基于局域网的广播节目源分布式传输系统的设计

于用寿

（国家新闻出版广电总局七六一台 福建 永安市366000）

摘要：本文简要介绍了广播发射台的节目源传送系统的工作原理，分析了运行维护中所发现的存在的不稳定因素，详细阐述了基于局域网的广播节目源分布式传输系统的设计和实现。关键词：广播发射台 节目源 传输系统 局域网 流媒体

1 引言

广播安全播出工作是一项专业技术工作，也是一项政治性极强的政治任务。确保安全传输发射工作的顺利进行，直接关系到能否让党的声音传入千家万户、让中国的声音传向世界各地。对广播播出系统的要求是不间断、高质量地播出，所以提高广播播出系统的运行稳定性是发射台维护工作者的重要工作。在长期的运行和维护中，我们发现广播播出系统的节目源传送系统存在着一些不稳定因素。为此，我们对节目源传输系统进行了技术革新改造，设计了基于局域网的广播节目源分布式传输系统，为自台和兄弟发射台提供节目源备份手段，在实际运行中取得了良好效果。

2 广播发射台节目源传送系统的不稳定因素

广播发射台的节目源传送方式如图1所示，在广播发射台的节传机房用抛物面天线从广播直播卫星上接收卫星信号，经过高频头（LNB，Low Noise Block），由馈源传送的卫星信号经过放大和下变频，把Ku或C波段信号变成L波段信号，再经同轴电缆传送给卫星接收机。卫星接收机是将高频头传送来的L波段卫星信号进行解调，解调出数字广播声音信号。数字矩阵通过计算机路由软件发送出的控制信号来实现音频信号的切换。数字声音信号通过有线电缆传送到发射机房经A/D转换后送至发射机。这种节目源传送传送系统存在一些安全隐患。

图1 广播发射台音周传送系统图

我国春分和秋分左右，太阳经过地球赤道上空。这段时间，如果地面的接收广播的卫星接收天线、太阳和运行在赤道上空的广播直播卫星和太阳刚好在同一条直线上，太阳发出的电磁波辐射会对广播直播卫星的下行信号造成干扰。我国幅员辽阔，全国各地日凌发生的时间各不相同。日凌发生的时候，广播直播卫星转播的广播信号会时断时续，干扰严重时信号甚至会完全中断，短时中断几分钟，长时会中断一二十分钟。这就造成广播发射台的广播节目源中断，严重影响了安全播出工作的完成。雨衰和雪衰也会使卫星信号强度减弱，甚至暂时中断。卫星接收天线安装在室外的高处，虽然都安装了避雷设施，但在雷雨季节卫星接收天线还是会遭受雷击，安装在卫星天线上的高频头损坏，造成广播发射台的节目源中断。雷雨天气在室外维修损坏的高频头也给维修人员的人身安全带来一定的安全隐患。节传机房和发射机房之间用电缆传输音频节目源，传输电缆的损坏也会造成广播节目源中断。基于以上广播发射台的节目源传送方式的不稳定因素，我们寻找一个广播节目源的备份手段。无线局已建成跨越全国各个发射电台的宽带局域网，这使广播节目源在局域网上传输成为可能。广播节目源局域网传输可为广播节目源提供备份手段，避免广播节目源中断，保证安全发射工作全面完成。

3 局域网广播节目源分布式传输系统

局域网广播节目源分布式传输系统的方案是在各个广播发射台的节传机房设立广播节目源上传服务系统，上传广播节目源信号到局域网，为自台和兄弟发射台提供节目源备份手段。当一个台的卫星接收系统出故障时，可以通过局域网从别的发射台得到节目源信号。基于局域网广播节目源传输系统的主要硬件构成是能对音频信号进行处理的计算机系统以及负责音频数据包传输的网络传输系统。一个典型的局域网广播节目源传输系统的计算机系统配置应该包括数字音频采集系统、音频编码系统、服务器系统(流媒体服务器/web服务器)等。数字音频采集系统采集广播音频模拟数据，经放大，A/D转换成数字信号，再把数字音频信号编码成合适的格式，由流媒体服务器通过局域网发送出去。基于局域网的广播节目源传输系统的技术与大多数互联网技术一样，都是由服务器系统（Server）和客户端(Client)构成。服务器系统包含广播节目源文件的制作工具、数据（广播节目源）发布服务器系统和监控系统，制作工具将从广播直播卫星接收下来的实时广播音频信号编码压缩成实时的广播数据流文件提供给广播节目源发布服务器，由节目源发布服务器端实时侦听来自客户端的广播节目源请求，并将广播数据流文件提供给客户。客户端的功能是向广播节目源发布服务器发出广播节目源请求，并接收由广播节目源发布服务器发送的广播节目源内容。基于局域网的广播节目源分布式传输系统系统构成图见图2。

图2 局域网广播节目源传输系统图

实现局域网广播节目源传输，采用以下几个步骤实现：（1） 将从广播直播卫星接收下来的实时音频信号引入至音频捕捉卡（服务器的多通道声卡）。（2） 根据广播节目源对音质的需要，确定实现广播节目源传输数据流的带宽。（3） 选择合适的局域网广播服务系统的软件。网上广播服务系统有两家公司的方案比较成熟，微软公司的NetShow网上广播服务系统和Real Network公司的Real Broadcast网上广播服务系统。（4） 用音频压缩软件把实时的广播节目源信号压缩成广播节目数据流文件。（5） 启动广播节目源服务器的服务进程。

4 局域网广播节目源接收系统

基于局域网广播节目源接收系统的功能是向广播节目源发布服务器发出广播节目源的请求，并接收由广播节目源发布服务器发送的广播节目源内容。处理方案是为每一台发射机配置一台接入局域网的PC机，安装上客户端接收软件。客户端接收软件直接从局域网向本台的广播节目源上传服务器发出广播节目源请求，接收从本台广播节目源上传服务器发送出的广播节目源内容。当本地广播节目源接收系统出现故障，本地上传服务器无法发布广播节目源信号，本地广播节目源中断时，向外台的广播节目源上传服务器发出广播节目源请求，接收外台的广播节目源上传服务器发送的广播节目源内容，从而避免了因广播节目源中断造成的广播停播事故。将各个广播发射台需要备份的音频节目信息发送给各个广播发射台的音频路由选择服务器，音频路由选择服务器自动生成个音频路由表。各广播发射台给发射机传送的主用信号是卫星接收机接收的节目音频信号，当音频选择比较器检测到主用音频信号出现异常时就给音频路由选择服务器发出指令。音频路由选择服务器接收到指令后通过预留的节目路由表选择一条最优的通路向某个广播发射台的流媒体服务器发送传输某套节目源的请求，当流媒体服务器接收到该请求后，就会向发出请求的广播发射台音频路由选择服务器传输实时流媒体音频数据。音频选择路由服务器则将接收到的信号解码后输出到音频选择比较器再传送到发射机。音频数据接收任务流程图如图3所示。

图3 音频数据接收任务流程图

在PC机上安装收音机软件来接收广播节目源的方式有一些很明显的缺点：PC机设备昂贵、笨重、移动不方便、功耗高。随着嵌入式技术的发展，研发一种低成本、低功耗、携带方便的嵌入式网络接收系统成为可能，如基于ARM、FPGA、CPLD的嵌入式网络收音机。其主要功能是在局域网上接收节目源上传系统音频流数据，并解码播放出来。如图4所示，通过LAN局域网上的节目源上传系统获取音频数据，再通过音频解码算法，得到音频原始数据，发送到音频D/A设备，得到音频模拟数据，再放大，传送到发射机，实现广播节目源的网络传输。

图4 网络收音机结构示意图

5 结束语

通过该系统的建立，有效地解决广播发射台原节目传输系统存在的诸多不稳定因素，在各个广播发射台站之间建立起音频节目源互备的网络体系。该网络体系的构建有效的解决了音频节目备份问题。当某台站卫星天线系统出现故障并在短时间内无法恢复的情况下，能自动向其他音频备份广播发射台提出请求，其他广播发射台根据请求将所需音频节目通过网络实时传输到发出请求的台站。基于局域网的广播节目源传输系统能为自台和兄弟发射台提供节目源备份手段，为安全传输发射任务的全面完成提供技术保障。