论音频传输技术在广播户外播出方案中的选择和应用

Broadcast and Production - - 目录 Contents - 张亮

通过对各种音频传输技术(ISDN、互联网专线、MSTP专线等)方式进行了讨论,并且根据广东广播电视台外转传送科多次户外播出的实践,进行了技术总结,并制定出不同情况下的传输技术方案。最后通过两个典型的实施案例,来比较不同网络环境和不同传输方式下的音频传输质量。

【摘要】 广播节目的户外播出可以较大的丰富节目方式,提高收听率。因此户外播出音频如何高质量的传回本台,是户外播出是否成功实施的关键技术环节。本文通过对各种音频传输技术(I S D N、互联网专线、M S T P专线等)方式进行了讨论,并且根据广东广播电视台外转传送科多次户外播出的实践,进行了技术总结,并制定出不同情况下的传输技术方案。最后通过两个典型的实施案例,来比较不同网络环境和不同传输方式下的音频传输质量。

【关键词】户外播出 音频传输技术 互联网专线 以太网专线

在多媒体巨大发展的今天,广播节目为了提高自身的市场收听率和影响力,除了不断丰富和提高节目内容,更需要在节目制作方式上不断多样化。在直播室外,进行户外播出,就是其中一个很重要的方式。从技术部门角度出发,如何安全、高效的进行户外播出音频信号的传送和接收,是工作的重点。本文作者从广播工程技术人员的视角,分析了当前较为常用的音频传输技术,汇总出不同应用情境下传输技术的选择方案,并针对几个具体的案例来归纳总结。

一.音频传输技术分类

1.模拟电话耦合器。模拟电话耦合器利用传统电话线路作为传输介质。因为需求简单,传输延时低,线路稳定, 模拟电话耦合器在过去一段时间内成为广播户外传输的重要应用设备。模拟电话耦合器频响范围一般在300-3000H z。因为设备技术的限制,传输音质较低,比较适合普通的纯语音节目传输,音乐类节目或高品质要求节目传输效果不能满足要求。

2.数字电话耦合器[2]。数字电话耦合器同样采用了电话线路作为传输介质。但是因为采用了数字编码解码技术,设备的频响可以达到30-15k H z。编码器对音频信号进行很高的数据压缩后,对电话线路抗干扰能力要求高。如果压缩率太高,传输就会不稳定,需要降低传输速率。保证即使在最低传输速率下,也有30H z~7k H z,超过模拟耦合器传输带宽。因为数字编码技术中采用

系统设备引起的噪音小于60db;

系统满足I E C255-22-3-1989中I I I级试验严酷等级下测试合格;

系统满足I E C255-22-4-1992中I V级试验严酷等级下测试合格。

系统I/O特性:

遥测信息响应时间≤3s遥信信息响应时间≤2s控制命令从生成到输出时间≤1s画面实时数据更新周期开关量时间≤2s画面实时数据更新周期模拟量时间≤3s画面实时调用响应时间≤1s调用新画面响应时间≤2s事件记录分辨率≤1ms电网频率测量误差≤0.01HZ系统数据库容量≥5000点电度量累计时间1min可调时钟同步精度±1ms

可靠性要求:

计算机监控系统的平均无故障时间≥30000h间隔级测控单元平均无故障间隔时间≥50000h双机可用率≥99.98%网络平均负荷率(正常状态下5分钟内)≤15%

正常状态主机CPU平均负荷率≤30%事故状态主机CPU平均负荷率≤50%正常状态工作站和处理机CPU平均负荷率(30分钟内)≤15%事故状态工作站和处理机CPU平均负荷率≤30%报警或事件发生到画面字符显示和发出音响的时间≤2s事故追忆:事故前\事故后桢数1-10桢可调控制操作正确动作率100%

遥测处理合格率100%

遥信处理合格率100%

遥控执行合格率100%

综合测量误差≤ 0.5%模拟量在数据库中的更新时间≤1.5秒开关量在数据库中的更新时间≤1秒事件顺序分辨率≤1毫秒具有抗电磁干扰、适应恶劣运行环境的能力,符合I E C标准系统中任何设备的单个元件故障不会造成系统外部设备误动作。

继电保护对我国电力系统的安全运行,起着不可替代的作用,在我国经济持续发展,对电力要求不断增大的情况下,要做好继电保护工作,就要从各方面对继电保护的基本任务和意义,以及起保护作用的继电保护装置有深刻的了解,并要及时掌握未来

了类似于纠错,自动应答等技术,数字电话耦合器在音质,功能多样性等方面有较大的提高,同时也保留了对传输介质要求较低的优势,现在已经在很多广播电台户外转播中慢慢取代了模拟电话耦合器。

3.Isdn音频传输设备。isdn(integrated Sevice Digital N e t w o r k)中文名为综合业务数字网,是采用数字交换和数字传输的电信网简称。它可以提供端到端的数字连接。I S D N将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络进行传输和处理。在实际应用中,用户通常采用基本速率(2B+D)的接口。其中两个独立工作的B信道(64K b i t/s)用来传输话音、数据和图像,D信道用来传输信令或分组信息。I S D N音频传输设备就可利用一条电话线路,传送2路64k b p s的音频。这样,在同样的电话线路中,I S D N音频传输设备可以做到立体声音频的传输,对比传统的电话耦合器,音质得到了很大的提高,同时也保留了线路稳定的优势。在很长一段时间内,ISDN音频传输设备成为了广播电台主要的户外传输工具。但是,由于ISDN业务需要单独开通,不像普通电话线那样随处可寻,就对用户的使用带来了一定的限制。不过因为其传输音质好,线路稳定,延时短,费用低,还是受到了广播技术人员的青睐。在实际使用中,通常与电话耦合器作为主备通路进行搭配使用。不过近些年来,随着互联网络的普及,很多省市的电信部门已经开始取消ISDN业务,ISDN业务快速萎缩。

4.I P音频编解码器。随着网络技术的成熟和大规模普及发展,I P音频编解码器也走上广播专业传输设备的舞台,并且因为其功能的丰富性和传输网络的巨大优势,发挥越来越重要的作用。I P音频编解码器是基于网络技术,利用分组交换I P数据进行音频传输的设备,因此编码技术和网络质量的好坏,成为了影响传输品质的重要因素。设备编码技术是由设备决定的。专业设备的选择需要通过设备技术的分析、实际的应用测试和横向对比来进行确定。通信网络线路的选择,在实际应用中,一般会采用以下几种:

1)互联网线路。因为互联网的极大发展,普通的互联网网络线路可以很快的寻找到。这种线路的优点是找寻方便,费用较低;缺点是线路的稳定性不可预测,在网络使用高峰期可能会导致音频传输品质和延时等参数显著劣化。因此在进行较为重要的户外传输时,广播技术人员通常会选择使用互联网专线。互联网专线的优势在于在使用过程中专享带宽,尤其是上传带宽。这样就可以极大的保障网络传输的质量和安全。不过互联网专线需要提前申请开通,对时间和费用的要求较高。

2)M S T P专线[3]。因为网络传输是利用分组交换I P数据,在安全性和稳定性上始终不如电路交换的ISDN,因此需要一种资源充足且可靠性高的传输线路作为I S D N的最佳替代选择,来保障重大直播的信号传输。近几年来,M S T P点对点以太网专线就较为完美的解决了这个问题。音频数据传输属于业务网上的以太网业务,以太网专线属于传输网的一种,用于传输以太网业务的I P数据。以太网专线对比其他一般互联网接入,在带宽稳定性、传输实时性和传输质量方面都有大幅度提高。Mstp(multi-service Transfer Platform)(基于sdh的多业务传送平台)是指基于S D H平台同时实现T D M、A T M、以太网等业务的接入、处理和传送,提供统一网管的多业务节 点,它也是运营商提供的以太网专线业务中最常用的接入方式之一。用最通俗的语言描述,可以想像为在两个终端设备之间架设了一台交换设备,这样就避免了互联网线路连接中的影响因素。经过实际测试应用,尤其是在跨省的传输应用中,不论从技术参数分析和直观听觉鉴别,M S T P专线的传输效果对比互联网线路都有较明显的提高。 以下表格可以较为直观的对比各种传输方式的优缺点经过以上分析,我们可以看出,在广播户外节目传输方式的选择上,因为设备和传输方式的不同,音频的传输质量和稳定性等方面会产生较为明显的差距。但是因为较好的传输方式的设备和线路租用费用都较高,因此选择安全及合理的户外传输方案,是保障广播播出安全和播出质量的重要因素。

二.广播电台户外播出传输方案选择

作者就职岗位为广播制播部外转传送科,工作职责中很重要的一项内容就是进行户外播出的安全传送。经过长期的实践总结,对比各种不同型号的传输设备及传输模式,积累了丰富的经验,并据此总结出最为适用的几种传输方案。1.首要考量因素广播传输一定要将“安全”作为首要考量因素,因为安全播出是广播的生命线。如果为了单纯音质的提升或者费用的节省,而造成安全性的降低,是违背广播户外节目传输原则的。在保障安全性的前提下,可以在经费的允许范围内尽可能的选择高质量的音频传输设备和传输方式。为了兼顾质量、安全和费用等各项因素,通常会选择一路高质量音频传输方式如ISDN、互联网专线或MSTP专线作为主用传输;另使用电话耦合器,经电话线路作为备用传输。这样既可以保证主用线路传输音频的质量,又有备用线路作为安全冗余。2.不同地域传输方案的选择综合评估音频传输质量、线路稳定性和费用等指标, ISDN线路还是优于其他几种传输方式,所以在业务可以申请的前提下,通常都会选择ISDN线路作为主用传输方式。但是因为I S D N业务的快速萎缩,国内很多城市已经无法临时申请I S D N业务。现在大多数情况下还是会使用I P音频编解码器作为主用传输设备。按照国家新闻出版和广电总局的62令要求,电话耦合器设备则作为备用方式作为安全冗余保障。I P音频编解码器采用何种传输线路一般分以下两种情况考虑:

(1)市区内。当户外播出地点发送端与广播中心接收端属同一市区时。经过较长时间的实践证明,在同一城市内,互联网专线甚至是互联网普通线路的技术稳定性和质量优于较跨省、市线路,已经可以较完美的替代I S D N线路。虽然互联网专线在稳定性上无法与MSTP专线相比,但因为费用远低于MSTP专线,因此互联网专线可以作为ISDN线路外的第一选择。

(2)跨市或跨省。因为跨市或跨省,互联网线路的影响具有较大的不可预估性,因此一般会按照播出级别来选择线路。考虑到申请时间和费用要求,在一般节目播出,互联网专线通常是可以完成传输任务。但是在重大播出期间,例如北京两会直播室转播,现行方案都会使用M S T P专线。这样可以在重大转播期间最大程度的保障线路的传输质量和稳定性。

具体选择方案为;

三.广播电台户外播出具体案例

在下文中,作者会通过“广州市白云国际会议中心省两会开幕式现场直播”和“北京两会直播室现场转播”两个具体案例来分析现行方案的应用效果。1.广州市白云国际会议中心省两会开幕式现场直播外转传送科已经连续多年的省两会开幕式直播。最早使用的是“I S D N线路主用+电话线路备用”这种模式,经过多年的实践,线路稳定且质量较好,并且保证至少两路信号进入直播室。但是近几年,白云国际会议中心的ISDN业务已经取消,因此I P音频编解码器[3]开始作为主用设备在省两会开幕式转播中发挥重要作用。因为场馆的特殊性,单独互联网专线无法临时申请。白云国际会议中心通过会场自身的专用互联网线路,经网络中心单独分用一条线路给广东广播电视台广播直播使用。在播出中,我们采用了A A C 128k b p s立体声编码速率进行传输。设备的具体传输设置和效果监看情况如下图所示: 在图2中,可以看到接收端的接受状态基本如下: (1)码率基本在编码速率附近进行小范围的变化; (2)传输延时为60ms;

(3)丢包率基本为0;

(4)Jitter(抖动)频率很低;在此次具体转播案例中,整个转播期间,传输状态的监控大体都保持在图2这个层次,并且根据接收端技术人员的监听,只出现过极少频率的音质下降,证明此次线路和设备的选择保障了传输稳定性及传输质量,是一次较成功的户外播出案例实施。2.党的十九大北京直播室现场直播。党的十九大报道是广东广播电视台2017年的重点工作。外转传送科承担了直播室的搭建和音频传送接收任务。其中音频传送是工作的重点,直接影响着直播报道的节目质量。

在2017年之前,全国两会直播报道传输线路基本选择

I S D N线路,但是由于后期I S D N业务的萎缩,后期过渡期间采用过互联网专线的方式。但是互联网专线还是存在着不稳定的现象,尤其在北京-广州的跨省远距离传输中出现频率较高。为了保障2017年党的十九大报道直播高质量安全传输,外转传送科与通信供应商经过详细的咨询和讨论,决定采用以太网专线进行音频传输。为了充分测试网络传输性能,技术人员提前一周到北京与广州进行测试。在测试过不同编码方式后,选择了AAC stereo 128Kb的编码。以下是实际直播过程中的传输情况:

在图4中,可以看到接收端的接受状态基本如下: (1)码率基本在编码速率附近进行小范围的变化; (2)传输延时为60ms;

(3)丢包率基本为0;

(4)Jitter(抖动)频率很低;在此次具体转播案例中,传输参数与广东省两会的转播参数监控基本相同。根据接收端技术人员的监听,音质非常稳定。考虑到传输距离的因素和实际监听效果,证明线路和设备的选择实现了方案的预想,证明这种传输模式可以作为北京或者其他跨省长距离的户外播出方案实施。3.户外播出中其他传输方案探索。随着4G网络的广泛普及,在有线网条件不允许或者需要移动式播出的的情况下,利用4G网络进行传输就成了一种可行的 选择方案。但是,4G网络存在着基站切换、用户抢占资源、网络信号强度不稳定等等可能影响传输质量的因素,因此,用4G网络传输必须充分考虑应急情况,并提前做好测试工作。以下是进行一次网络测试的小杰。

此次测试是在固定场所内,没有进行移动式播出的情况下,进行的4G网络传输测试。利用中国电信4G卡作为通讯介质。整体测试保持40分钟左右,传输质量整体情况较为良好,出现过1次1分钟左右,1次30s左右的声音抖动现象,出现过1次声音卡顿现象,下面两图为传输测试监控图片。 在图6中,红点处就是出现声音卡顿现象的节点。从测试结果来看,4G网络作为传输途径可以作为一种预选方案。但是因为传输的稳定性还是与有线网络有一定差距,并且存在较大不可预估性,因此这种方式建议作为备选方案,适合在移动式播出或者有线网络无法使用的情况下,作为主传输线路,并且尽量在非重点节目中使用,保障播出的安全。但是,对于4G甚至即将推出的5G的移动网络,在未来通过技术的改进,相信可以逐渐成为一种的重要的传输途径。

四.总结

从本文关于各种传输方式的技术讨论和对比,以及外转传送科在具体传输案例的技术参数监控和实际传输质量的分析,我们可以制定出不同情况下的传输方案。但是在直播过程中,技术人员应该通过具体传输情况灵活变化,如果音频质量不稳定,可以适当的降低编码速率然后观察音频接收质量是否有改善。另外,不同设备的传输效果也会有所不同,技术人员应该在实践中尽可能多测试不同型号的设备,根据具体的设备价格、设备功能和接收效果、来选择最适合自己部门的设备以及传输网络。希望本文的讨论可以为同行业人员具有一定的技术

参考性。B&P 参考文献

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[2].产品介绍.划时代的传输产品MATRIX-COMREX公司之三合一数字电话耦合器[J].广播与电视技术,2001,11:169-170

[3].吕兆明. 基于MSTP平台的点对点以太网专线在转播中的应用[J]. 数字传媒研究,2016,33(9):57-62

图1 传输设备编码方式选择

图3 传输设备编码方式选择

图4 传输状态监看

图2 传输状态监看

图5 4G连接信号

图6 接收端信号监控

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