摘   要： 基于數(shù)字音頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了廣播電臺(tái)自動(dòng)化播出系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)架構(gòu)和各模塊功能,。
關(guān)鍵詞： 數(shù)字音頻技術(shù)  多媒體技術(shù)  自動(dòng)化播出系統(tǒng)  音頻節(jié)目數(shù)據(jù)庫(kù)

　　本研究在吸收國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)先進(jìn)性的基礎(chǔ)上,，結(jié)合我國(guó)廣播電臺(tái)業(yè)務(wù)流程及特點(diǎn),，開發(fā)了播出站數(shù)據(jù)庫(kù)多指向及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)智能判斷等多項(xiàng)技術(shù),，設(shè)計(jì)完成了用于廣播電臺(tái)的自動(dòng)化播出系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)節(jié)目錄制,、編輯,、播出和音頻節(jié)目管理、系統(tǒng)管理的數(shù)字化及自動(dòng)化,，在實(shí)際應(yīng)用中取得了比較好的效果,。
1  自動(dòng)化播出系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
　　廣播電臺(tái)自動(dòng)化播出系統(tǒng)是電臺(tái)的數(shù)字化、自動(dòng)化綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng),。它以音頻節(jié)目的制作,、播出和媒體管理為主線，基于信息技術(shù)和人性化,、科學(xué)化管理理念實(shí)現(xiàn)廣播電臺(tái)節(jié)目制作,、播出和媒體管理的自動(dòng)化、數(shù)字化,。其關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括數(shù)字音頻編碼技術(shù),、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和DSP處理技術(shù)等,。
1.1 多媒體通信技術(shù)
　　隨著科技進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展,，裝載和傳輸信息的媒體越來越多，人們希望使用多種表示媒體,，通過多種傳輸媒體進(jìn)行各項(xiàng)工作,，并實(shí)現(xiàn)多種表示媒體的新的通信模式。
　　根據(jù)國(guó)際電聯(lián)（ITU-T）的定義,，媒體指的是以下5種：感覺媒體（Perception medium）,、表示媒體（Representation medium)、顯示媒體(Presentation medium),、存儲(chǔ)媒體(Storage medium),、傳輸媒體（Transmission medium）。
　　利用多種媒體進(jìn)行通信的系統(tǒng)稱為多媒體通信系統(tǒng),。它具有3個(gè)基本特征：(1)集成性：指的是多媒體通信系統(tǒng)能夠處理,、存儲(chǔ)多種表示媒體，并能顯示多種顯示媒體,。所以,，該通信系統(tǒng)有多種編/解碼器和顯示方式、能與多種傳輸媒體進(jìn)行接口并進(jìn)行通信,。(2)交互性：指的是終端與系統(tǒng)的交互通信能力。多媒體通信終端的用戶對(duì)通信的全過程有完備的交互控制能力。這是區(qū)別多媒體通信系統(tǒng)與非多媒體通信系統(tǒng)的一個(gè)重要準(zhǔn)則,。(3)同步性：指的是在多媒體通信終端上顯現(xiàn)的圖像,、聲音和文字是以同步的方式工作。
1.2 數(shù)字音頻壓縮編碼技術(shù)
1.2.1 數(shù)字音頻壓縮編碼的必要性
　　數(shù)碼錄音機(jī)（DAT）或CD具有清晰,、優(yōu)美的音質(zhì),，這是任何模擬音頻技術(shù)無(wú)法比擬的。有時(shí)用戶希望能方便地記錄/重放或接收具有CD音質(zhì)的數(shù)字音頻信號(hào),。然而,，將模擬音頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，獲得的數(shù)字音頻信號(hào)要占有極寬的且恒定的頻帶寬度,，例如DAT磁帶,，當(dāng)取樣頻率為48kHz，量化級(jí)數(shù)為16位時(shí),，立體聲的數(shù)據(jù)傳輸率為：48kHz×16b×2＝1.536Mbps,，即帶寬恒定為1.536Mbps。傳輸或存儲(chǔ)如此巨大的信息量相當(dāng)困難,。
　　根據(jù)香農(nóng)（Shannon）定理：如果所使用信號(hào)的平均信息量比傳輸信道的容量小,，則必然存在正確地傳輸信號(hào)的編碼方法。此定理表明,，為了有效地使用傳輸信道和高效率地傳輸/記錄信號(hào),，就必須知道信號(hào)的信息量和記錄/傳輸信道的容量，確定出最佳的編碼方法,。由上面的計(jì)算可以知道,，數(shù)字音頻信號(hào)的信息量為采樣頻率與量化比特?cái)?shù)的乘積，且是恒定值,。研究表明,，數(shù)字音頻信號(hào)本身具有很大的冗余度，可以進(jìn)行壓縮編碼,。不同的傳輸速率對(duì)主觀聽覺的影響如表1 所示,。

　　設(shè)取樣頻率為48kHz，量化級(jí)數(shù)為16b,，對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行6:1壓縮,，則1小時(shí)立體聲節(jié)目所需存儲(chǔ)空間為：48k×（16÷8）×2×3600÷6≈0.11GB。即1小時(shí)立體聲節(jié)目需要大約0.11GB的存儲(chǔ)空間,，這時(shí)傳輸碼率為256Kbps,。這樣，采用音頻壓縮技術(shù)不僅大大節(jié)省了存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬,，而且節(jié)目的主觀音質(zhì)達(dá)到CD質(zhì)量,。
　　數(shù)字音頻格式是指一個(gè)用來表示聲音強(qiáng)弱的數(shù)據(jù)序列,，由模擬聲音經(jīng)抽樣、量化和編碼后得到,。目前常用的專業(yè)音頻壓縮編碼格式有：用于MD的ATRAC,、用于DCC的PASC以及符合ISO/MPEG標(biāo)準(zhǔn)的MUSICAM、ASPEC,、APT-X和Dobly-AC等,。其中，由于MPEG-1 Layer 2(MUSICAM)聲音壓縮格式易于編輯,、剪切,，所以在國(guó)內(nèi)外廣播電臺(tái)廣泛應(yīng)用。
1.2.2 MPEG-1 Layer2壓縮編碼算法
　　MPEG-1 Layer2編碼是由Eureka-l47計(jì)劃研究開發(fā)的,，該編碼以其高質(zhì)量和高效率廣泛應(yīng)用于數(shù)字音頻節(jié)目的存儲(chǔ),、制作和數(shù)字化廣播中。為了方便電臺(tái)間的節(jié)目交流,，在本系統(tǒng)中采用MUSICAM編碼格式,，音頻文件后綴通常為S48(stereo、48kHz),。
　　MUSICAM編碼是子帶壓縮技術(shù)中的典型代表,。子帶編碼理論最早由Crochiere等于1976年提出，又稱為感知型（Perceptual）壓縮編碼,。由于人耳對(duì)不同的頻段范圍的聲音敏感程度不一樣,，在20Hz～20kHz范圍內(nèi)，人耳對(duì)中頻段信號(hào)較敏感,，對(duì)二端的低頻和高頻段信號(hào)較不敏感,。因此，MUSICAM就是利用人耳的聽覺特性,，采用分頻段量化的算法,，把音頻信號(hào)分割成32個(gè)子頻段，在編碼時(shí)根據(jù)各子帶的不同量化階數(shù),，采用了動(dòng)態(tài)比特分配技術(shù),。采用正交鏡像濾波器(Quadrature Mirror Filter，QMF)或多相濾波器(Polyphase Filter Bank）進(jìn)行頻段分割,。在利用人耳的掩蔽效應(yīng)時(shí),，只對(duì)掩蔽門限以上的音頻信號(hào)進(jìn)行編碼傳輸，避免了對(duì)大多數(shù)人耳感覺不到的,、在掩蔽門限以下的音頻信號(hào)進(jìn)行編碼,，使傳輸速率大大減少。這樣在整個(gè)傳輸速率固定的情況下聲音質(zhì)量大幅提高,。在本系統(tǒng)中,，采用MPEG-1 Layer2進(jìn)行6:1壓縮,，數(shù)字傳輸率為256Kbps。MUSICAM編碼原理框圖如圖1所示,。

1.3 PCX專業(yè)音頻卡
1.3.1 數(shù)字信號(hào)處理器
　　數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)可以對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)線性處理或壓縮處理,，是音頻處理卡的核心部件。它將輸入的模擬信號(hào)做A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理,，再按預(yù)先定義的方式輸出，其主要部分是數(shù)字濾波器(Digital Filter),。數(shù)字濾波器把數(shù)字位流按預(yù)定方式進(jìn)行變換,。任何一種音頻處理功能都可以在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中用數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)，如利用數(shù)字濾波器可以任意改變聲音的幅度,、頻率和時(shí)間范圍等特性,。

　　DSP以其設(shè)計(jì)所允許的速度運(yùn)行，而數(shù)字音頻信號(hào)則要求以音頻采樣速度來處理,，二者之間的協(xié)調(diào)由中斷來完成,。中斷是引起程序改變執(zhí)行順序的硬件信號(hào)，由處理器時(shí)鐘產(chǎn)生,。處理器在執(zhí)行2條指令之間檢測(cè)是否有中斷信號(hào),。當(dāng)檢測(cè)到有中斷信號(hào)時(shí)，處理器掛起正常執(zhí)行的程序,，轉(zhuǎn)而執(zhí)行子例程（Subroutine）,。執(zhí)行完子例程后，繼續(xù)運(yùn)行原來的程序,。在數(shù)字信號(hào)處理程序中,，正常執(zhí)行的程序是一個(gè)空轉(zhuǎn)程序，即它不處理任何信息,。有關(guān)音頻采樣的計(jì)算在子例程中進(jìn)行,。主采樣時(shí)鐘用于在采樣輸入后向數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出中斷。子例程在空轉(zhuǎn)間隙以采樣速度執(zhí)行基本時(shí)序。實(shí)際上這種情況僅在子例程的執(zhí)行時(shí)間少于采樣間隔時(shí)才成立,，否則系統(tǒng)將崩潰,。要解決這個(gè)問題需要編寫更加精巧的子例程，或者使用處理能力更強(qiáng)的芯片,。
1.3.2 PCX專業(yè)音頻卡
　　專業(yè)音頻處理卡常用的DSP芯片有TMS320C31、APT-X100及Motorola-5600系列,。法國(guó)Digigram公司生產(chǎn)的PCX專業(yè)音頻處理卡系列在國(guó)內(nèi)廣播電臺(tái)已廣泛使用,，它采用Motorola-5600系列DSP芯片。PCX卡的各項(xiàng)音頻性能指標(biāo)優(yōu)于我國(guó)的甲級(jí)廣播標(biāo)準(zhǔn),，具有AES/EBU數(shù)字音頻和模擬音頻的輸入/輸出接口及MIDI接口,，最大輸入/輸出電平為22dBv,；采樣頻率為8k、11.025k,、16k,、22.05k、24k,、32k,、44.1k、48kHz,；可以進(jìn)行4:1～24:1的碼率壓縮處理,，并支持MPEG標(biāo)準(zhǔn)，也可進(jìn)行線性錄音,、放音,；可在Windows98、WindowsXP和Windows2000提供的環(huán)境中工作,。
2  構(gòu)建自動(dòng)化播出系統(tǒng)
　　PCX專業(yè)音頻卡作為自動(dòng)化播出系統(tǒng)的核心硬件平臺(tái),，采用MPEG-1 Layer2進(jìn)行6:1壓縮編碼格式，采樣頻率為48kHz,，完成輸入/輸出并編輯大量的高質(zhì)量音頻節(jié)目信號(hào),。設(shè)計(jì)軟件功能時(shí)要充分利用PCX卡的DSP處理能力，發(fā)揮PCX卡強(qiáng)大的非線性編輯功能,。整個(gè)自動(dòng)化播出系統(tǒng)構(gòu)建要認(rèn)真考慮廣播電臺(tái)節(jié)目從制作到播出的各個(gè)環(huán)節(jié)可能發(fā)生的各種情況,，能夠靈活地應(yīng)對(duì)突發(fā)新聞事件，并著眼于廣播業(yè)務(wù)未來發(fā)展的方向,。
2.1 自動(dòng)化播出系統(tǒng)基本架構(gòu)和模塊功能
2.1.1 模塊架構(gòu)
　　在本系統(tǒng)中,，主要包含以下幾個(gè)程序模塊：系統(tǒng)管理模塊、節(jié)目錄制模塊,、節(jié)目單編排/節(jié)目審聽模塊,、節(jié)目播出模塊、節(jié)目自動(dòng)預(yù)載模塊,、系統(tǒng)校時(shí)模塊,。自動(dòng)化播出系統(tǒng)程序各功能模塊關(guān)系如圖2所示。

2.1.2 各功能模塊描述
　　(1)系統(tǒng)管理模塊：主要完成自動(dòng)播出系統(tǒng)中的系列臺(tái)設(shè)置,、節(jié)目設(shè)置,、欄目設(shè)置、模板設(shè)置和人員設(shè)置等相關(guān)功能,。
　　(2)節(jié)目錄制模塊：支持即錄即畫聲音波形和非線性編輯等功能,。節(jié)目制作完成后可存儲(chǔ)在本地的臨時(shí)節(jié)目庫(kù)中，再根據(jù)節(jié)目的類型,，發(fā)送到節(jié)目服務(wù)器上音頻節(jié)目庫(kù)或播出節(jié)目庫(kù)中,。
　　(3)節(jié)目單編排/節(jié)目審聽模塊：從公共音頻節(jié)目庫(kù),、系列臺(tái)音頻節(jié)目庫(kù)或播出節(jié)目庫(kù)中選取所需的節(jié)目按播出時(shí)間進(jìn)行節(jié)目單的編排/還可以對(duì)節(jié)目庫(kù)中所有的節(jié)目進(jìn)行查詢、審聽,。
　　(4)節(jié)目自動(dòng)預(yù)載模塊：通過SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)復(fù)制功能把即將播出的節(jié)目從節(jié)目服務(wù)器實(shí)時(shí)自動(dòng)預(yù)載到各播出工作站的本地硬盤,，可預(yù)先自定義預(yù)載幾天的節(jié)目。節(jié)目自動(dòng)預(yù)載功能可以減少在節(jié)目播出時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力,，可保證在網(wǎng)絡(luò)或節(jié)目服務(wù)器出現(xiàn)突發(fā)故障的情況下,，播出工作站也能夠正常播出，從而保障了播出安全,。
　　(5)節(jié)目播出模塊：適于直播,、錄播、插播,、定點(diǎn)播等各種情況。既可按照播出節(jié)目單自動(dòng)播出,，也可由主持人手動(dòng)播出,。主持人可通過直播版塊，直接訪問節(jié)目庫(kù)調(diào)用所需節(jié)目,，利用快捷鍵隨機(jī)播出,。當(dāng)實(shí)際節(jié)目的時(shí)長(zhǎng)短于系統(tǒng)設(shè)定的節(jié)目的時(shí)長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)補(bǔ)樂播出而不會(huì)出現(xiàn)空播,。
　　(6)系統(tǒng)校時(shí)模塊：自動(dòng)播出系統(tǒng)的時(shí)間校準(zhǔn)模塊通過定時(shí)與廣播電臺(tái)的母鐘比對(duì),，使整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘與母鐘同步，從而保證了播出工作站節(jié)目的準(zhǔn)時(shí)播出,。
2.1.3 音頻節(jié)目數(shù)據(jù)庫(kù)
　　音頻節(jié)目庫(kù)包括各系列臺(tái)的播出節(jié)目單以及全臺(tái)共用的節(jié)目素材,、各系列臺(tái)內(nèi)部共用的節(jié)目素材和屬于各系列臺(tái)欄目的專有節(jié)目。為了快速查詢所需的節(jié)目,，本系統(tǒng)對(duì)節(jié)目進(jìn)行了科學(xué)的分類,，節(jié)目類別由2級(jí)構(gòu)成，即節(jié)目大類別和節(jié)目小類別,。在節(jié)目大類別之下可根據(jù)需要設(shè)定若干個(gè)節(jié)目小類別,。
　　(1)全臺(tái)公共音頻節(jié)目庫(kù)：全臺(tái)所有的系統(tǒng)用戶可以訪問全臺(tái)公共音頻節(jié)目庫(kù)，可以根據(jù)節(jié)目?jī)?nèi)容,、來源和用途等實(shí)際情況分類設(shè)置多個(gè)公共節(jié)目庫(kù),。
　　(2)本系列臺(tái)播出/音頻節(jié)目庫(kù)：本系列臺(tái)播出節(jié)目庫(kù)保存幾天內(nèi)待播的節(jié)目。這些節(jié)目無(wú)需長(zhǎng)期保存,，播出后即可刪除,。本系列臺(tái)音頻節(jié)目庫(kù)是本系列臺(tái)內(nèi)共享的，可長(zhǎng)期保留,。只有本系列臺(tái)的編播人員可調(diào)用該庫(kù)的節(jié)目進(jìn)行播出或作為素材來制作節(jié)目,。
　　為了科學(xué),、經(jīng)濟(jì)地使用存儲(chǔ)空間，系統(tǒng)可以為每個(gè)欄目設(shè)定存儲(chǔ)容量限制,，以督促編播人員及時(shí)整理和刪除過時(shí)的節(jié)目,。各欄目庫(kù)中的節(jié)目只有該欄目組成員才能訪問。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以解決不同部門的音頻資料共享和專有音頻資料的矛盾,，提高了各部門節(jié)目?jī)?nèi)容更新的頻率和硬盤空間的利用率,，同時(shí)又保證了節(jié)目?jī)?nèi)容的安全。
2.2 自動(dòng)化播出系統(tǒng)事故處理與預(yù)防
2.2.1 主備播出互備技術(shù)
　　播出工作站采用雙機(jī)互備技術(shù),，即2臺(tái)播出工作站同時(shí)工作,，一主一備。正常情況下,，由主機(jī)播出,，備機(jī)與主機(jī)同步啞音播出，備機(jī)通過串口實(shí)時(shí)監(jiān)視主機(jī)的工作情況,，一旦發(fā)現(xiàn)主機(jī)停播,，備機(jī)將自動(dòng)升為主機(jī)繼續(xù)播出。原主機(jī)故障排除后,，作為備機(jī)繼續(xù)雙機(jī)熱備份,。
2.2.2 播出站數(shù)據(jù)庫(kù)多指向技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)智能判斷技術(shù)
　　在本系統(tǒng)中采用了播出工作站數(shù)據(jù)庫(kù)多指向技術(shù)。在播出工作站本地硬盤建立本地節(jié)目庫(kù),。利用MS_SQL的數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù),，將節(jié)目服務(wù)器數(shù)據(jù)同步到各個(gè)播出工作站，即播出工作站本地?cái)?shù)據(jù)與節(jié)目服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)相同,。正常情況下,，播出工作站根據(jù)節(jié)目是否已預(yù)載，自動(dòng)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索音頻資料,。播出站利用網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)智能判斷技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視和判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，播出工作站能夠及時(shí)斷開與服務(wù)器數(shù)據(jù)源的連接,，指向本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù),。播出站成為一個(gè)單機(jī)版播出系統(tǒng)，從而最大限度地保證了安全播出,。此時(shí)播出站的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)是由那些已下載到本地的節(jié)目組成的小型數(shù)據(jù)庫(kù),。
2.2.3 待播出節(jié)目鎖定技術(shù)
　　播出節(jié)目錄制完成后，需要由節(jié)目審核人員對(duì)播出節(jié)目的內(nèi)容進(jìn)行審核,。審核通過后,，對(duì)該待播出節(jié)目進(jìn)行鎖定，以保證節(jié)目安全。對(duì)于節(jié)目審核人員來說,，可以通過節(jié)目編排站來對(duì)節(jié)目進(jìn)行加鎖和解鎖,。已鎖定的播出節(jié)目如果不進(jìn)行解鎖，錄制站就不能覆蓋該節(jié)目,，這樣可以防止誤操作或惡意修改待播出節(jié)目的內(nèi)容,，保障播出節(jié)目?jī)?nèi)容的安全。節(jié)目播出后會(huì)自動(dòng)解鎖,。節(jié)目的鎖定和解鎖在管理站均能進(jìn)行日志查詢,。
3  結(jié)束語(yǔ)
　　計(jì)算機(jī)多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字音頻技術(shù)的結(jié)合將廣播技術(shù)領(lǐng)入了一個(gè)新的時(shí)代，但這項(xiàng)技術(shù)在廣播領(lǐng)域的使用才剛剛開始,，還有許多不足,。隨著節(jié)目制作、播出理念的不斷更新,，自動(dòng)化播出系統(tǒng)將根據(jù)不同的專業(yè)頻道,、不同的節(jié)目形態(tài)而細(xì)化系統(tǒng)功能模塊，為不同專業(yè)頻道量身定制,，使系統(tǒng)功能更加專業(yè),、完善。此外,，媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)作為支撐電臺(tái)內(nèi)各專業(yè)頻率的音頻資料平臺(tái)也將成為自動(dòng)化播出系統(tǒng)的下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)?？傊?，隨著技術(shù)與理念的不斷進(jìn)步，我們將擁有使用方便,、易管理,、更高速、更大存儲(chǔ)容量,、更安全可靠的自動(dòng)化播出系統(tǒng),。
參考文獻(xiàn)
1   馬小虎.多媒體數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)現(xiàn).北京：清華大學(xué)出版社，1996
2   張海藩.軟件工程導(dǎo)論.北京：清華大學(xué)出版社,，2003
3   余崇智.運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音標(biāo)準(zhǔn)與編碼—MPEG1.天津：南開大學(xué)出版社,，1995
4   吳樂南.數(shù)據(jù)壓縮的原理與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，1995
5   中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB8567-88計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編制指南.1989
6   中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB1526-89信息處理文件編制符號(hào)及約定.1989