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【摘 要】 基于电视台演播室音频系统信号分配方式，分析了当今音频矩阵的信号处理、传输的能力和系统结构，并对未 来基于IP的数字音频网络系统进行构想。
【关键词】 演播室；音频系统；信号分配；无源分配；音频矩阵；音频网络
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2015.08.004
【Abstract】Based on the signal distribution of audio system in the TV studio， the author analysed the signal processing， transmission capacity and system architecture of the audio matrix at present， and formulated the IP-based digital audio network system in the future.
【Key Words】studio； audio system； signal distribution； passive distribution； audio matrix； audio network
在电视节目制作播出的庞大技术体系中，尽管音频系统略显微不足道，但对于电视节目的安全播出却同样发挥着不可或缺的作用。因此，作为电视节目的信号域，演播室音频系统的安全性、灵活性、合理性及先进性就显得尤为重要。以笔者所服务的央视新址E01演播室为例，为使其音频系统达到高水平的技术标准，满足台内各类节目的制作需求，在系统建设过程中，对设计方案做了全方位的论证，对目前国际上主流演播室音频设备进行了广泛的考察、对比，以及深入的研究，并在建设完成后进行了一系列测试及实际应用。E01演播室目前已平稳运行超过三年的时间，其系统经历了各类节目的严苛考验，达到了系统稳定、操作灵活、规模合理、高品质声音的总体性要求。以下集合了目前演播室音频系统信号分配的主要解决方案及国际上演播室中所采用的相应的主流核心设备，并以中国当今演播室音频需求特征为视角进行分析。
1 前端信号的无源分配方式
在E01演播室音频系统设计之初，就明确了一个原则，播出和扩声调音台（主/备调音台）通过共享接口箱的方式获取前端信号。在最后的实施过程中，根据所购调音台的产品特点，前端信号采用了无源分配的方式，将信号分别送至两张调音台，以保证信号源头的安全。E01演播室的无源分配有以下两种情况。
1.1 经无源传声器分配器的分配
演播室内的主要有线传声器通路经由无源传声器分配器分配后再送至播出调音台和扩声调音台的话放板卡，如图1所示。节目制作时，两张调音台对该类信号实现完全独立控制，并送入各自的系统后级。
1.2 经无源光纤分配器的分配
演播室内的绝大多数音频信号（包括无线传声器信号、线路信号、视频AES信号等）全部接入共享接口箱，并通过接口箱内的核心卡将全部信号转换成MADI信号后，通过光纤输出，并由无源光纤分配器分配后送至播出调音台和扩声调音台的本地接口箱，如图2所示，两张调音台共享此类信号。
2 音频矩阵信号分配系统分析
随着央视节目的深入创新，节目的制作规模越来越大，制作形式也愈发多样，这一切对系统的技术要求提升到了新的高度。E01音频系统的承载能力和节目制作规模之间的矛盾日益显现，系统扩容势在必行，但是，由于前端信号分配方式全部为无源分配，这给扩容增加了一定的难度和成本。一般意义上讲，就目前的技术水平，演播室内无源设备的稳定性要高于有源设备。但随着技术的革新，各大调音台厂商陆续将“无源”或“双星拓扑①”的设计理念融入自家产品，以提高音频系统的安全性。同时，大量使用经验也表明，除采用无源分配的方式之外，各大知名厂商的音频矩阵在安全性上同样值得信任。
层出不穷的大型节目需要规模更大的音频系统去适配，因此，各大调音台厂商纷纷推出更灵活、更高效的信号分配共享解决方案，以及计算能力更强的核心处理单元。作为电视音频工作者，一方面关注新技术、新设备在音频信号处理能力上的提升，另一方面也关注它们在安全性、稳定性方面的改进。以下笔者结合几款典型产品，分析讨论音频矩阵信号分配系统在处理能力和系统架构方面的提升。
2.1 提升信号传输处理能力
在各大电视台的音控室时常能看到Studer调音台，Studer为了满足市场不断变化的需求，2013年特意研发了Infinity系列处理引擎。Infinity处理引擎拥有强适应性和灵活性的DSP技术，并凭借全新的A-Link传输协议，提供了更大的信号传输处理能力及一流音质。与上一代产品使用的HD Link协议（最大可同时传输192个通道的24 bit音频信号）不同，采用A-Link传输协议，数据通过光纤在IO机箱和核心处理单元之间进行交换，最大可同时传输1 536个通道的24 bit音频信号；还可以直接与Riedel MediorNet分布式路由器连接，使更多的Infinity系统相互连接。如图3所示，D23m接口箱通过A-Link主备输出与两个Infinity Core处理核心相连，而两个Infinity Core以热备份的关系存在，分别连接两张调音台。
依据生产厂家提供的数据，每台Infinity Core可以同时处理多达8 448个输入通道和8 448个输出通道；在信号和接口资源的共享方面，Infinity也提供了更为简便灵活的方式。但是，由于Infinity系统的台面、接口箱、板卡与上一代产品完全无法通用，只是在D23m接口箱中保留了通过MADI Link协议将D21机箱作为卫星接口箱接入系统能力，所以对于老用户来说，升级成Infinity系统，就意味要淘汰原系统中的台面、机箱及部分板卡，升级成本相对偏高。同时，D23m接口箱中的IO板卡与A-Link板卡虽在机箱内部是有源的双星形连接，但一个接口箱中只能存在一张A-Link卡，严格意义来讲，并没有物理的冗余备份，因此，Infinity系统的安全系数略低。 2.2 提升输入输出能力
Nova73 HD是LAWO旗下专门为广电领域而开发的具备强大路由功能的模块化的音频矩阵，具有高达8 192个通路的处理能力。这个矩阵本身具有接口箱的功能，如图4所示，但仅支持AES、MADI、ATM信号的传输，所以，为了有丰富的接口类型，需要配置DALLIS接口箱，提供丰富的不同种类的接口卡，并通过光纤把它与音频矩阵相连，提升I/O能力，实现信号的共享。
无论是Nova73 HD音频矩阵，或是与之配套使用的DALLIS接口箱，LAWO在其中都采用了独特的双星拓扑连接方式，即机箱中的两个中心控制模块与各个接口插槽之间是通过机箱背板的传输导线以无源的方式点对点连接的。同时，以主备关系存在的控制计算机会实时侦测系统状态，一旦出现故障点，双星连接的方式一方面会把故障点隔离，另一方面，控制计算机会实现无缝的主备切换。这样的模式对系统的稳定性有极大的提高。
即便Nova73 HD作为音频矩阵的功能十分强大，但要实现主备两张调音台信号及接口资源共享，并互为备份，仍略微有些麻烦。
如图5，系统配置两台Nova73 HD接口箱加两张台面，构成两套完全一致的系统来实现主备。由于现阶段技术所限，一台接口箱无法同时连接两台Nova73 HD，所以接口箱及板卡都是双配置，同时所有前端的信号仍要采用无源分配的方式。如此一来，从系统稳定性上来讲虽然比较可靠，体现了双星拓扑的优势，但系统建设成本会翻倍，也没有充分发挥音频矩阵的灵活性。
如图6，依然是两台Nova73 HD加两张调音台台面，但相较于图5，仅使用了1台接口箱，通过光纤分配器将接口箱的输出一分为二，再连接至两台Nova73 HD。这样看起来对控制成本有一定的帮助，可一旦主调音台出现故障，要实现备调音台对整套系统的控制，则需要相对繁琐的光纤跳线的操作。如此一来，Nova73 HD 的主备控制计算机便无法在此时起作用。
如图7，所有的接口箱统一连接至一台Nova73 HD，并以该Nova73 HD作为整套系统的核心，再分别为播出及扩声配置两张台面和两台Nova73 HD。这样每个环节都是双星的，安全性得到了最大保障。但系统规模过于庞大，远远超出了大多数电视台以个体为单位的大型演播室音频系统的实际需求。
2.3 提升网络化水平
Stagetec产品以音频网络化见长，Nexus Star音频矩阵是其得意之作。这个音频矩阵最大可以处理4 096个声道的输入和4 096个声道的输出，并可以通过提供多种接口形式的Nexus接口箱来扩展I/O接口，也可以通过把Nexus Star核心音频路由器级联来扩展处理能力。
Nexus系列几乎具备了当今最高规格音频系统的全部优点：合理的冗余配置、物理上的双星形网络、灵活的扩展性、简便的应急和维护等等。Nexus Star还可以同时连接控制两张调音台控制台面，作为电视台的音频系统，通过一台Nexus Star核心音频路由器外加相应数量的Nexus接口箱，通过简单的光纤连接，便可实现在播出及扩声两张调音台之间的信号和接口的共享，如图8所示。但美中不足的是，调音台控制台面和Nexus Star核心之间为单点连接。
3 对于未来技术发展的构想
以上笔者就常见的三家调音台厂商的典型音频矩阵产品做了简要的介绍和分析。它们在系统的处理能力、稳定性和网络化方面各有所侧重，但最终目的都是为了使音频系统更可靠、更灵活、更强大。
以一台音频矩阵作为核心，将所需要的前端信号合理地引入，一套音频系统就可以独立工作了。但在某些实际应用中，需要多套位于不同地理位置的音频系统之间互相协调工作。例如大型综合体育赛事的转播中，赛事信号往往需要从分散在各城市各地区的赛场传送到国际广播中心，再做进一步的信号处理和分发。这就需要在各音频系统之间建立一张延时低、带宽高、同步精准的数字音频网络来传输音频数据。
众所周知，全球广播电视市场倾向于基于IP的基础架构改革，这将使广播电视信号的传输、共享、分发变得更加灵活，更省成本。正因为这一技术的市场前景广阔，在过去几年内吸引多家厂商在这个领域展开争夺。数字音频网络已经被越来越广泛地应用，因此，随着技术的进步，数字音频网络会迅猛发展。
新技术必然带来超越以往的感受，它或是能提高工作效率，或是能让系统架构更灵活，或是能提供更强大的处理能力。身为电视音频技术人员，为节目制作搭建更广阔的平台，提供更多更先进的制作手段，是义不容辞的责任。新的节目制作需求催生了新的制作技术，新的技术又会为节目制作助力加码。近年来火爆荧屏的各类真人秀节目就是一个例子。这些节目的成功无不有赖于先进技术的支持，甚至是当前业内最尖端技术的支持。那么，对于系统的设计实施人员而言，是否就一定要紧跟技术前进的步伐，因为技术的革新而肆意加速演播室音频系统的升级呢？或许应该以相对稳健的态度看待新技术，更适时地根据节目的需求而更新，进一步去思考“技术应该为艺术做点什么？”这个永恒的话题。
首先，中国的电视台多以新闻为主频道，而电视新闻节目的制作形式几乎都是以演播室播音员口播加播放新闻小片的形式为主，同时辅以外场连线的形式，这样的节目形式对音频系统需求相对简单。
其次，中国的电视台是党的宣传机构，安全播出是生命线。诚然，新技术有其无可取代的优势，但新技术的稳定性需要时间的考验，电视技术人员也需要时间去理解、掌握新技术。所以，从安全播出的角度去考虑，过于仓促的追求技术革新，是不理智的。
第三，演播室的系统规模、技术应用，与演播室的定位息息相关，盲目追求新技术，不考虑实施效率，是不切实际的。
作为电视人，笔者乐见技术的革新，要积极学习和掌握，跟进其发展步伐；同时，更要理性地看待，不过度追捧，在对新技术、新设备充分认识理解的基础上，从它的优势特性出发，兼顾演播室的实际需求情况，对系统做合理的配置或升级，保证播出安全。
注释：
①双星拓扑：双星拓扑结构有两个网络中心，每个网络节点有两条线路分别连接两个中心。
作者简介：
王兰岚，中央电视台音频部录音师（二级录音师），中央电视台新址演播室音频系统建设项目技术负责，多次参与中央电视台大型体育赛事前方报道中心音频系统的建设和技术保障工作，现主要负责中央电视台新址E01演播室群音频工作。
杨洋，中央电视台音频部录音师（助理工程师），参与E01演播室群的各项音频制作任务，主要负责E01演播室群音频系统的技术保障和系统维护工作。
【关键词】 演播室；音频系统；信号分配；无源分配；音频矩阵；音频网络
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2015.08.004
【Abstract】Based on the signal distribution of audio system in the TV studio， the author analysed the signal processing， transmission capacity and system architecture of the audio matrix at present， and formulated the IP-based digital audio network system in the future.
【Key Words】studio； audio system； signal distribution； passive distribution； audio matrix； audio network
在电视节目制作播出的庞大技术体系中，尽管音频系统略显微不足道，但对于电视节目的安全播出却同样发挥着不可或缺的作用。因此，作为电视节目的信号域，演播室音频系统的安全性、灵活性、合理性及先进性就显得尤为重要。以笔者所服务的央视新址E01演播室为例，为使其音频系统达到高水平的技术标准，满足台内各类节目的制作需求，在系统建设过程中，对设计方案做了全方位的论证，对目前国际上主流演播室音频设备进行了广泛的考察、对比，以及深入的研究，并在建设完成后进行了一系列测试及实际应用。E01演播室目前已平稳运行超过三年的时间，其系统经历了各类节目的严苛考验，达到了系统稳定、操作灵活、规模合理、高品质声音的总体性要求。以下集合了目前演播室音频系统信号分配的主要解决方案及国际上演播室中所采用的相应的主流核心设备，并以中国当今演播室音频需求特征为视角进行分析。
1 前端信号的无源分配方式
在E01演播室音频系统设计之初，就明确了一个原则，播出和扩声调音台（主/备调音台）通过共享接口箱的方式获取前端信号。在最后的实施过程中，根据所购调音台的产品特点，前端信号采用了无源分配的方式，将信号分别送至两张调音台，以保证信号源头的安全。E01演播室的无源分配有以下两种情况。
1.1 经无源传声器分配器的分配
演播室内的主要有线传声器通路经由无源传声器分配器分配后再送至播出调音台和扩声调音台的话放板卡，如图1所示。节目制作时，两张调音台对该类信号实现完全独立控制，并送入各自的系统后级。
1.2 经无源光纤分配器的分配
演播室内的绝大多数音频信号（包括无线传声器信号、线路信号、视频AES信号等）全部接入共享接口箱，并通过接口箱内的核心卡将全部信号转换成MADI信号后，通过光纤输出，并由无源光纤分配器分配后送至播出调音台和扩声调音台的本地接口箱，如图2所示，两张调音台共享此类信号。
2 音频矩阵信号分配系统分析
随着央视节目的深入创新，节目的制作规模越来越大，制作形式也愈发多样，这一切对系统的技术要求提升到了新的高度。E01音频系统的承载能力和节目制作规模之间的矛盾日益显现，系统扩容势在必行，但是，由于前端信号分配方式全部为无源分配，这给扩容增加了一定的难度和成本。一般意义上讲，就目前的技术水平，演播室内无源设备的稳定性要高于有源设备。但随着技术的革新，各大调音台厂商陆续将“无源”或“双星拓扑①”的设计理念融入自家产品，以提高音频系统的安全性。同时，大量使用经验也表明，除采用无源分配的方式之外，各大知名厂商的音频矩阵在安全性上同样值得信任。
层出不穷的大型节目需要规模更大的音频系统去适配，因此，各大调音台厂商纷纷推出更灵活、更高效的信号分配共享解决方案，以及计算能力更强的核心处理单元。作为电视音频工作者，一方面关注新技术、新设备在音频信号处理能力上的提升，另一方面也关注它们在安全性、稳定性方面的改进。以下笔者结合几款典型产品，分析讨论音频矩阵信号分配系统在处理能力和系统架构方面的提升。
2.1 提升信号传输处理能力
在各大电视台的音控室时常能看到Studer调音台，Studer为了满足市场不断变化的需求，2013年特意研发了Infinity系列处理引擎。Infinity处理引擎拥有强适应性和灵活性的DSP技术，并凭借全新的A-Link传输协议，提供了更大的信号传输处理能力及一流音质。与上一代产品使用的HD Link协议（最大可同时传输192个通道的24 bit音频信号）不同，采用A-Link传输协议，数据通过光纤在IO机箱和核心处理单元之间进行交换，最大可同时传输1 536个通道的24 bit音频信号；还可以直接与Riedel MediorNet分布式路由器连接，使更多的Infinity系统相互连接。如图3所示，D23m接口箱通过A-Link主备输出与两个Infinity Core处理核心相连，而两个Infinity Core以热备份的关系存在，分别连接两张调音台。
依据生产厂家提供的数据，每台Infinity Core可以同时处理多达8 448个输入通道和8 448个输出通道；在信号和接口资源的共享方面，Infinity也提供了更为简便灵活的方式。但是，由于Infinity系统的台面、接口箱、板卡与上一代产品完全无法通用，只是在D23m接口箱中保留了通过MADI Link协议将D21机箱作为卫星接口箱接入系统能力，所以对于老用户来说，升级成Infinity系统，就意味要淘汰原系统中的台面、机箱及部分板卡，升级成本相对偏高。同时，D23m接口箱中的IO板卡与A-Link板卡虽在机箱内部是有源的双星形连接，但一个接口箱中只能存在一张A-Link卡，严格意义来讲，并没有物理的冗余备份，因此，Infinity系统的安全系数略低。 2.2 提升输入输出能力
Nova73 HD是LAWO旗下专门为广电领域而开发的具备强大路由功能的模块化的音频矩阵，具有高达8 192个通路的处理能力。这个矩阵本身具有接口箱的功能，如图4所示，但仅支持AES、MADI、ATM信号的传输，所以，为了有丰富的接口类型，需要配置DALLIS接口箱，提供丰富的不同种类的接口卡，并通过光纤把它与音频矩阵相连，提升I/O能力，实现信号的共享。
无论是Nova73 HD音频矩阵，或是与之配套使用的DALLIS接口箱，LAWO在其中都采用了独特的双星拓扑连接方式，即机箱中的两个中心控制模块与各个接口插槽之间是通过机箱背板的传输导线以无源的方式点对点连接的。同时，以主备关系存在的控制计算机会实时侦测系统状态，一旦出现故障点，双星连接的方式一方面会把故障点隔离，另一方面，控制计算机会实现无缝的主备切换。这样的模式对系统的稳定性有极大的提高。
即便Nova73 HD作为音频矩阵的功能十分强大，但要实现主备两张调音台信号及接口资源共享，并互为备份，仍略微有些麻烦。
如图5，系统配置两台Nova73 HD接口箱加两张台面，构成两套完全一致的系统来实现主备。由于现阶段技术所限，一台接口箱无法同时连接两台Nova73 HD，所以接口箱及板卡都是双配置，同时所有前端的信号仍要采用无源分配的方式。如此一来，从系统稳定性上来讲虽然比较可靠，体现了双星拓扑的优势，但系统建设成本会翻倍，也没有充分发挥音频矩阵的灵活性。
如图6，依然是两台Nova73 HD加两张调音台台面，但相较于图5，仅使用了1台接口箱，通过光纤分配器将接口箱的输出一分为二，再连接至两台Nova73 HD。这样看起来对控制成本有一定的帮助，可一旦主调音台出现故障，要实现备调音台对整套系统的控制，则需要相对繁琐的光纤跳线的操作。如此一来，Nova73 HD 的主备控制计算机便无法在此时起作用。
如图7，所有的接口箱统一连接至一台Nova73 HD，并以该Nova73 HD作为整套系统的核心，再分别为播出及扩声配置两张台面和两台Nova73 HD。这样每个环节都是双星的，安全性得到了最大保障。但系统规模过于庞大，远远超出了大多数电视台以个体为单位的大型演播室音频系统的实际需求。
2.3 提升网络化水平
Stagetec产品以音频网络化见长，Nexus Star音频矩阵是其得意之作。这个音频矩阵最大可以处理4 096个声道的输入和4 096个声道的输出，并可以通过提供多种接口形式的Nexus接口箱来扩展I/O接口，也可以通过把Nexus Star核心音频路由器级联来扩展处理能力。
Nexus系列几乎具备了当今最高规格音频系统的全部优点：合理的冗余配置、物理上的双星形网络、灵活的扩展性、简便的应急和维护等等。Nexus Star还可以同时连接控制两张调音台控制台面，作为电视台的音频系统，通过一台Nexus Star核心音频路由器外加相应数量的Nexus接口箱，通过简单的光纤连接，便可实现在播出及扩声两张调音台之间的信号和接口的共享，如图8所示。但美中不足的是，调音台控制台面和Nexus Star核心之间为单点连接。
3 对于未来技术发展的构想
以上笔者就常见的三家调音台厂商的典型音频矩阵产品做了简要的介绍和分析。它们在系统的处理能力、稳定性和网络化方面各有所侧重，但最终目的都是为了使音频系统更可靠、更灵活、更强大。
以一台音频矩阵作为核心，将所需要的前端信号合理地引入，一套音频系统就可以独立工作了。但在某些实际应用中，需要多套位于不同地理位置的音频系统之间互相协调工作。例如大型综合体育赛事的转播中，赛事信号往往需要从分散在各城市各地区的赛场传送到国际广播中心，再做进一步的信号处理和分发。这就需要在各音频系统之间建立一张延时低、带宽高、同步精准的数字音频网络来传输音频数据。
众所周知，全球广播电视市场倾向于基于IP的基础架构改革，这将使广播电视信号的传输、共享、分发变得更加灵活，更省成本。正因为这一技术的市场前景广阔，在过去几年内吸引多家厂商在这个领域展开争夺。数字音频网络已经被越来越广泛地应用，因此，随着技术的进步，数字音频网络会迅猛发展。
新技术必然带来超越以往的感受，它或是能提高工作效率，或是能让系统架构更灵活，或是能提供更强大的处理能力。身为电视音频技术人员，为节目制作搭建更广阔的平台，提供更多更先进的制作手段，是义不容辞的责任。新的节目制作需求催生了新的制作技术，新的技术又会为节目制作助力加码。近年来火爆荧屏的各类真人秀节目就是一个例子。这些节目的成功无不有赖于先进技术的支持，甚至是当前业内最尖端技术的支持。那么，对于系统的设计实施人员而言，是否就一定要紧跟技术前进的步伐，因为技术的革新而肆意加速演播室音频系统的升级呢？或许应该以相对稳健的态度看待新技术，更适时地根据节目的需求而更新，进一步去思考“技术应该为艺术做点什么？”这个永恒的话题。
首先，中国的电视台多以新闻为主频道，而电视新闻节目的制作形式几乎都是以演播室播音员口播加播放新闻小片的形式为主，同时辅以外场连线的形式，这样的节目形式对音频系统需求相对简单。
其次，中国的电视台是党的宣传机构，安全播出是生命线。诚然，新技术有其无可取代的优势，但新技术的稳定性需要时间的考验，电视技术人员也需要时间去理解、掌握新技术。所以，从安全播出的角度去考虑，过于仓促的追求技术革新，是不理智的。
第三，演播室的系统规模、技术应用，与演播室的定位息息相关，盲目追求新技术，不考虑实施效率，是不切实际的。
作为电视人，笔者乐见技术的革新，要积极学习和掌握，跟进其发展步伐；同时，更要理性地看待，不过度追捧，在对新技术、新设备充分认识理解的基础上，从它的优势特性出发，兼顾演播室的实际需求情况，对系统做合理的配置或升级，保证播出安全。
注释：
①双星拓扑：双星拓扑结构有两个网络中心，每个网络节点有两条线路分别连接两个中心。
作者简介：
王兰岚，中央电视台音频部录音师（二级录音师），中央电视台新址演播室音频系统建设项目技术负责，多次参与中央电视台大型体育赛事前方报道中心音频系统的建设和技术保障工作，现主要负责中央电视台新址E01演播室群音频工作。
杨洋，中央电视台音频部录音师（助理工程师），参与E01演播室群的各项音频制作任务，主要负责E01演播室群音频系统的技术保障和系统维护工作。