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IP网络广播系统技术白皮书 IP网络广播系统技术白皮书（教育版）1 概述 语音广播是人类交流最直接、最原始、最有效的工具，广播系统广泛地应用在诸如休闲娱乐、危险警报、应急指挥、信息发布等领域。但从技术上看，目前的广播系统实现上大都基于传统的模拟电子技术，模拟技术本身的局限性限制了广播系统的应用。自进入21世纪以来，数字技术、计算机网络技术飞速发展；各行各业的信息化建设日益普及，“网络”充斥了人们生活中的大部分内容。数据、语音、视频三网合一成为公认的主流方向，模拟广播系统向数字化、计算机网络化的转移也是大势所趋。 传统的模拟广播系统，普遍采用音频或调频方式。音频广播受到电压、功率、阻抗等因素影响，传输距离短，频率低，容易受干扰，系统扩展性差。调频广播在调制解调中引入噪声，设备老化、频点偏移也会导致信号失真。近年来还发展出一种智能广播（或称数字广播、可控分区广播等等，称谓繁杂、鱼目混珠），但其传输方式还是基于音频或调频方式，只是在广播系统的前端加上电脑主机控制器，以实现简单的分区、分组功能。不同的电脑主机控制器，可能还附带有简单的定时播放。智能广播系统也就体现了两点“智能”：一是分区、二是电脑控制。智能广播系统一个较为致命的弱点是网络的扩展性差，为保证广播系统质量，智能广播在设计时需要仔细计算各分区的功率匹配、信号干扰等问题，一旦确定，就很难更改，用户投资得不到保障。随着企事业单位规模越来越大，模拟广播系统也就越来越难以满足用户的要求。 IP网络广播系统依靠IP网络传输数据流，只要IP网络能够覆盖到的地方，IP网络广播系统就能够覆盖。而根据经验惯例，一旦IP网络技术能够引入到某个系统，那必然将对该系统带来翻天覆地的改变。2 IP网络广播面临的难题IP网络进入企事业单位的日常运作已经经历了很长的过程，而IP网络广播迟迟没有出现，其根源在如下几点： 1）、IP网络基础平台的可靠性。广播系统的固有特点造成了广播的应用方式向两个极端分化：要么是经常用；要么是很少用。对于前者，广播系统一般用于休闲娱乐、信息发布；而对于后者，广播系统一般用于危险报警、应急指挥。两种情况都要求广播系统具备很高的可靠性。而IP网络在其发展初期，给人的感觉就是IP网络不可靠。导致IP网络不可靠的根源有两点，一是网络带宽没有保障，二是网络设备的稳定性。依靠业界的努力及技术的发展，IP网络已经越来越值得用户信赖。目前构件一个全千兆的IP网络，成本已经非常低廉，带宽的限制在实际应用中已根本不存在；网络设备的稳定性已经大大超出了一般用户的心理期望，军事指挥、财税金融、基础通讯、电子政务等等需要绝对高可靠性的系统已经成功在IP网络上运行。现实的结论是：目前的IP网络完全可以承载一套广播系统。 2）、VoIP（Voice over IP）技术难度较大。语音业务是实时性要求很高的业务，首先必须保证语音在网络上传输的时延在许可的范围之内，还要保证语音经编解码后不失真。一般而言，VoIP技术仅掌握在少数大的通信设备供应商手中。普通的广播厂商很难掌握VoIP核心技术，其完成的IP网络广播系统很难达到实用水平。 总的说来，具体的技术难题总会被人攻破和掌握，而拥有稳定可靠的IP网络基础平台则不是一朝一夕所能够达成的。有幸的是，现在这两大难题都在消除，高效实用、功能强大的IP网络广播系统已经出现。3 IP网络广播系统结构1）、传统广播系统结构如下：无论多复杂的传统广播系统都可以归入以上方式，差别基本集中在分区矩阵的交叉容量与定时播放器的智能程度。整个系统依靠模拟音频电流驱动，扩展性、控制性都很差。2）、IP网络广播系统结构如下： 如图所示，IP网络广播系统仅在语音源和音箱喇叭两侧采用模拟技术，整个系统的传输平台基于IP局域网。系统主控服务器、语音解码终端都具有独立的IP地址，采用标准TCP/IP协议进行通讯，不需要进行分区。图中所示的语音编码设备、系统主控服务器、语音文件库在具体的实现上可以采用一台高性能的PC服务器来完成。 在IP网络广播系统中，一切音源资料都可以转化为数字语音文件而存储于硬盘等存储介质上，这为资源共享提供了可能。由于有系统主控服务器这一中枢大脑，IP网络上所有的用户都可以在主控服务器的授权许可下自由地使用与开发，达到系统的最大化利用。在IP网络广播系统中，计算机技术与网络技术可以无阻碍的使用，广播系统的应用必将再上一个更高的台阶。4 康通公司CTNB2006网络广播系统结构康通CTNB2006网络广播系统是一套基于IP数据网络的可采用中文液晶屏无线手机遥控的互动式广播系统。其系统结构图如下： 系统服务器：必备组件。CTNB2006网络广播系统的主控部件，提供系统管理、用户管理、终端管理、节目管理、任务管理等管理功能，是整个系统的核心。 中继服务器：可选组件。当网络广播系统需要跨越了多个物理或逻辑的网络子网时，需要使用中继服务器。其作用就是在系统服务器与广播终端之间充当中继站，提高网络利用率。 分控点：可选组件（建议必选）。分控点是网络广播系统的一大必然特点，分控点可以是任意的台式电脑或笔记本电脑，只要运行康通公司CTNB2006网络广播系统客户端软件。分控点用户首先要通过系统服务器的登录与权限验证，就可以随时随地通过IP局域网或Internet网络对广播系统进行控制。分控点对广播系统的管理严格受限于系统管理员的授权。 以上三类设备都可以充当数据采集器。如图所示，模拟音源输入到系统服务器的声卡，系统服务器自动将模拟语音编码为语音数据文件（MP3等数字文件格式），并存储到用户指定的文件库中。中继服务器、各类分控点都可以完成同样的数据采集工作。 广播终端：必备组件。系统服务器上的播放任务将语音数据文件以IP数据报文方式发送到广播终端，在广播终端上进行解码还原为音频流，再对后级功放或音箱进行驱动，以提供高保真的音质效果。康通公司CTNB2006网络广播系统终端提供丰富的接口类型及控制功能。 播控器：可选组件（建议必选）。又称无线遥控手机，带中文液晶显示屏。播控器通过无线射频技术与广播终端进行通讯，并进而控制系统服务器上任务的播放，实现互动式的点播功能。 监听终端：可选组件（建议必选）。监听终端用于对系统中其他任意广播终端的播放情况进行实时监听，主要应用于领导抽查和广播管理员的监控。5 康通CTNB2006网络广播应用于校园公共广播系统校园公共广播系统为所有学校必备的日常应用系统，其主要的应用有自动音乐打铃、眼保健广播体操音乐播放、领导讲话、听力考试等。目前校园公共广播系统大都为模拟系统，在应用上存在着很大的局限性，也不符合目前我国教育信息化的主导潮流。 基于IP校园网的广播系统与传统校园公共广播系统的比较如下：传统智能广播IP网络广播传输方式同轴线调频传输或多路音频传输以太网控制方式485总线或CAN总线，容错差。以太网。容错强。音频质量模拟信号128kbps的CD质量的MP3节目节目源数68路，14路任意多路布线需要单独重新布音频或调频线路共用局域网络定时路数电脑输出，一路终端输出，任意多路课室互动无双向互动点播扩展性安装时确定，不方便编组分区。增加或更改时，整个系统需要调整。任意分区，随时可选择。随时可以根据信息点增加终端。电器特性模拟器件特性变化，跑台、串音。易干扰，有噪音。数字器件稳定，寿命长。数字文件传至终端，本地解压，与电脑CD声音完全一致。教室电脑声音音量不能调节，教室不方便接入电脑声音。终端有声卡，可以调节音量，可以接入电脑声音，或教师配麦克风讲话。维护性需要定期全面调试一次。一旦安装，不重新调试。康通CTNB2006网络广播系统的引入，能够为校园公共广播系统带来划时代的变革。其针对语言教学的个性化、智能化产品设计，使得长期停留在概念上的校园网应用及远程教育真正达到实用化目的。5.1 系统功能1.个性定时播放康通IP网络广播的每个语音广播终端因具有独立的IP地址，可以单独接收系统服务器的个性化定时播放节目。定时播放的操作，授课教师可以通过电脑在网上设置，也可以直接通过无线播控手机在课堂上完成。2.课堂互动点播康通IP网络广播的实时点播功能，能够让教师在课堂上实时与服务器通讯，实现互动式教学。无线智能播控手机提供了个性化的中文液晶显示的操作菜单界面，协助教师进行灵活的控制操作。3.网上电台转播康通IP网络广播可以将通过网络收音机软件接收到的Internet网络电台节目转换成康通IP网络广播数据格式，对语音广播终端实时播放。如美国之音、BBC、CNN及国内其他专门的语言教学电台等。4.领导网上讲话康通IP网络广播能够实现领导网上讲话。领导无需到广播中心，通过与系统服务器连接的任意一台计算机，便可以经计算机的麦克风实现远程讲话。可以对全校讲话，也可以对部分区域讲话。5.语音实时采播康通IP网络广播节目实时采播功能，能够将来自其他音源的节目实时采集压缩存储到服务器，并可按要求同时转播到指定的教室终端。采播源可以是其他商用或自用电台、录音机卡座、CD播放器、MP3播放器、麦克风等。用于听力考试及广播通知等。6.自动音乐打铃康通IP网络广播能够设置个性化的音乐铃音，自动按照编排好的作息时间表播放上下课铃声。作息时间表可以按照春秋季自动调整，并提供晴雨天、节假日特殊配置选项。7.课件资源转换康通IP网络广播提供功能强大的课件制作软件，能够将学校原有的各种格式的音源节目课件转换成数据文件，教师还可以在备课时一边听音一边加上智能化菜单标签，便于上课时快速定位以及分段教学。8.教室音频扩音康通IP网络广播的语音终端，提供音频接入功能。在没有广播信号的时候，教学电脑的音频输出可接入语音终端，经扩音播出。教师上课时，可佩戴无线领夹话筒，讲话的声音可接入语音终端扩音播出。语音终端可以根据语音信号的有无，自动切换功放音箱的电源。5.2 系统特点1特点综述康通CTNB2006网络广播系统具备如下特点：数字化、个性化、网络化、自动化、人性化、智能化、小工程、零维护。其中个性化、自动化、零维护是康通IP网络广播系统最显著的特点。传输数字化：全程数字化提供高保真音质，采用CD质量的数据文件格式，与电脑输出完全一致。终端个性化：基于IP数据网络，每个语音终端都有独立的IP地址，完全实现点对点的个性化节目。管理网络化：教师课件制作与编排、领导讲话、节目定时播放都可以通过网络远程操作。自动化播放：授课教师预先编排好节目播放表，指定播放班级、播放节目、播放时间，服务器将自动进行播放，无人值守。人性化操作：人性化的图形菜单界面、中文提示操作的无线智能播控手机，控制节目播放。人性化的操作，轻松简便，提高了教师的教学效率。智能化应用：教师在授课过程中加入智能化标签，实现复读、变速、列表循环播放等语音功能；通过手机设置定时任务，实现自动播放。工程简单：康通网络广播对于校园网已经建设到普通教室的学校，只需要增加服务器与安装终端即可。如果学校教室没有铺设网线，数据网络的工程量也相对简单，只需要铺设网线即可。一旦建设，广播系统与计算机网络系统可以共用，减少多网重复建设。维护量小：康通网络广播在物理上与校园网共用，所以并不在校园网维护之外增加额外的维护工作。在应用上，系统可设置独立网段与计算机系统分隔，各语音终端嵌入式系统程序固化，不会受到病毒感染。系统整体稳定可靠，维护工作简单易行。2康通网络广播在日常教学实践中的应用特点康通网络广播在教学实践中的应用，主要在三个方面：课堂互动教学：授课教师在自己的电脑上编辑好语音课件，上传服务器。上课时，通过无线手机查看节目菜单，进行点播、播控、复读、变速等操作，实现互动教学。早晚自习训练：授课教师预先排好课表，以定时任务方式在自习时间播放需要及时复习的听力内容或其他提高内容，创造良好的语言学习氛围，培养学生的日常语言习惯。远程语音教学：除可以收听网上专业的教学电台外，各级教育部门可以按地区组织优秀的教师主持电台或制作课件，实现远程教学。收听内容包括所有科目。此外，康通网络广播还利用了广播系统适合于语言教学的主动性、强制性等特点，创造校园内良好的语言氛围，利于学生日常语言习惯的养成。5.3 案例举例康通CTNB2006网络广播系统标准设备配置清单如下：IP网络广播系统配置清单序号型号描述数量1、数字部分1NBOS2006系统软件包（含工具软件及操作手册）12NBHF2235室外IP广播终端主机按需3NBHT2235室内IP广播终端主机按需4NBHS1514掌上播控器按需5NBHY0101外接音频盒按需6系统服务器（2.8G主频/512M内存）12、模拟部分1各类室内外音箱/音柱/功放/话筒按需2编组调音台13数码录音播放器14DVD机15广播专用CD机16消防报警器17双卡座录音机1842U专业机柜19广播操作台1IP网络广播系统设备分数字部分与模拟部分两大块。 每个户内广播点配置一个室内IP广播终端主机，诸如课室、教师办公室、实验室等等，后接全音域音箱。 操场、走廊、停车场等户外广播点可配置室外IP广播终端，再接后级功放驱动多个大功率室外音柱、草地音柱等。 掌上播控器可共用，主要用于课堂点播。可以按照年纪、班级、教研组等原则配置。 外接音频盒为可选件。在学校课室内，可能包含多个语音系统：校园公共广播系统、考场广播系统、消防广播系统、本地多媒体音箱系统等等。外接音频盒可以将所有系统的音频汇总到IP网络广播终端，广播终端再根据各系统的优先级别输出到音箱或功放。 音箱/音柱/功放/话筒的选择比较简单。一般户内采用两个全音域10W音箱，户外采用30W以上音柱。室外IP网络广播终端需要外接功率放大器，功放的额定功率必须大于其驱动的音柱的功率总和。Cisco公司有可能基于一种新的技术而宣布建立一个新的业务部门，专门从事将双向广播、蜂窝、VoIP和其他通信方法集成到IP骨干网的工作。据Cisco称，IP互操作和协作系统(IP Interoperability and Collaboration System - IPICS)中包含现有的多种Cisco产品和新的服务器软件。这种软件将为公共安全机构和企业提供基于IP的双向广播语音通信能力，将离散的广播基础设施与其他公共或私营组织集成为一个整体。该解决方案在最初是针对公共安全和政府用户的，主要是将警察、消防和政府机构中的分散系统整合在一起，但Cisco也指出，IPICS平台对于公共和私营企业客户也有着巨大的吸引力，因为该系统还能够将离散的数据和视频信号集成到IP基础设施中。Frost and Sullivan公司行业分析师Brad Curran曾经对政府和军事通信技术工业进行过长期的跟踪，他认为:“IPICS本身并不是一种通信系统，但它可以使分散的通信系统结合在一起并且以IP网络的形式发挥作用。在Katrina飓风过后，我们发现现有的通信体制非常混乱，存在很多的问题。有很多的机构都要参与到防灾减灾的工作中来，但它们很难实现全面的相互通信。而IPICS之类的技术则可以提供很多的帮助。”IPICS是由Cisco公司中新组建的安全保护系统业务部开发的。Cisco对这一部门相当重视，并认为这将是公司中一个非常重要的新兴技术领域，与今年6月份建立的面向应用的网络(AON)业务部非常相似。在那个部门建立时，Cisco公司首席执行官John Chambers表示，公司将在下一个财政年度中每个季度推出一种新兴技术。根据Cisco的概念，这些新兴技术与该公司的6种先进技术有很大的区别，这6种技术分别是企业VoIP、家庭联网、光通信、安全技术、存储联网和无线局域网。Chambers认为这些技术都有很好的发展前景，每种都有可能最终为公司带来数十亿美元的收入。IPICS软件运行在一台基于Linux的服务器上，并且向操作人员提供一个应用界面，使其可以控制网络上所有的通信连接。IPICS服务器的作用是充当网络中任何一种通信方式的集中交换台。这些通信方式可能包括双向手持及移动广播设备、蜂窝电话、移动对讲机电话、传统模拟和数字电话，以及无线或有线VoIP设备。通过Cisco的地面移动广播(LMR)网关，广播设备便可以接入IP局域网络。这种LMR网关事实上就是一台Cisco路由器，可将模拟信息转化为以分包形式出现的IP语音，该设备目前已经部署到了一些公共安全机构。蜂窝电话手机则可以通过Cisco公共交换电话网络/IP网关设备连接到IPICS，而Cisco的这些设备主要负责将Cisco的VoIP设备与运营商的电话网络连接起来。当网络传输流量转化为IP数据后，IPICS可以让网络中的任意设备与其他设备