校园数字广播系统工程设计论文.doc

编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：校园数字广播系统工程设计学 院 名 称 ：通信与信息工程学 生 姓 名 ：专 业 ：电子信息工程班 级 ：学 号 ：指 导 教 师 ：答辩组 负责人 ： 填表时间：2013年5月重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘 要数字广播系统是一套基于IP数据网络的纯数字化网络音频广播系统，在物理结构上与IP网络完全融合，嵌入式的硬件终端设置独立IP地址，可跨网关连接，使发声单元的使用空间随着IP网络的延伸而延伸。首先系统通过编码设备将模拟信号转换成数字信号，数字信号经过音频服务器处理后，以IP数据报的形式传送到各个音频终端，音频终端将接收到的数据进行解码还原成原始模拟语音信号，再经过功放放大后推动扬声器发声。根据重庆邮电大学现场勘查，学校目前有13个学院，7栋教学楼，34栋宿舍楼，3个食堂，2个图书馆，2个室外操场和一个室内操场，2个实验实训楼和篮球场若干，广播系统在平时可播放优美的背景音乐，英语听力，可以立即切断背景音乐，进行紧急广播，消防广播等功能。根据需求分析，办公室和教室需要设置一个信息点，并把主控中心设置在二教学楼二楼设备间，分控中心设置在四教学楼二楼设备间，最后由交换机引至音响，所有走线都从学校的弱电线路单独敷设。该系统完全基于在现有计算机网络平台进行建设，只需将终端接入计算机网络可构成功能强大数字广播系统，每个接入点无需单独布线，实现计算机网络、数字视频监控、公共广播的多网合一。【关键词】公共广播系统 IP网络 系统设计 音频服务器ABSTRACTDigital broadcasting system is a pure digital network audio broadcasting system based on IP data network, fully integrated with the IP network in the physical structure, hardware terminal embedded independent IP address, the gateway, the sounding unit using space extends along with extension of IP network.The first system will be simulated by coding device signals into digital signals, digital signals through the audio server, with IP data report form sent to various audio terminal, audio terminal will receive the data decoded into the original analog voice signal, and then through the power amplification to drive the loudspeaker to sound.Exploration according to the Chongqing University of Posts and Telecommunications, the school now has 13 colleges, 7 teaching buildings, 34 dormitory buildings, 3 dining halls, 2 libraries, 2 outdoor playground and an indoor playground, 2 experimental and training, basketball and some, English listening broadcast system in peacetime can play beautiful music background, background music can be cut off immediately, fire emergency broadcast, radio and other functions. According to the demand analysis, office and classroom needs to set a point of information, and the master control center is set in the two teaching building two building equipment, provided in the four teaching building two building equipment control center, and finally by the switch to the sound, all walk the line from the weak line school laid alone. The system is completely based on the construction of the existing computer network platform, the terminal is connected to the computer network can form a powerful digital broadcasting system, each access point does not need separate wiring, computer network, digital video monitoring, public broadcasting multi-network.【Key words】public address system IP Network system design the audio server目 录前 言1第一章 公共广播系统相关概念2第一节 公共广播系统概念2一、公共广播系统的组成2二、广播系统的分类2三、单播/组播/广播3第二节 系统体系结构4一、C/S体系结构4二、B/S体系结构4一、数字音频信号的采集5二、音频数据压缩5三、音频信号传输7第二章 校园数字广播系统构架9第一节 IP网络广播系统结构9第二节 主控服务器结构10一、音频服务器11二、WEB服务器11三、数据库11第三节 广播终端结构11第四节 广播和点播工作原理12第五节 软件系统的功能13第三章 校园数字广播工程概况14第一节 校园工程概况14第二节 用户功能需求分析14第三节 系统总体设计原则16第四节 校园数字广播系统的设计规范17第四章 校园数字广播设计18第一节 系统总体结构18第二节 校园广播系统扬声器分布19第三节 控制中心设计21一、主控中心设计21二、分控中心设计21三、IP地址段的应用22第四节 系统设备选型23一、系统设备选取原则23二、系统设备选取方案23第五节 系统扬声器的设计27一、广播扬声器的选用27二、广播扬声器的配置27三、广播功放的选用28四、广播分区29五、传输线路设计32第五节 主要设备参数33第六节 工程概预算清单41一、工程材料及计算公式41二、经费预算41第五章 工程实施及验收预案43第一节 广播系统的安装43第二节 广播系统的验收44一、验收依据44二、系统的验收44三、检测项目44四、检测方法及质量评价45五、其他功能检测内容46结 论47致 谢48参考文献49附 录50一、英文原文50二、英文翻译54三、工程设计图纸58- 58 -重庆邮电大学本科毕业设计（论文）前 言伴随着科学技术的不断进步，人们对各种信息传播工具依赖在不断加强，许多学校为学生提供一套使用方便、功能完善的公共广播系统成为学校首要之选。公共广播广播系统在平时可播放优美的背景音乐，英语听力，可以立即切断背景音乐，进行紧急广播，消防广播等功能。公共广播系统按稳定性和信号传输模式，分别分为：智能广播系统、数控网络广播系统、数字IP网络广播系统；稳定性方面：数字IP网络广播系统智能广播系统数控网络广播系统。智能广播系统：智能广播系统需要按功能需求进行重新铺设线路；智能广播系统利用音频线进行传输，传输的是模拟信号，易受其他信号干扰；传输距离1公里以内。只能有1个主控，无法做分控；适合要求简单的小区、办公楼等。数字IP网络广播系统：IP网络广播系统结合了智能广播系统和数字可寻址系统的优点，系统更稳定，功能更完善。是利用计算机网络进行传输的，无需再进行主干线的铺设，节省线材和施工成本。距离无限制，可以任意增加分控和增加分区；分控具备和主控一样的功能；并且所有的分区或者分控若有必要可进行双向对讲。每路音频分区对计算机网络带宽的占用不超过128K；IP网络广播系统加消防主机的话可进行消防广播，加电话广播器的话可进行电话分区广播；若需要再增加分区，只需要在一个局域网内的任一个网口处加IP网络广播终端即可。功能完善强大、实用、方便。本文章重点讲述校园数字广播方案设计。从数字广播的基础知识开始，首先从校园数字广播系统的需求分析和原则标准出发，提出了校园数字广播系统总体设计思路，并分析了系统的设计、设备选型和预算。最后介绍了系统的验收、测试方法。本文共五章，内容安排如下：第一章介绍校园数字广播系统的基本概念，校园数字广播系统的概念、组成、分类、系统体系结构。第二章重庆邮电大学教学楼工程概况。第三章重点介绍系统总体结构和工程总体设计方案、及其需求分析、图纸设计。第四章讲述校园数字广播系统工程设计设备选型及概预算，详细讲述了各个设备的功能、作用等，以及整个工程的用费。第五章讲述校园数字广播系统工程的验收和测试方法及验收依据。本论文末尾有附录的校园数字广播系统工程设计英文原文和英文翻译，设计图纸。第一章 公共广播系统相关概念第一节 公共广播系统概念一、公共广播系统的组成公共广播系统基本可以分为四个部分：节目源设备、信号放大处理设备、传输线路和扬声器系统。 节目源设备是一种向广播音响系统提供节目源的设备，包括传声器、调频调幅收音机、无线电广播、激光唱机和录音卡座等设备。 信号放大处理设备，作用是对输入的信号进行调节、放大、均衡、混响、压缩、分频、降噪、滤波等处理，以获得理想的信号输出。通常由均衡器、前置放大器、功率放大器和各种控制器材及音响加工设备等周边设备组成。 传输线路是传输广播音响信号的通道，可以根据系统和信号的传输方式进行选择，一般分为模拟音频线路、数字双绞线线路、流媒体（IP）数据网络线路和数控光纤线路四种。 扬声器系统作为信号的输出设备，由一个或几个扬声器和相应的附件如障板、喇叭、分频网络等组成的，作为驱动电路和周围空气间耦合的设备。目的是为了获得所需频率特性、声场分布以及特殊声音效果等。二、广播系统的分类1.公共广播系统按照信号传输、处理方式分类 传统公共广播系统。传统公共广播系统是通过音频线把模拟功率信号传输到终端扬声器上，系统易受环境干扰，传输距离很短，音质不佳，多路广播时容易产生串音，设备线路固定，而且使用人工管理的工作方式等一系列问题使它在很多方面受到限制。 数字可寻址广播系统。数字可寻址广播系统在传统广播的基础上增加了控制信号，音频信号、控制信号的传输全在数位域进行，具有更远的传输距离和更好的传输效果；实现了分区控制，通过软件可实现多个区域的独立控制和任意组合，也可以实现点对点的控制。 媒流体（IP）智能数字广播。媒流体（IP）智能数字广播将广播的音频信号进行数字编码，并通过网络传输IP数据包，再由终端解码还原为音频信号。它是基于互联网和局域网纯数字化网络音频广播系统，无需另行布线，可利用现有的校园网或内部局域网。2.公共广播系统根据使用性质、建筑规模和功能要求分类 业务性质的广播系统学校、办公楼、医院、建筑物可以设置业务性广播，以便满足以业务及行政管理为主的业务广播要求。 服务性质的广播系统旅馆、宾馆、商场娱乐设施以及大型的公共场合应该设置服务性广播，服务性广播主要内容是背景音乐和客房节目广播，以服务为主要宗旨，为人们提供娱乐性音乐类广播节目。 火灾事故广播系统主要用于发生火灾事故时，方便消防人员通过火灾事故广播指引人们快速撤离危险场所。三、单播/组播/广播 单播 (unicast)单播是在客户和服务器之间建立一个一对一的通讯通道，交换机和路由器只对服务器发出的数据包进行转发而不进行复制。这样，有多少个客户点播同一个节目，那么服务器就要做多少次同样的发送动作，服务器负荷非常大。优点是服务器针对每个客户不同的请求发送不同的数据，容易实现个性化服务。 广播 (broadcast)广播是将发出的信号无条件地复制并转发，网络中的每一个用户不管是否需要，都可以接收到。这样做显然服务器是最轻松的，只发一份数据出去，让底下的线路自己去复制。但若Internet上不加限制的话，那将会造成很大的宽带资源浪费，所以IP协议里就只允许在同网段里广播，禁止跨网段广播。 组播 (multicast)组播是将具有相同请求的客户加入同一个组，服务器对每一个组只发送一份数据，然后由交换机和路由器复制并转发给各个组员。这样既能一次将数据发送给有需求的客户，又避免将信息强加给不需要它的用户，减少了宽带浪费的同时又减轻了服务器的负担。组播是广播和单播综合体，做到了取长补短。第二节 系统体系结构一、C/S体系结构C/S结构，即客户和服务器(Client/Server)结构。C/S结构的工作原理是用前端计算机上安装专门应用程序来操作后台数据库服务器中的数据，主要是向数据库服务提出请求和接收处理数据工作，后台数据库服务器主要任务是提供完善的安全保护及对数据的完整性处理等操作，就随时等待响应客户程序发来的请求。如图1.1所示，用户通过客户端进行操作，客户端程序会对这些操作进行相应处理，当需要对数据库中的数据进行存取时，客户端程序会向数据库服务器发送请求，服务器会对这些请求语句进行执行并返回结果，进而客户端对来自服务器的返回结果进行处理，再将结果输出以回应用户的操作。对用户而言，整过过程就好像只在自己的电脑上完成一样，网络和服务器都被隐藏了起来。图1.1 C/S结构示意图二、B/S体系结构B/S（Browser/Server）结构，即浏览器服务器结构，B/S结构示意图如图1.2所示。它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种体系结构下，用户的工作界面通过浏览器来实现，只需要安装有浏览器，像WINDOWS系统自带的Internet Explorer，服务器使用SQL Server、Oracle等数据库1。浏览器通过网页浏览器与数据库进行数据交互。图1.2 B/S结构示意图所谓的3层结构(3-tier)是在3层结构系统中，将系统整体划分为应用层(商用逻辑)、客户层(用户界面)、数据层(数据库)3层。在客户端只有用户界面，其余都安装在服务器上。客户端用来接收用户的操作及表示来自应用层的处理结果。由于将应用软件与客户端进行分离，以及安装在服务器上的原因，在商用逻辑发生变化的情况下，只须要改变服务器端的应用软件即可，不会牵连到整个系统。第三节 音频信号处理技术一、数字音频信号的采集通过麦克风捕获到的信号是模拟信号，它是时间的连续函数。这个模拟信号的振幅就是音量，它的频率就是音调。我们可以通过两步把种模拟信号转换为计算机和网络能够识别的数字信号。第一步是对模拟信号进行采样，是将模拟信号变为时间的周期固定的离散函数。根据奈奎斯特（Harry Nyquist）定理可知，为了以后能够恢复模拟信号的原来的面貌，采样的频率应该大于或等于模拟信号最高频率的两倍；第二步是对采样后得到的离散信号进行编码，就是使用二进制编码来表示各个离散信号的幅度，也就是所谓的脉冲编码调制（pulse code modulation，PCM）。在硬件主要是使用由模数转换器和采样保持器构成的音频输入设备来实现的2。二、音频数据压缩音频压缩是指在引入损失很小且不损失有用信息量的条件下，对PCM编码（即原始数字音频信号流）使用适当的数字信号处理，降低其码率，也称为压缩编码。它必须具有与它相应的逆变换，称为解码或解压缩。音频压缩技术分为有损（lossy）无和无损（lossless）压缩压缩两大类。1.MP3概述MP3是一种音频压缩技术，其全称是动态影像专家压缩标准音频层面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III），简称为MP3。MP3是被设计用来大幅度地减少音频数据量，是在综合了ASPEC和MUSICA的优点的基础上提出的混合压缩技术。由于人耳只对20Hz20kHz频率范围内的声音信号敏感。2.MP3编码MP3编码主要由3大功能模块组成，包括混合滤波器组（子带滤波器和MDCT）、心理声学模型、量化编码（比特和比特因子分配和哈夫曼编码）。 混合滤波器组这部分包括子带滤波器组和MDCT（Modified Discrete Cosine Transform，改进型离散余弦变换）两部分。子带滤波器组编码完成样本信号从时域到频域的映射，并将规定的音频信号通过带通滤波器组分解成32个子带输出。 心理声学模型。心理声学模型的原理是利用人耳听觉系统对高频信号的不敏感性，移除大量人耳不能分辨的信号，以达到压缩音频信号的目的。 量化编码。量化编码的比特分配和量化是使用一个三层迭代循环模型来实现的。这三层包括：内层循环、外层循环以及帧循环。3.MP3解码MP3解码原理：MP3解码得整个过程是先将MP3数据帧进行解包，解出边带信息和帧头信息；然后再使用霍夫曼解码解出比特分配信息；接着在逆变换中利用频谱系数，在综合滤波器当中把32位子带合并成一个宽带信号。18个频谱值执行32位IMDCT（逆改进型离散余弦变换），然后再将生成的576个频谱值转换成长度为32的18个连续的频谱。经过18次的运算，这些频谱将会被多相位综合滤波器转换到时域，完成波形的重构，最后生成立体声PCM音频码流。MP3解码流程如图1.3所示。PCM信号进行MP3压缩时，以1152个PCM采样值为单位，封装成长度固定的MP3数据帧，其中帧是MP3文件最小的组成单位。在解码的时候，利用数据帧里面的信息就可以将1152个PCM采样值恢复出来了。这1152个采样值共被分成两个粒度组，一个粒度组包含了576个采样值。图1.3 MP3解码流程图三、音频信号传输传统的广播信号传输方式主要为微波、光纤、调频无线、ISDN（即窄带综合业务数字网）、数字电话传输器、普通电话或GSM移动电话等，微波、光纤及无线调频传输方式能提供高质量的音频传输，但对于远距离、直播地点不确定时，往往难以达到快速布点及有效保障。用普通电话或GSM移动电话，声音质量太差，做短时间的信息播报尚可，作为大时段长时间的直播就不太合适。用数字电话传输器传输音频信号是一种相对较好的方式，但也存在设备价格昂贵，实际应用中两台机器连接数率在24kbps以上时容易出现掉线。所以为保障安全连接，一般都选用9.6kbps至21.6kbps之间的连接速率，故此声音频响只能达到512kHz，从而影响到了节目的传输质量3。1.TCP/UDP在互联网上要实现高质量实时数据连接，主要应用到传输层协议。根据OSI网络标准定义，网络由物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层7层组成。而在实际应用中，网络结构可简化为链路层、网络层、传输层和应用层用户接口，其结构如图1.4所示。图 1.4 网络TCP/IP层结构在TCP/IP层结构模型中，传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了两种服务质量不同的协议。即：TCP（transmission control protocol）传输控制协议和UDP（user datagram protocol）用户数据报协议4。TCP协议是一种面向连接的协议。能够提供可靠的、全双工的网络通信服务，具有确认、数据流控制、多路复用和数据同步等功能，适合无差错高质量数据的传输。TCP协议不适合传输实时音频数据和突发性的大量数据5。UDP协议是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。虽然UDP提供的是无连接的、不可靠的数据传送方式，它能够提供高传输效率的数据报服务，能实现数据的实时性传输，在数据的实时传输中应用广泛6。2.RTP/RTCP/RTSP实时传输协议RTP（Real-Time Transport Protocol）是针对Internet上多媒体数据流的一个传输协议，被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP和RTCP配合使用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，故特别适合传送网上的实时数据7。RTSP（Real Time Streaming Protocol），实时流传输协议，是TCP/IP协议体系中的一个应用层协议。该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP使用TCP或UDP完成数据传输8。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTSP传送的是多媒体数据。RTSP可以是双向的。RTSP协议以客户服务器方式工作，它是一个应用层的多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网下载的实时数据时能够进行控制。第二章 校园数字广播系统构架第一节 IP网络广播系统结构作为一个IP网络广播系统，首先，它应该具有一个或多个能提供音频信号的设备，用于读取音频文件或实时采集声音信号，如CD机、收录音机、卡座、传声器等音源设备；其次，要将上述设备输出的模拟信号转换成数字信号，应在音源设备后面应该连接一套语音编码设备，如声卡、专用多路采播卡等；再次，由于广播的应用非常广泛，传输的数据量非常大，单纯用扩大存储器容量、增加通信干线的传输速率的办法是不现实的，我们可以利用数据压缩技术来解决这个问题，通过数据压缩，可以把信息数据量压下来，以压缩形式存储、传输，既节约了存储空间，又提高了通信干线的传输效率。对于来自语音编码设备的音频数据的压缩、存储以及对来语音文件库中的音频流进行处理并经网络发送给广播终端等工作，可由音频服务器来完成，由WEB服务器对网络主机的访问提供服务；最后，应该有用来对服务器进行访问，进行查询、设置、修改、管理节目等工作的一些网络主机，以及一些用来接收网络传来的音频数据并完成将音频数据还原成语音信号的功能的模块。综上所述，整个IP网络广播系统模型主要由模拟音源、语音编码设备、主控服务器、网络主机和广播终端这几个部分组成，如图2.1所示，其中，语音编码设备和主控服务器具体实现可以由一台高性能的PC服务器来完成。（1）主控服务器。按功能可分为音频服务器、WEB服务器和数据库，主要任务是对音频数据进行处理、存储以及发送，并接收、处理客户端发来的请求等。（2）网络主机。为任意可通过网络访问服务器的主机，用户可以运行网络广播系统客户端软件，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。用户可以通过网络主机的声卡进行实时采播，也可以进行本地文件播放，并可以远程编排定时播放任务，上传至服务器后等待服务器自动播放。（3）广播终端。系统服务器上的播放任务将音频数据文件以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。每一台网络广播终端设备拥有独立的IP地址，能够实现单点广播。图2.1 IP网络广播系统结构图第二节 主控服务器结构如图2.2所示，主控服务器系统包括音频服务器、WEB服务器和数据库三个部分。在系统构架上采用客户/服务器（Client/Server）结构来处理音频服务器和广播终端之间的数据传输，采用浏览器/服务器（Brower/Server）结构来处理服务器和网络主机之间的互动9。图2.2 主控服务器结构组成图一、音频服务器语音广播内容通常有背景音乐、音乐电铃、广播寻呼、信息宣传、时事政策广播、警示语等，而不同的播放数据，音频服务器的处理方式也有所不同。对于背景音乐、音乐电铃、警示语等内容比较固定的情况，通常是事先将压缩的录制好的声音文件或硬盘上的音乐文件存储在服务器上，需要播放时可通过网络下载到客户端。音频服务器用于对输入的音频数据进行处理后储存到数据库中以及将来自数据库的音频流经处理后发送出去。对输入数据的处理方式取决于它是否经过压缩：对于已压缩的声音文件，我们首先必须要知道其编码方式，将其进行解码还原成PCM码，然后再按我们需要的格式进行压缩，我们这里使用MP3格式进行压缩，所以，如果是MP3格式的压缩文件可以跳过处理过程直接存入数据库；对于未经压缩的语音数据需经过压缩后存入数据库中。而对于广播寻呼、信息宣传、时事政策广播等实时音频播放，则不能事先录制好和储存在服务器中，而是在发送方边录制边发送，接收方也要求能连续播放。二、WEB服务器WEB服务器作为B/S构架中的server，其作用是为网络主机的访问提供服务。当服务器收到网络主机发来的HTTP请求后，根据要求向数据库发出SQL数据请求，实现常规的登陆、查询、点播等功能。三、数据库数据库主要是用于存放语音文件和各种管理信息等，并能够提供音频点播、管理员身份验证、查询和节目管理等功能。第三节 广播终端结构广播终端的结构如图2.3所示，系统服务器上的播放任务将音频数据文件以IP数据报文方式发送到广播终端，广播终端的接收装置从网络中获取网络数据包 ,并拆分数据包 ,后将得到的音频数据经解压缩，还原成原始数字音频数据 ,然后对数字音频数据进行解码得到模拟音频信号，经功放放大后推动扬声器发声。每一台接收解码设备具有独立的IP地址，以实现单点广播。图2.3 广播终端结构示意图第四节 广播和点播工作原理广播功能是服务器按照预先安排节目列表在数据库中寻找相关音频资源，并通过网络将其输送到指定广播区域进行播放。系统可设定自动打开或关闭主控设备电源，自动定时播放如背景音乐，报时铃声，转播电台节目等日常节目，编程实现播放全程自动化管理。平时系统通过读取节目列表有序地进行日常播放，当有事故发生需要播放紧急广播时，将暂停日常节目的播放，直到紧急广播播放完毕。需要发布实时信息时，可将外接音频（卡座、CD、收音机、话筒等）接入音频服务器实时压缩成高音质数据流，并通过网络发送广播数据，安装在不同广播终端的数字广播终端可实时接收并通过音箱进行播放。广播过程中客户端处于被动接收状态，无法控制音频流10。与广播功能的被动接收不同，点播是客户端向服务器主动发出请求的过程，如图2.4所示。图2.4 点播服务工作流程图（1）用户通过浏览器点击要看的音频文件的超链，这个超链并没有指向请求的音频文件，而是指向一个包含有实际音频文件统一资源定位符URL的元文件。（2）WEB服务器把装有元文件的HTTP响应报文发回给浏览器。（3）浏览器收到WEB服务器的响应后，把提取出来的元文件传送给广播终端的音频播放器。（4）音频播放器使用元文件中的URL接入到音频服务器，请求下载音频文件。音频服务器和播放器之间采用RTSP协议实现实时音频数据播放的暂停、继续、快退、快放等功能，并在UDP上传送，保证音频数据传输的实时性。第五节 软件系统的功能软件系统主要由服务器管理系统和客户端管理系统构成。服务器端的管理系统的管理功能有：用户配置管理，用于设置广播网络各层次用户分配相对应的操作使用权限、终端配置管理、分组配置管理、资源库节目管理、定时任务设置、用户配置管理、节目实时采播、库节目播放、安全管理等。客户端管理系统的管理功能有：终端状态查询、定时任务设置节目管理、节目实时采播、节目播放等。第三章 校园数字广播工程概况第一节 校园工程概况重庆邮电大学地处于重庆主城南山风景区内，坐落在森林公园环抱之中。占地3800亩，校舍建筑面积63万平方米，图书230余万册，2万余台微机联网运行，新一代数字校园建有信息管理服务系统、红岩网校、文峰网络课堂、重邮e站手机报等新媒体平台。学校主体结构可以分为教学区，宿舍区，户外运动区，食堂区，目前包括学校有13个学院，34栋宿舍楼，3个食堂，2栋图书馆和实验实训楼，2个室外操场和1个室内操场，篮球场若干。教学区部分：7栋独立的教学楼，沿学校围墙及楼宇间均有马路。把整个校园分成两个区域，其中主控区中心设备设在二教学楼第二层的设备间中，分控区中心设备设在四教学楼第二层的设备间。每栋教学楼总共有5层，每层楼的楼长为70米。每栋教学楼在土建时都设计预留有广播系统工程所需要的线槽与线管，因此设计和施工中需要对此部分做设计及预算。根据用户的需求，需要设计及安装广播系统，在广播系统上传输的信号种类为数据。工程名称：重庆邮电大学数字广播系统工程设计。地理位置：重庆邮电大学。第二节 用户功能需求分析校园广播系统要求主体上采用数字化、网络化设计，含室内教学楼广播、公共广播两部分组成。校园的公共广播主要作用是信息发布及休息时间的背景音乐播放，创出一种轻松愉快的气氛。我们设计的公共广播系统采用单声道播放。在一些不同功能的区域播放不同的节目内容。公共区域主要是轻音乐为重点。这些优美的音乐在能够营造一个轻松惬意的环境。系统需要实现音乐的自动定时开启和关闭播放，能够定时的开启和关闭整个系统的电源，实现自动播放。系统需要满足的功能要求如下。 （1）系统主干采用数字化网络传输：系统为数字化公共广播系统建设，系统基于以太网，采用TCP/IP协议方式传输，可实现跨网段控制、监控和多用户管理，并且可以与视频监控系统进行联动控制管理。在网络通畅情况下，主控室通过广播专用软件可监控系统运行状况，以方便校园系统管理人员能够快速的了解广播运行情况，并且广播专用软件可以设置广播监听专用终端，通过软件操作可以实时的监听任意一个终端设备的工作状态，如音量大小、播放内容等，分控广播系统采用传统智能广播系统进行传输，使系统更稳定可靠性。 （2）广播系统具有高度可靠性：为校园网络广播系统为了确保系统的绝对稳定性，功放采用冗余性设计。 （3）系统具有主控和分控控制功能：系统不仅在主控室能够实现分区音乐播放和广播寻呼功能，而且我们可以在每台网络终端中插入寻呼话筒或用遥控器点播歌曲，如在早晚可播放一些休闲曲目让学生能够在轻松愉悦的环境中生活。 （4）具有将模拟信号转数字信号功能：系统实现数字化传输，避免传统音频广播线路传输衰减与噪音，让声音能够达到CD级高保真音质，同时系统支持各种音频格式的数据网络传送（MP3、MP2、AAC、WAV），具有完善的网络适应能力，并且系统可以实时的采集外接设备自用电台、录音机卡座、CD播放器、MP3播放器、麦克风音频信号后压缩成高保真音质数据流存储至服务器，并可按要求同时转播到指定的终端设备。 （5）系统具有用户权限设置：经过授权的领导可以无需到广播控制中心，只要在自己的电脑安装广播专用分控软件，经计算机的麦克风可实现远程讲话，可以对全区，分区，分组讲话，也可以通过电脑上传自己制作的节目，通过广播专用软件编辑程序可定时播放音频节目，实现定时定区域的播放操作，实现无人职守功能，如按时间作息表制作好程序后，系统将自动执行定时程序。 （6）自由组合分区功能：每间教室配置1台网络终端，通过广播专用软件可以对每个适配器进行管理控制，可将不同的网络适配器组合成不同的大区域，以适合系统更好管理，如将年级组合成为一个大区域，这个系统组合灵活，无需进行物理线路更改，只需软件操作。 根据用户功能需求分析和实地勘察，每栋教学楼的教室分配一个信息点（设备间和实验室除外）。校园的信息点分布情况如下：一教学楼整栋楼有五层一共有130间房（除厕所以外），其中办公室有60间、会议室有4间，实验室总共有63间其中有，机房共2间。一楼的两边是实验室中间是机房。根据需求，每个会议室配置1个信息点，领导办公室1个信息点，一共需要52个信息点。二教学楼整栋楼有五层一共有122间房（除厕所以外），其中办公室有60间、教室总共55间，保安室有1间，资料室5间，监控室1间。根据需求，每个教室配置1个信息点，领导办公室1个信息点，一共56个信息点。七教学楼由两栋楼组成左边为只有一层的教学楼右边为办公楼有两层，七教一共有25间房（除收发室以外），办公楼其中办公室有16间、会议室有1间、资料室有3间、数据中心室有1间，教学楼有2间教室、1间活动中心。根据需求，每个教室有1个信息点，会议室1个信息点，领导办公室1个信息点，一共12个信息点。三教学楼整栋楼有五层一共有87间房（除厕所、茶水间以外），其中办公室有18间、教室总数有43间，会议室4间，而配电房1间、物业管理室1间、设备间1间、多媒体维修室1间。根据需求，每个教室1个信息，会议室1个信息点，领导办公室1个信息点，一共需要49个信息点。四教学楼整栋楼有五层一共有90间房（除厕所、茶水间外），其中21个办公室和75个教室，在一层有1个监控室，1个配电室。根据需求，每个教室配置1个信息点，领导办公室1个信息点，一共个77信息点。五教学楼有五层一共有62间房（除厕所以外），其中办公室总共有18间、教室总共有43间，配电房有1间分布在1楼。根据需求，每个教室配置1个信息点，领导办公室1个信息点，一共44个信息点。八教学楼整栋楼有五层一共有69间房（除厕所以外），其中办公室有8间、教室总共有48间，而教员休息室有4间、资料室有3间、洗印工作室有4间它们分布在八教二栋。根据需求，每个教室配置1个信息点，领导办公室1个信息点，一共49个信息点。教学楼广播信息点分布一共需要285个信息点。公共广播信息点分布：表3.1 公共广播信息点分布广播分区宿舍区（34栋）食堂（2个）运动区（3个）绿化带信息点（个）2061410第三节 系统总体设计原则（1）先进性现代信息技术的发展，新产品、新技术层出不穷，系统应选用先进、实用的技术和功能完善的产品，一流的设备，在技术上适度超前，整个系统体现当今广播技术发展水平，符合今后的发展趋势。在今后相当长的一段时间内可保持其技术的领先地位。（2）可扩展性由于现代科学技术的飞速发展，必须充分考虑今后的发展需要，设计方案必须具备前瞻性和可扩展性。（3）规范性公共广播系统与一般音响系统不同，是一个先进复杂的综合性系统工程，必需从系统设计开始，包括施工、安装、调试直到最后验收的全过程，都严格按照国家有关的标准和规范，做好系统的标准化设计和科学的管理工作。（4）安全性和可靠性公共广播系统的建设，直接影响着用户的使用效果、外部形象及投资回报，因此系统设计必须安全、可靠，最好优先考虑采用成熟的技术和产品。（5）经济性与实用性公共广播系统选用设备的性能和价格之比应达到最佳的原则，保证公共广播系统配置具有很高的经济性和实用性。第四节 校园数字广播系统的设计规范本方案依照校园广播系统实际使用要求，按有关国家标准为依据，并且加入本公司从事设计和施工多年的理论与实践经验设计而成： 本设计主要参照以下标准进行：（1）智能建筑设计标准(GB/T50314-2000)（2）建筑智能化系统工程设计标准（DGJ32/D01-2003)（3）建筑与建筑群综合面线系统工程设计规范（GB/T50311-2007）（4）民用建筑电气设计规范（JG/J16-2008）（5）系统接地的型式及安全技术要求（GB14050-93）（6）安全防范工程程序与要求（GA/T75-94）（7）安全防范工程验收规则（GA/T308-2001）（8）安全检查防范系统通作图形符号（GA/74-94）（9）消防联动控制设备通用技术条件（GB16806-1997）（10）火灾自动报警设计规范（GB50116-2008）（11）建筑设计防火规范（GB50016-2006）（12）有线电视广播系统技术规范。（13）国际电联ITU-T有关标准。（14）建筑、通信有关行业标准。第四章 校园数字广播设计第一节 系统总体结构数字广播以系统以音频处理技术和IP网络技术为基础，设计了一个数字IP网络广播系统方案，然后结合学校工程概况对校园广播进行了设计。该方案主要包括模拟音源、语音编码设备、主控服务器、音频终端、网络主机和扬声器模块几个部分。首先通过编码设备将模拟信号转换成数字信号，数字信号经过音频服务器处理后，以IP数据报的形式传送到各个音频终端，音频终端将接收到的数据进行解码还原成原始模拟语音信号，再经过功放放大后推动扬声器发声。该系统完全基于在现有计算机网络平台进行建设，无需单独布线，大大简化了广播系统结构，操作更加简单，功能更完善，是公共广播系统必然的发展方向。系统总体结构如图4.1所示。图4.1 重庆邮电大学广播系统拓扑图第二节 校园广播系统扬声器分布重庆邮电大学广播系统由一个主系统和一个分系统组成，其中主控制中心设在二教学楼第二层设备间中，分控设在四教二楼设备间，各分系统再和主控中心主控制机房相连接，广播系统主控制中心可对分系统在同一时间播放相同或不同广播内容。校园广播系统主控制区广播系统在功能上，不仅能够完全实现传统校园广播系统的所有功能，还可实现：如多路分区播音、校园网直播或点播、定点直播（除播音室之外，学校重大活动、会议的实况；播音室与总控室异地安置；分系统音源对全系统）等。所以根据需要把整个学校分为教学区、实验实训区、生活区、户外运动区且每个都独立成区，以满足各个区对广播的不同要求，各区也可以独立自成子系统，独立播放各区自己的广播内容。根据校园网建设的需要，光纤要沿校区的主干道敷设，广播的主控室在二教学楼的第二层，广播线路的传输可以利用光纤线路来进行信号传输。音频信号通过音频处理器传出以后接光端机，把电信号转换成光信号，使光信号沿光纤传输，到分控的位置再接光端机把光信号转换成电信号，然后通过网络信号选择器，选择从主控室发出的各路信号，再通过功率放大器使传输过来的信号放大，通过扬声器把声音信息传输出来。广播信号经光纤主干到达各功能区后，将户外功能区设计为定压传输，室内功能区设计为定阻传输，在教学区、户外运动区、实验实训区和生活区接网络信号选择器，通过主控软件实施分级管理，以满足个性化需求的目的。户外功能区直接通过网络信号选择器，进行可寻址广播，其中运动场和户外广播都通过这种方式达到公共广播的效果。设计如图4.2所示为整个校园的运动场和户外的广播系统拓扑。图4.2 校园广播扬声器扑图第三节 控制中心设计一、主控中心设计主控中心系统构成包括音源、调音台、音频服务器、网络音箱、数字网络广播终端、功放、模拟音箱、电源管理器以及用于监听各个广播点的监听终端等。广播信号通过校园网进行传输，模拟音源信号需要通过调音台输出到音频服务器，经服务器转换为数字信号传送到校园网；数字音源信号直接输出到校园网；教室内使用网络音箱，直接通过网络连接；楼道内广播和室外广播音箱需要连接到本区的功放，然后通过本区的数字网络广播终端连接到校园网。根据距离最小材料最节省，把主控中心设置在二教学楼第二层设备间中。主控中心设备结构如图4.3所示。图4.3 主控中心设备结构二、分控中心设计校园数字广播的分控室设计在四教学楼第二层设备间的。对于普通教室，要求实现单点控制；对于其他广播点，划分为若干区域，可以实现全校广播或选择任意区域广播。除285个教室内广播使用网络音箱外，其余广播点分为4个区，分区设计拓扑图如下。教学楼为一个区，每栋教学楼控制本楼内楼道广播点、大厅广播点，控制室在四教的设备间；宿舍和食堂为一个区，控制室在二教设备间；校内道路和运动场广播为一个区，广播点音箱悬挂于路灯灯柱上，控制室在二教设备间；实验实训楼为一个区，控制室在四教。分控中心设备结构如图4.4所示。图4.4 分控中心拓扑图三、IP地址段的应用网络内的每件设备都会有一个或多个网络模块，即网卡用来同其他设备进行通信。因此在网络终端安装联线之前都要被分配一个不同的IP地址，用于同服务器及其他终端设备之间进行通信。所以合理规划IP地址是保证系统正常运行的关键。目前使用IP地址为IPv4，32bit地址，为了方面人们记忆使用“点分十进制法”表示IP地址。例如：，其中192.168.1表示网络标示，1表示的是主机地址。局域网内一般使用私有IP地址（只在局域网上使用的地址），其使用范围为：A类：55，B类：55，C类： 55。根据系统网络终端的个数选择合适网段的IP地址，例如：某网络广播系统配置了230个网络广播终端，即主机位个数为23