护等优点。其缺点是以太网采用总线竞争方式，当网络上工作站数量较多，网上信息量上升到一定程度后，工作站之间的信息碰撞几率增加，导致网络数据的丢失、损坏，使网络实际传送速率急剧下降，网络利用率大大降低。为解决这一问题，可在以以太网中引入交换技术，选用以太网交换机，为每个端口提供独占的l0Mbps的传输速率。L0Mb/s
12、的常规以太网技术已很难满足大信息流量，特别是多媒体信息通信的需要。二、快速以太网（100Base-T)100Base - T快速以太网直接由10Base-T以太网标准发展而来。同l 0Base-T相同，100Base - T采用了IEEE802.3 CSMA/CD的MAC协议层，并具有相同的帧格式、拓扑结构。不同的100 Base-T具有独特的物理结构；支持100M bps的传输速率。100Base-T具有以下特点：（1)网络原生带宽为100M；支持全双工传输时，可利用的带宽为200M。特别适合具有突发性通信和传送大型数据文件的应用环境。 (2)采用交换式数据传输时，每终端或工作组网独占l00
13、M的带宽，使网络数据包碰撞几率达到最小。 (3)保留了l0Base - T在集线器和桌面机之间使用l00M长度非屏蔽电缆的星型拓扑结构，并规定了100Base-FX支持270m长度的光纤电缆连接。(4)采用流行的SNMP的网管软件和以太网管理信息库。完全兼容现有的网络产品。网络扩展性好，易于管理维护，能经济方便地集成网络，且能无缝升级到千兆以太网与ATM网络兼容。技术标准成熟，市场产品具有良好的兼容性，组网成本较经济。其缺点为：（1）传输多媒体信息时，延迟较高，数据包传输错误率难以保证，图像质量一般。（2）实时、交互动态传输多媒体信息时带宽不足。（3）网络覆盖范围受5类UTP的限制。三、千兆以
14、太网千兆以太网使用简单的以太网机制，为网络提供超过1000Mb/s的带宽，足以应付各种应用需求，如交换式工作组、局域网内部Intranet、实时多媒体传输等。千兆以太网具有以下的特点：(1)千兆以太网显著提高了传统以太网带宽，从根本上解决了带宽不足的问题。(2)采用第三层路由交换机作主干网的核心交换机，可将服务器群集起来，从而提高了网络应用的响应时间，增强了系统的安全性。(3）使用传统的Ethernet CSMA/CD MAC协议，传统的Ethernet 802.3帧结构及帧长度，因此它与l0Base - T,100Basc - TX/FX保持良好的向下兼容性，可实现无缝集成，网络升级、扩展很
15、容易。（4）保留现有网络的应用程序、操作系统、网络层协议及网管软件。（5）支持全双工和8023X端到端流量控制，支持VLAN。（6）千兆以太网技术成熟，市场产品大多满足IEE802.3Z千兆以太网标准，具有兼容性、协调性、经济性。该技术的缺点为：(1)千兆以太网不支持真实的、端到端的服务质量(Qos )，在传输多媒体数据流方面，采用传统的变长帧，仍然存在传输延迟、延迟抖动。因此图像质量很难达到演播室质量，不具备ATMLAN所特有的多媒体通信的实用性能。(2)千兆以太网无弹性，不支持负载平衡。(3)目前仅支持光纤介质，多模光纤可达270米，单模光纤可达2000米以上。四、 ATM网络ATM技术最主要的目的是为适应多媒体通信而开发的。ATM具有53字节的短固定长度信元和端到端的面向连接；同时对不同级别的音频、视频和数据在整个传输过程中能提供较高安全保证。ATM技术的一个重要特征体现在ATM交换机的通信机制上，它充分利用所有可利用的带宽来确保传输的最大效率。ATM网络的逻辑第二层和第三层结构与它的物理层结构中分离，简化了互连网络和网络的管理，从而允许管理员为实现高效的业务流量，轻而易举的重新配置他们的网络。ATM网络的传输速率从15Mbps(Tl)到622Mbps(OC一12c)或更高。ATM网络技术具有以下特点： (1) ATM采用53B固定的信元长度，代替
