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安徽人民广播电台制播网数字化方案研究 摘要 现代信息技术和数字技术的发展给广播电台技术建设带来了巨大变革。从节 目录制、编排、存储到播出等功能的实现形式由过去单工设备、人工衔接的模式， 发展到现在的数字化网络化模式所替代，促进了广播节目质量的提高，改善了广 播节目的制作方式和工艺，加强了广播节目资源的整合和利用，提高了广播节目 制作的效率和播出安全的可靠性。目前，正处在数字化、信息化、网络化不断深 入，各种广播电台制作播出网络技术和网络化发展趋势技术相互不断渗透与融合 的新时期，这也为广播电台建设高质量的数字化网络化系统提供了良好的技术支 撑。 本文根据广播电台数字化网络化建设白皮书( 2 0 0 6 ) 要求，结合安徽人 民广播电台数字化网络化系统中的制播网系统存在问题展开研究。论文介绍了国 内广播电台数字化网络化的发展历程，分析了国内广播电台在数字化网络化系统 使用中普遍存在的问题，对安徽人民广播电台数字化网络化系统中的制播网作了 大量调研，发现存在问题并提出解决方案，并对系统设计中遇到的核心问题进行 了深入探讨。论文主要研究工作包括： 1 对广播电台制播网系统所涉及到的基础技术，如数字音频技术，信源编解 码技术，信道编码技术，音频编码的技术标准，数字音频设备的同步等进行了分 析。 2 、分析了安徽人民广播电台数字化网络化系统的使用状况和不足之处，包 括系统功能与集成性、系统安全策略、异构网络的互联互通等。 3 、针对原系统存在的问题，设计出符合安徽人民广播电台发展要求的制播 网系统方案，包括业务流程分析与功能设计、系统架构设计、数据格式和接口设 计和安全性设计。提出了系统实施的保障机制、实施步骤，并对建成好的制播网 运行效率作了科学预测。 本文的创新点在于，从广播电台数字化网络化系统的工作模式入手，分析了 安徽人民广播电台制播网系统的不足，利用最新的计算机网络技术和数字音频技 术，重点从系统安全、网络互联互通、数据格式及接口等方面进行研究并提出了 安徽人民广播电台制播网系统设计方案和实施步骤。 关键词：制播网系统；数字化；网络化；安全策略；数据存储；接口设计 s t u d y o nt h ed i g i t i z e dp l a no fp r o d u c i n ga n d b r o a d c a s t i n gn e t w o r k f o rp e o p l e sb r o a d c a s t i n g s t a t i o no fa n h u i a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to fm o d e mi n f o r m a t i o na n dd i g i t i z a t i o nh a d b r o u g h tg r e a tc h a n g e si nr a d i ot e c h n o l o g yc o n s t r u c t i o n i th a db e e nd e v e l o p e d i n t oad i g i t a ln e t w o r km o d e lf o rr e a l i z a t i o no fp r o g r a mf u n c t i o n sf r o mr e c o r d i n g s c h e d u l i n g ，s t o r a g i n gt ob r o a d c a s t i n ga n de r e ，i n s t e a do ft h ef o r m sb yt h es i m p l e x e q u i p m e n ta n da r t i f i c i a lc o n v e r g e n e ei nt h ep a s t s oi tc o n t r i b u t e dt ot h e i m p r o v e m e n to ft h eb r o a d c a s t i n gq u a l i t y , b e r e r e dp r o d u c t i o nm e t h o d sa n d t e c h n i q u e so fp r o g r a m m i n g ，e n h a n c e dt h ei n t e g r a t i o na n du s eo fr e s o u r c e s ，a n d i m p r o v e de f n c i e n c yi nt h ep r o d u c t i o no fr a d i op r o g r a m sa n dr e l i a b i l i t yo f b r o a d c a s t i n gs a f e t y a tp r e s e n t i tw a san e we r ao fm u c hm o r ed i g i t a l ， i n f o r m a t i o n b a s e da n dn e t w o r k b a s e d a ne r ao fm u t u a lp e n e t r a t i o na n dc o n t i n u e d i n t e g r a t i o nb e t w e e nav a r i e t yo fn e t w o r kt e c h n o l o g yo np r o d u c t i na n db r o a d c a s t o fr a d i os t a t i o n sa n dn e t w o r kt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tt r e n d 。而u sag o o d t e c h n i c a ls u p p o r tw a sp r o v i d e df o rb u i l d i n gh i 曲一q u a l i t yd i g i t a ln e t w o r ks y s t e mo f t h er a d i os t a t i o n a d m i n i s t r a t i o no fr a d i o f i l ma n dt e l e v i s i o na l s oa p p r o v e d ( i nf e b r u a r y6 ，2 0 0 7 s o i tw a sn e c e s s a r yf o rt h ec a u s ea n dd e v e l o p m e n to fb r o a d c a s t i n gs t a t i o n st os t u d y c o n s t r u c t i o no fd i g i t a lr a d i on e t w o r ks y s t e m ，t h ew a yt oa c h i e v et h ef u n c t i o na s w e l la st h ed e v e l o p m e n tt r e n do fn e t w o r k s a c c o r d i n gt or e q u i r e m e n t so ft h e ”，1 t t ep a p e r ”a n dp r o b l e m so fp r o d u c i n g a n db r o a d c a s t i n gn e t w o r ki nd i g i t a ln e t w o r k e ds y s t e mf o rp e o p l e sb r o a d c a t i n g s t a t i o no fa n h u i ，t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h ed o m e s t i cd i g i t a lr a d i on e t w o r k w a si n t r o d u c e da n dt h ec o m m o np r o b l e m si na p p l i c a t i o nw e r ep r e s e n t e d p a r t i c u l a r l y , ag r e a td e a lo fr e s e a r c hw a sm a d ei np r o d u c i n ga n db r o a d c a s t i n g n e t w o r kf o rd i g i t a ln e t w o r ks y s t e mi na n h u ir a d i o f u r t h e r m o r e ，s o m ep r o b l e m s w i t ht r o u b l ew e r ed i s c o v e r e da n dt h et e c h n o l o g ys o l u t i o no fd i g i t a ln e t w o r k e d s y s t e mw a sd e s i g n e d ，a n dt h ec o r ei s s u e se n c o u n e r e di ns y s t e md e s i g nw e r ea l s o t h o r o u g h l yd i s c u s s e d t h ew o r ko ft h i sp a p e ri n c l u d e d ： 1 a ni n - d e p t hs t u d yh a db e e nm a d eo nt h eb a s i ct e c h n o l o g yr e l a t e dt ot h e d i g i t a lr a d i on e t w o r ks y s t e m ：d i g i t a la u d i ot e c h n o l o g y , s o u r c ec o d i n g ，c h a n n e l c o d i n gt e c h n o l o g y , t h et e c h n i c a ls t a n d a r d sf o re n c o d i n ga u d i o ，s y n c h r o n i z a t i o no f d i g i t a la u d i od e v i c e s ，e t c 2 a n a l y s e da p p l i c a t i o ns i t u a t i o na n di n a d e q u a c i e so fd i g i t i z e dn e t w o r k e d s y s t e mf o rp e o p l e sb r o a d c a t i n gs t a t i o no fa n h u is u c ha sf u n c t i o na n di n t e g r a t i o n o f s y s t e m ，s e c u r i t yp o l i c y o ft h e s y s t e m ，i n t e r o p e r a b i l i t y i s s u e so f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k 一 3 s p e c i f i ct o t h ep r o b l e m so ft h eo r i g i n a l s y s t e m ，ap r o d u c i n ga n d 2 b r o a d c a s t i n gn e t w o r ks y s t e mp r o g r a mw a sd e s i g n e di nl i n ew i t ht h ed e v e l o p m e n t r e q u i r e m e n t so fa n h u ir a d i ow h i c hi n c l u d e db u s i n e s sp r o c e s sa n a l y s i sa n d f u n c t i o n a ld e s i g n ，s y s t e ma r c h i t e c t u r ed e s i g n ，d a t af o r m a t sa n di n t e r f a c ed e s i g n a n ds e c u r i t yd e s i g n t h e ns e c u r i t ym e c h a n i s ma n di m p l e m e n t a t i o ns t e p so ft h e s y s t e mw e r eg i v e n f i n a l l y , as c i e n t i f i cf o r e c a s to fo p e r a t i o ne f h c i e n c yt ot h eb u i l t s y s t e mw a sm a d e t h ei r m o v m i o no ft h i sp a d e rw a st h a ta na n a l y s i so ft h ed i g i t a lr a d i on e t w o r k s y s t e mm o d e lw a sm a d e ，t h ed e f i c i e n c i e si nt h ed i g i t a ln e t w o r ks y s t e mo fp e o p l e s b r o a d c a t i n gs t a t i o no fa n h u iw e r eg i v e n ，a n das t u d yw a sc a r r i e do u tf o c u i n go n s y s t e ms e c u r i t y , n e t w o r ki n t e r e o n n e c t i o n d a t af o r m a t sa n di n t e r f a c e sw i t ht h e l a t e s tn e t w o r k t e c h n o l o g ya n dd i g i t a la u d i ot e c h n o l o g y , f i n a l l yas o l u t i o no fd i g i t a l n e t w o r k e ds y s t e ma n di m p l e m e n t a t i o n s t e p sf o rp r o d u c i n ga n db r o a d c a s t i n g n e t w o r ko f a n h u ir a d i ow a sp r e s e n t e d k e y w o r d s ：p r o d u c i n ga n db r o a d c a s t i n gn e t w o r k ，d i g i t i z e ，n e t w o r k e d ，s e c u r i t y p o l i c y , d a t as t o r a g e ，i n t e r f a c ed e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得盒目曼王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签壤洚牮签字日期砂口辟二月ff 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒a 旦王业态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金 照王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 学位器嚣臃用嚣衢纫1 易学位论文者签名：安辛华导师签名：彳针i 乃 签字日期：b 。? 年1 2 , g 1 日 签字日期： 谬年，月f7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：安徽入民广播电台 通讯地址：合肥市桐城南路3 5 5 号 电话：0 5 5 1 3 4 5 8 2 3 2 邮编：2 3 0 0 6 5 特别声明 本学位论文是在我的导师指导下独立完成的。在研究生学习期间，我的 导师要求我坚决抵制学术不端行为。在此，我郑重声明，本论文无任何学术 不端行为，如果被发现有任何学术不端行为，一切责任完全由本人承担。 学位敝作者签名廖斡 签字日期历瓣i 己月，加 1 1 研究背景 第一章绪论 我国己进入全面建设小康社会、加快改革开放和社会主义现代化建设的新阶 段。新阶段新形势对广播电视科技发展提出了新要求，党的十七大明确提出要积 极发展文化产业，强调发展广播电视是市场经济条件下繁荣社会主义文化、满足 人民群众精神文化需求的重要途径。广播电视作为公共文化产品的范畴，已 成为我们党和国家联系千家万户的最便捷、最普及的宣传渠道、娱乐工具 和信息载体，成为实现人民群众基本文化权益、满足人民群众精神文化需 求的基本手段。广播电视的发展要按照科学发展观和构建社会主义和谐社 会的要求，利用最新的技术手段和技术平台，建立以政府为主导、覆盖全 社会的广播影视公共服务体系，为满足广大人民群众日益增长的精神文化 需求作出积极贡献。 6 1 科技的发展，将广播电视带入数字化时代。各国政府十分重视广播电视从模 拟向数字的转换，并制定了一系列政策和措施加快推进数字化进程。我国政府在 十五期间就提出以信息化带动工业化发展的国策，广播电视是我们党、政府和人 民的喉舌，广播影视是我国社会主义精神文明建设和国家信息化建设的重要组 成部分，是我国最为普及的信息工具和最好的信息载体。全面推进广播影视数字 化，是顺应世界科技飞速发展的要求，是促进国家信息化和国民经济发展的要求， 是满足人民群众日益增长的精神文化生活的要求，是加快广播影视自身发展的 要求。全面推进广播影视数字化，将为我们党和政府联系群众提供新的桥梁和纽 带，为社会各界搭建新的信息平台，为每个家庭通向社会提供新的服务窗口， 也为广播影视自身创造新的发展空间。全面推进广播影视数字化，将带动设备产 业和内容产业的发展，形成新的文化娱乐消费市场，培育新的经济增长点，为 社会提供大量就业机会，推动国民经济和社会全面发展。充分认识到台内数字 化、网络化是广电数字化发展的必然趋势，是广电行业战略发展的必然要求，是 把握主导权、提高核心竞争力的需要，同时也是台内自身降低节目制作成本、提 高工作效率的需要。 现代信息技术和数字技术的发展给广播电台技术建设带来了巨大变革。从节 目录制、编排、存储到播出等功能的实现形式由过去单工设备、人工衔接的模式， 发展到现在由相对独立的广播制作播出网的网络化模式来替代，从而促进了广播 节目质量的提高，改善了广播节目的制作方式和工艺，加强了广播节目资源的整 合和利用，提高了广播节目制作的效率和播出安全的可靠性。目前，正处在数字 化、信息化、网络化不断深化，各种广播电台制作播出网络技术和网络化发展趋 势技术相互不断渗透与融合的新时期，为广播电台建设高质量的数字化网络化系 统提供了良好的技术支撑。广电总局也于2 0 0 7 年2 月6 日审定通过了广播电台 数字化网络化建设白皮书( 2 0 0 6 ) 。值此，深入探讨广播电台数字化网络化系 统的构建、功能实现方式以及网络化发展趋势，对于广播电台的事业建设和发展 十分必要 1 4 】。 1 2 我国广播电台数字化网络化发展历程及技术现状 1 2 1 广播电台数字化网络化发展历程 随着计算机及数字技术在广播电台中的应用日益广泛，数字化、网络化已经 成为广播电视技术发展的方向，是广电行业经常被提起的两个名词，那么网络化、 数字化其准确的定义又是如何呢? 首先，数字化是相对与模拟时期而言，在每一 个模拟的设备、系统以及流程上进行数字转换；而网络化是将所有的数字化设备、 系统以及流程连成链条形成网络；在此基础上进而实现信息化，它是侧重在业务 流程上，基于各种网络化的平台，推进各项生产、管理业务流程的信息化。数字 化、网络化、信息化三者可以看成是同一事物从点到面到立体的不断衍变和深化， 其核心都是“以各种数字信息技术、网络系统平台为手段，面向核心业务和应用， 提高业务处理效率，推进业务流程标准化、规范化、并进行优化，从而推动应用 单位在战略及战术层冠上的发展和创新，节省成本，创造价值。在业务管理上， 网络化是一种资源共享、流程互联互通的管理方法和管理思想。网络的核心价值 在于资源共享、互联互通，它以业务应用为核心，以应用需求为导向，网络化的 过程也是业务流程优化和再造的过程。在技术实现上，网络化是一个搭建各种网 络技术平台、系统的动态过程，关系到多项技术领域：视音频压缩技术、计算机 网络技术、软件信息系统技术、存贮技术、传输技术等所有与业务发展相关的技 术，通过这些技术，将孤立、分散的业务资源集中：将各自为政的、独立的业务 流程理顺、整合、消除信息孤岛。广播电台网络化建设是指以现代信息技术和广 播数字技术为基础，实现广播电台内容生产、运营和管理等综合业务的信息化网 络平台。包括计算机技术、多媒体技术、通讯与网络技术等在内的现代信息技术 和广播数字技术是广播电台实现网络化的主要相关技术。通过上述技术，将广播 电台各功能网安全有效的互联起来，形成全台统一、安全高效、功能强大的信息 化网络平台。我国广播电台数字化、网络化建设工作始于上世纪8 0 年代末，主 要经历以下几个阶段【i 到： 第一阶段为上世纪9 0 年代初广播节目录制、播出设备的数字化。这一阶段 主要解决模拟技术条件下录制环节技术指标瓶颈问题，并提高了节目录制和播出 的技术指标，主要表现为d a 、t 1 v i d 等数字录制播出设备的应用。 第二阶段为上世纪9 0 年代中期开始的基于局域网技术的音频工作站系统的 应用。该项技术最初应用在广告节目的录制和播出，随后逐渐升级，采用数字音 2 频工作站网络技术，实现了节目录制、播出数字化网络化，提高录制播出质量 和效率，初步实现了录制和播出的过程管理，使电台节目录制、播出方式发生了 革命性的变化。 第三阶段为节目录制和播出系统设备数字化、网络化，于上世纪9 0 年代末开 始。随着新一代数字化、网络化制作播出设备的出现，全国各电台陆续购置了数 字化的制作、播出调音台和周边设备，对录音室、直播室、总控、传输系统进行 了数字化改造，网络的规模和功能得到了进一步的拓展。 1 2 2 广播电台制播网技术现状 目前广播电台数字化网络化改造都是紧紧围绕“制、播、存、用”来讲行。 “制”就是节目采集制作，通过设备的数字化、系统的网络化来实现互联互通， 提高工作效率，降低制作成本。“播”就是节目播出，通过硬盘播出、网络化播 出，可以提供多套节目、多种格式的内容。“存 就是数字内容存储管理，通过 对内容资源数字化存储、信息化编目管理，实现资源共享，为多种手段、多种终 端、多种业务提供节目内容的后台支撑。“用 就是对内容资源的再利用，通过 对节目内容的集成、分发、交换，不断产生价值，盘活已有资源，提高经济效益。 “制、播、存、用”这四个方面是我们推动台内数字化工作的着眼点和落脚点， 通过这四个方面的数字化，实现制播一体化、存储信息化、管理智能化、操作人 性化。根据“制、播、存、用”的实际需求，全国广播电台制播网系统主要技术 如下： ( 1 ) 节目源的存储技术 节目存储方式：制作播出网普遍采用在线、近线、离线方式实现数字内容的 存储。在线存储方式一般使用磁盘阵列柜作为存储设备，即资料服务器，主要存 储频繁访问的数字内容。近线存储方式一般使用磁带机、光盘塔等作为存储设备， 主要存储较少访问的数字内容。离线存储方式一般使用磁带、光盘等媒介，主要 存储很少访问的数字内容。 节目源存储技术：广播制播网使用的磁盘阵列按照存放内容安全级别的高低， 采用不同级别的r a i d 技术进行数据存储。对直接参与播出的音频文件的保存，一 般采用r a i d l 0 方式。对于素材资料等需要长期保存的音频文件，一般采用r a i d 5 方式，同时再配以冗余存储系统进行数据保存，以保证素材资料的安全。 节目源版权保护技术：对数字音频信号嵌入数字水印技术，保证被嵌入的信 息能保持可被读出，而且即使经过诸女i m p 3 压缩解压过程或模拟传输过程等处 理后仍然可读。加密的地址数据包含在数字音频节目之中，既不会丢失，也不会 轻易地被破译。 ( 2 ) 信源采录技术 实现数字、模拟或文件等格式广播素材的采集。信源采录通过电信、光缆、 卫星、移动通信网、互联网等多种途径，采访机、多轨录音机、机顶盒、c d 、m d 、 f l a s hm e m o r y 等多种设备和媒介实现素材的采集。多样化的采集途径和多类别的 采集设备拓展了信源采录的范围。数字音频格式采用w a v 、m p 3 居多【7 】。 ( 3 ) 节目制编技术 实现对广播素材的录音、剪辑、特效、合成等节目制作。节目制编是播出前 的重要环节，利用各种音频工作站上的编辑软件对节目素材进行剪辑，也可使用 特效进行处理，最终合成为节目音频文件，完成节目的编辑制作，编好地址信息 条后存入音频服务器里。节目播出前，需将制作完成的节目提交播出申请，经栏 目监制者对节目进行内容和质量审核后，编入播出节目单或即点即播单( j i n g l e 单) ，以便节目播出时调用。 ( 4 ) 播出分发技术 节目的播出：可分为录播和直播，其形式有定时播出、链接播出和手动播出。 定时播出是指，播出工作站在指定时间自动播放播出单上的节目，这种播出方式 一般用于录播节目和直播时的频率呼号、报时语、片头、广告等节目。链接播出 是指，两个节目之间的自动连续播出，一般用于批量节目的顺延播出。手动播出 是指，主持人手动点击播出节目单或即点即播单( j i n g l e 单) 上的节目，一般 用于直播节目。由此来配置设备、设计系统。 节目的分发技术：播出分发是以音频服务器为核心，利用数据库技术进行管 理，通过计算机网络传输播出节目和管理控制信息，实现广播电台节目的播出及 分发。 ( 5 ) 音频节目传输技术 格式转换：通过网内各类格式转换设备，可实现从单一模拟或数字音频到网 内多路数字音频流间的双向转换。还可实现模拟音频、数字音频的双向转换和分 配。数字音频格式采用w a v 、m p 3 、居多，便于剪辑、储存、管理和传输等。 交换调配：交换调配是播控传输最基本的功能，通过播控控制面板或终端控 制软件，可便捷地把任何音频输入信号切换到任何指定的输出通道，实现在机房 间、设备间信号路由的调配。 音频处理：音频处理是音频信号传输的核心，此功能基于播控网各类设备的 d s p ( 数字处理) 芯片，完成对播控传输网内任意一路或多路音频信号的处理， 包括合成、均衡、限幅、增益控制等功能。 信号传输：播控传输网内多路数字音频流传数，近距离采用五类线传输，远 距离发送或接收通过光纤传输，通过网络交换机实现多节点的双向多路传输。 监测控制：实现播控传输网内信号及设备状态的监测和控制，通过采集播控网内 各类状态信息，完成对系统的监测。监测控制以软件或者硬件的方式，根据相关 要求对设备进行系统配置或对设备进行指定操作1 9 j 。 安徽人民广播电台在1 9 9 6 年在国内率先建立、鹱用制播音频工作站系统：2 0 0 2 年进行了升级扩容。虽然安徽人民广播电台数字化网络化建设已初具规模，但是 4 由于历史原因，现阶段安徽人民广播电台在数字化、网络化建设中还存在一些问 题，比如应用软件功能不能适应广播电台新业务需求，系统集成化程度不高，采、 编、播、存系统之间没有互联、互通，没有建立起高效率、多功能、资源共享、 技术先进的制播网络系统，安全策略和管理措施有待进一步提高等【l o 】。 1 3 论文研究内容及章节安排 近年来国家广电总局也明确提出，要把“加快广播电视中心数字化、网络化 进程，全面提高制播能力，充分发挥内容优势，提升核心竞争力 列为“十一五” 期间的重要任务，并于2 0 0 7 年发布了广播电台数字化网络化白皮书作为广 播电台数字化、网络化的指导性文件。本文根据白皮书要求和安徽人民广播 电台近几年数字化网络化系统的建设成就，在研究广播电台数字化网络化相关技 术的基础上，简析了国内广播电台数字化网络化的发展历程，分析了国内广播电 台在数字化网络化系统使用中普遍存在的问题，尤其是对安徽人民广播电台数字 化网络化系统中的制播网作了大量调研，在此基础上，设计符合安徽人民广播电 台特点的数字化网络化系统的技术方案，并对系统设计中遇到的核心问题做了分 析和研究。本文的工作有 1 、对广播电台制播网系统所涉及到的基础技术，如数字音频技术，信源编解 码技术，信道编码技术，音频编码的技术标准，数字音频设备的同步等进行了阐 述。 2 、就全国广播电台数字化网络化的发展历程和应用状况，分析了安徽人民 广播电台数字化网络化系统的使用状况和不足之处，并对其中的制播网作了仔细 研究。 3 、分析了数字网络系统的安全策略，异构网络的互联互通，系统的数据格 式及接口设计等，设计出符合安徽人民广播电台发展要求的制播网系统方案，提 出了系统实施的保障机制、实施步骤，并对建成好的制播网运行效率作了科学预 测。 本文的创新点在于，从广播电台数字化网络化系统的工作模式入手，分析了 安徽人民广播电台制播网系统的不足，利用最新的计算机网络技术和数字音频技 术，重点从系统安全、网络互联互通、数据格式及接口等方面进行研究并提出了 安徽人民广播电台制播网系统设计方案和实施步骤。共分五章： 第一章绪论。本章介绍了广播电台数字化网络化的基本概念，广播电台进 行数字化网络化的发展历程和深远意义。并在最后给出了本文的主要工作和木文 的组织结构。 第二章广播电台制播网基础技术。本章介绍了广播电台数字化网络化发展 进程中所涉及的相关技术：数字音频技术，信源编解码技术，网络存贮技术以及 5 计算机系统安全方面的基础知识等。 第三章安徽人民广播电台数字化网络化系统现状分析。本章在介绍广播电 台数字化网络化发展进程的基础上，分析了安徽人民广播电台制播网系统的使用 状况和不足之处，并通过调研分析，提出了建设广播电台数字化制播网系统的基 本原则和任务目标。 第四章安徽人民广播电台制播网系统的解决方案。本章主要利用最新的计 算机网络技术和数字音频技术，重点从系统安全、网络互联互通、数据格式及接 口等方面进行研究，提出了安徽人民广播电台制播网系统设计方案。 第五章针对制播系统的设计方案，从系统保障机制、步骤和效益等方面阐 述了安徽人民广播电台制播网系统的实施过程。 第六章总结与展望。对本论文做总结，找到不足并对下一步的工作展望。 6 第二章广播电台数字化网络化基础技术 本章主要介绍与广播电台数字化网络化相关的数字音频技术、网络存贮技术 以及计算机系统安全方面的基础知识。通过对声音数字化采用的编码方式、压缩 方式、音频数据记录存储或传输采用的调制和纠错编码方式，以及对计算机网络 的体系结构、存储技术和计算机系统及网络的安全防护措施及策略的分析，为我 们设计安徽人民广播电台制播网系统提供了技术保证。 2 1 数字音频基础 2 1 1 数字音频的基本概念 众所周知，声音信号和图像信号都是模拟信号，它们在时间上和幅度上都是 连续变化的，要实现广播系统的数字化，首先需要将声音信号的模拟量转换成数 字量。因此，将时间上连续变化的声音信号变换为时间和幅度都不连续的脉冲信 号，并用一组二进制数编成的码来表示的过程称为声音信号数字化。把声音信号 数字化，并在数字状态下进行传送、记录、重放以及其他加工处理等称为数字音 频技术。以数字化方式对音频信号进行存储或传输的主要优点有：抗干扰能力强， 特别是中继传输更为明显；可以进行差错控制，因而提高了音频信号传输存储 的可靠性；便于使用现代计算机技术，对信号进行处理、存储和变换，从而提高 了信号传输存储的灵活性；采用时分多路技术，可以实现信道多工复用；便于 加密，对所传输存储的信息进行保密或版权保护。 2 1 2 声音信号数字化技术 将时间上和幅度上都连续变化的模拟信号变换为二进制脉冲序列( 数字码 流) 的过程称之为数字化。声音信号的数字化就是将连续变化的声音信号转换成 离散的数字信号，一般需要完成采样、量化和编码三个步骤。采样是指用每隔一 定时间间隔的信号样本值序列代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将 模拟信号离散化。量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，也就是将 采样值的幅度离散化。编码则是按照一定的规律，把量化后的离散值用二进制数 码表示。上述数字化的过程又称为脉冲编码调制技术。实现声音信号数字化的基 本方式是采用脉冲编码调制技术，其系统框图如2 1 所示。系统一般由六部分组 成：取样电路、量化电路、编码电路、信道、解码电路和滤波电路【2 j 。 p c m 输入 信号 2 1 脉冲编码调制系统的方框图 7 复原 信号 用高低两种电平表示二进制脉冲序列中的基本单元称之为比特( b i t ) ，其中 高电平赋予“1 ”而低点平为“0 ，将“1 ”、“0 称为比特值。用一系列的二进 制数码( 数字码流) 来替代连续变化的声音，称这个变化为模拟数字变换( a d c ： a n a l o g u ed i g i t a lc o n v e r s i o n ) ，常用a d 简化表示。当需还原为连续变化的幅 值时，经解码后即可恢复，这个变换过程为数字模拟变换( d a c ：d i g i t a l a n a l o g u ec o n v e r s i o n ) ，常用d a 简化表示。 模拟数字变换( a d ) ：脉冲编码调制( p c m ：p u l s ec o d em o d u l a r i o n ) 简 称脉码调制，是“数字化”的最基本的技术。p c m 就是将模拟的声音信号数字化 的过程，其具体操作：通过取样、量化、编码三个步骤，来实现连续信号的时间 和幅度离散化处理，最后用一定位数的二进制代码表示模拟形式的信息信号( 如 声音信号) ，再用脉冲信号表示这些代码来进行传输存储，这一过程通常由模拟 数字转换器来实现。 ( 1 ) 取样( s a m p i e ) 取样也称采样、抽样，把时间上连续的模拟信号波形按一定的时间间隔抽取 一个瞬时值( 称为样值) ，变成时间上离散的信号的一种过程。通常把模拟信号 送到取样电路进行取样，把声音信号变成幅度包络与其相似的系列的脉冲，脉 冲重复的频率即为取样频率( f s ) 。两脉冲之间的间隔称为取样间隔( 即周期t s ) 。 取样频率的选择十分重要。取样定理是对时间变化的信号波形用该信号最高 频率成分的2 倍作为取样频率f s 进行取样，当取样值通过截止频率等于1 2 f s 的低通滤波器后，可得到原连续变化的信号波形。理论上，取样频率应为该信号 所含最高频率的2 倍。为了较好地防止频谱混叠失真，在实际应用中，应使取样 频率稍大于信号最高频率的2 倍，通常选为1 4 j f s = ( 2 1 2 5 ) f m 当然取样频率越高，越能够真实地反映原信号，但也不能过高。如果取样频 率过高，将造成设备成本的增加，如果采样频率太低就会产生混叠干扰信号，在 恢复时就会造成信号失真。目前常用的专业音频数字设备的采样频率为3 2 k h z 、 4 4 1 k h z 、4 8 k h z 几种类型( 为了使取样后不连续的离散信号更接近于原连续信 号，可将取样脉冲频率提高到9 6 k h z ) 。 ( 2 ) 量化( q u a n t i z a t i o n ) ： 信号经过取样后，得到的是脉冲幅度调制信号p a m ( p u l s eh m p l i t u d e m o d u l a t i o n ) ，只是实现了时间上的离散化，而幅度取值仍是连续的，根据编码 的要求，还要完成幅度取值的离散化，这就是量化。量化是通过四舍五入的方法， 将幅度连续变化的无穷多个样本值变换为由一定间距( 量化级差) 数表示的有 限样本值的过程。 具体来说，在信号幅度的取值范围内，按一定的规则分为若干层，称为量化。 8 量化分出的层数称为量化级( 也称量化阶梯、量化比特数) ；每个量化级都用一 个量化值来代表，称为量化电平，而相邻两个量化值( 或量化电平) 之间的差值 称为量化级差( 或量化台阶) a ，将一个u 。幅值的样值信号量化划分为m 个量 化级，当p a m 信号落到哪个量化级时，其幅值就转换成代表该级的量化电平。可 见，量化的过程就是把处于同一层内的样值信号幅度都取成同一个量化值的过 程。这类似于数学中把非整数取整( 四舍五入) 的过程。量化级通常用二进制码 元n 比特来表示，在n 个量化比特数下，相应的十进制量化级数n 为 n - 2 “或n = l o g ， n 值可以视音频信号的质量要求不同而不同，量化级数越多，编码比特数的 字长就越长，当n 大到一定程度时，就可以接近原信号的波形，失真就会减少到 极小。由于量化是用有限个数值来表示无限个数值，其过程有舍有入，就会有误 差产生。我们把量化引起的这种误差，称为量化误差，即量化误差= 量化值一原 样值。 量化误差的影响会导致解码后在其模拟信号上出现杂波干扰，也称为量化噪 声，即a d 变换器产生的噪声，它类似于模拟系统内经常存在的随机杂波。量化 噪声即信噪比s n 为：s n = 6 0 2 n + 1 7 6 ( d b ) 上式中，n 为量化比特数。可以看出量化比特增加一位，信噪比s n 提高6 d b ， 信噪比的提高意味着声音的动态范围的加宽，若采用量化比特n - - 1 6 的a d 变换 器的数字声记录在磁带上，可扩展到9 8 d b 接近于交响乐的动态范围，若将量化 比特提高到n = 2 0 ，可扩展到接近人耳的1 2 2 d b 动态范围。由此看来，a d 变换器 采用的量化比特数可以表征a d 变换器的动态范围或信噪比。【4 j 量化有两种：均匀量化和非均匀量化。在量化过程中，如果每一量化级差 都相等，这种量化就口q 均匀量化，反之，如果量化级差不完全相等，则称为非 均匀量化。 ( 3 ) 编码( c o d i n g ) ： 把量化了的样本值变换为二进制码的过程称为编码。经过取样、量化后，模 拟信号就完成了在时间上和幅度上的离散化处理，转换成量化p a m 信号。这是一 种十进制信号，并不适宜直接传递，因为它的幅值虽已量化，但为了减少量化误 差，信号量化值的数目( 即量化阶梯数) 要取得很多，当直接传输时，很容易在 接收端被判错。实用中，是把每个样值所取的量化值转换成一组由“0 ”和“l ” 组成的二进制代码来传送，它就是数字信号。 用二进制数表示某一数值时，这个二进制数称为字( w o r d ) ，字中各个位( b i t ) 的名如图2 2 所示。最左边的位称为厂了_ r _ _ 1 _ t 厂_ _ 1 _ 最高有效位( m s b ) ，以下依次称为第l ii i if 二有效位( 2 s b ) ，第三有效位 iil- ll1 ( 3 s b ) ，r i9 最右端的位称为最低有 m t s b2 ：b3 曼4 曼5 曼6 兰7 三l 三 9 2 2 二进制数个各位的名称 效位( l s b ) 。 编码形成的数码速率是与采样频率f 。、量化比特数n 以及传输信号的路数m 有着直接的关系，数码速率可以从下式得出：数码速率= f 3 ( h z ) n m ( b i t s ) 数字模拟变换( d a ) ：数字信号恢复( 重建) 成模拟信号的过程称为d a 变换，需通过解码和滤波来完成。解码也称译码，其任务与编码相反，是为恢复 原始的数字信号而设置的。解码后获得的p a m 信号在时间上是离散的脉冲，其包 络与原始的模拟信号波形极为相似，所以，要还原出模拟的声音信号，需通过低 通虑波器滤除离散脉冲中的谐波分量，取出其基频分量。d a 变换的实现：播放 机获取到的码流经译码后得到样本值，可以通过截止频率为输入信号最高频率的 低通虑波器恢复为连续变化的模拟声音信号。 2 1 3a d 转换器( a n a l o g u ed i g i t a lc o n v e r s i o n ) 对数字音频来说，a d 转 换器是最为重要的电路之 一，其性能对音质具有决定 输入模拟信 性的影响。实现编码的方法 ( 采样值) 很多，在数字音频系统中经 常使用的a d 转换器有逐次模拟 比较式、级联积分式和过采 样式a d 转换器。 逐次比较式a d 转换器 是一种较为典型的a d 转换 器，被用于中、高分辨率的 中等速度场合，其电路构成 图如2 3 所示。 2 3 逐次比较式( a 仍) 转换器原理图 当取样保持电路把输入模拟信号的取样值加到模拟比较器输入端时，首先 是由移位寄存器把d a 转换器的最高有效位( m s b ) 设定为“l ”。这时，由模拟 比较器对输入进来的取样值v 。与d a 转换器的输出电压v 。加以比较，若v 。v 。， 则把移位寄存器的第1 位( 即m s b ) 锁存成“1 ，否则锁成“0 。在下一个脉冲 进来时，移位寄存器把d a 转换器的第二位有效( 2 s b ) 设定为“1 。这时，如 果经上一次比较的结果，锁存器是在使d a 转换器的m s b 仍保持设定为