【正文】 圍空氣間耦合的設(shè)備。 （ 1）節(jié)目源設(shè)備 節(jié)目源 設(shè)備是一種向廣播音響系統(tǒng)提供節(jié)目源的設(shè)備，包括傳聲器、調(diào)頻調(diào)幅收音機(jī)、無線電廣播 、 激光唱機(jī)和錄音卡座等設(shè)備，此外還有傳聲器、電子樂器等。 最后，在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)完成后，將該方案應(yīng)用到 阿壩師范高等?？茖W(xué)校的校園廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，校園廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要側(cè)重于對(duì)系統(tǒng)的分區(qū)、設(shè)備的配置及選用工作。 其次本文對(duì) IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。正是由于這種系統(tǒng)布局簡單、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)使得網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)在我國迅速發(fā)展起來，而且，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，網(wǎng)絡(luò)廣播也將獲得更大的發(fā)展空間。與常規(guī) 廣播 系統(tǒng) 相比，智能化廣播系統(tǒng) 的 組成 大為 簡單， 功能 上 更 加 靈活完善。直到上 個(gè) 世紀(jì)末，把整 的 個(gè)公共廣播系統(tǒng)全 部納 于計(jì)算機(jī)管理之下的 設(shè)備 基本上還 未 出現(xiàn)。由于信息渠道逐漸增多，以前簡單的、統(tǒng)一的公共廣播網(wǎng)，逐漸向個(gè)性化、多樣化和功能化發(fā)展。公社廣播站管理的廣播系統(tǒng)就是當(dāng)時(shí)農(nóng)村公共廣播的一個(gè)典型例子，每家每戶都安裝有一個(gè)作為廣播終端的“話匣子”；在部隊(duì)、城鎮(zhèn)中，各單位都有廣播室，到處都掛有揚(yáng)聲號(hào)角（俗稱“高音喇叭” ） [1]。 然而傳統(tǒng)的廣播系統(tǒng)，普遍采用音頻或調(diào)頻方式，受到電壓、功率、阻抗等因數(shù)影響，傳輸距離短，頻率低，易受干擾，系統(tǒng)擴(kuò)展性差，以致音質(zhì)不佳 維護(hù) 管理復(fù) 雜， 互 動(dòng) 性能差等 問題 ,已不能很好地 滿足 生活 的需要 。 Audio Processing Technology。該方案主要包括模擬音源、語音編碼設(shè)備、主控服務(wù)器、音頻終端、網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和揚(yáng)聲器模塊幾個(gè)部分。 首先 通過編碼設(shè)備將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)， 數(shù)字信號(hào)經(jīng)過音頻服務(wù)器處理后，以 IP數(shù)據(jù)報(bào)的形式傳送到各個(gè)音頻 終端，音頻終端將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼還原 成原 始模擬語音信號(hào)，再經(jīng)過功放放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。 Public Broadcasting。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展， IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和音頻處理技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)能很好地解決傳統(tǒng)模擬廣播系統(tǒng)存在的音質(zhì) 不佳、易受干擾、維護(hù)管理復(fù)雜，缺乏互動(dòng)性等問題。當(dāng)時(shí)中國大陸，幾乎每個(gè)單位都有廣播系統(tǒng)，對(duì)于教 育、動(dòng)員群眾，發(fā)布政令起著十分重要的作用。與以前 簡單的 廣播系統(tǒng)相比較， 改革開放以后的廣播系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有了很大的進(jìn)步，通過 增加分區(qū)、定時(shí)控制、警報(bào)等 環(huán)節(jié) ，使廣播系統(tǒng)的功能大大加強(qiáng) [2]。 直到 2021年， 全 部使用 計(jì)算機(jī)管理的 2 產(chǎn)品 才開始陸續(xù)在市場上出現(xiàn)。 在傳統(tǒng)的公共廣播系統(tǒng)中，信息是靠模擬功率信號(hào)傳輸?shù)模刂圃O(shè)備集中于機(jī)房。 研究的主要內(nèi)容 本文主要是基于 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和音頻處理技術(shù)，完成了一個(gè)數(shù)字 IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，并將該方案應(yīng)用于阿壩師范高等專科學(xué)校的校園廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)方案 方案主要包括模擬音源、語音編碼設(shè)備、主控服務(wù)器、音頻終端、網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和揚(yáng)聲器模塊幾個(gè)部分。 3 第 2章 IP 網(wǎng)絡(luò)廣播相關(guān)概念 公共廣播系統(tǒng) 公共廣播系統(tǒng) （ Public Address System簡稱 PA），是指廣泛用在現(xiàn)在各種場館、大廈、小區(qū)、酒店、公園、學(xué)校等場合，為公眾發(fā)布實(shí)時(shí)信息的廣播系統(tǒng)。 （ 2）信號(hào)放大處理設(shè)備 作用是對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)、放大、均衡、混響、壓縮、分頻、降噪、濾波等處理，以獲得理想的信號(hào)輸出。目的是為了獲得所需頻率特性、聲場分布以及特殊聲 音 效果等。 ③ 媒流體（ IP）智能數(shù)字廣播 將廣播的音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸 IP數(shù)據(jù)包，再由終端解碼還原為音頻信號(hào)。 ② 服務(wù)性質(zhì)的廣播系統(tǒng) 旅館、賓館、商場娛樂設(shè)施 以及 大型 的 公共 場合應(yīng)該 設(shè)置服務(wù)性廣播 ,服務(wù)性廣播 主要內(nèi)容 是背景音樂和客房節(jié)目廣播 , 以服務(wù)為主要宗旨 ， 為人們提供 娛樂 性音樂類廣播節(jié)目 。優(yōu)點(diǎn)是 服務(wù)器針對(duì)每個(gè)客戶不同的請(qǐng)求發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，容易實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)。 （ 2）廣播 (broadcast) 廣播是將發(fā)出的信號(hào)無條件地復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)用戶不管是否需要，都可以接收到。我們常見的有線電視網(wǎng)實(shí)際就是一個(gè)廣播型網(wǎng)絡(luò)，電視機(jī)實(shí)際上是接受到所有頻道的信號(hào)，但只將一個(gè)頻道的信號(hào)還原成畫面。 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) C/S體系結(jié)構(gòu) C/S 結(jié)構(gòu)，即客戶和服務(wù)器 (Client/Server)結(jié)構(gòu)。 如圖 21 所示，用戶通過客戶端進(jìn)行操作，客戶端程序會(huì)對(duì)這些操作進(jìn)行相應(yīng)處理，當(dāng)需要對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取時(shí)，客戶端程序會(huì)向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器會(huì)對(duì)這些請(qǐng)求語句進(jìn)行執(zhí)行并返回結(jié)果，進(jìn)而客戶端對(duì)來自服務(wù)器的返回結(jié)果進(jìn)行處理，再將結(jié)果輸出以回應(yīng)用戶的操作。目前大部分應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎都是采用 Client/Server 形式的兩層結(jié)構(gòu)。 用 用用 用用 用 用 用 用 用用 用 用 用用 用 用 用 用 用用 用用 用 S Q L 用 用用 用 S Q L 用 用用 用 S Q L 用 用用 用 用 用 用 用 用 用 用S Q L 用用響 應(yīng) 圖 21 C/S 結(jié)構(gòu)示意圖 B/S體系結(jié)構(gòu) B/S（ Browser/Server）結(jié)構(gòu)，即瀏覽器服務(wù)器結(jié)構(gòu) ,B/S結(jié)構(gòu)示意圖如圖 22所示。比較簡單的部分事務(wù)在 B/S結(jié)構(gòu)前端就可以實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)是在服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)的，形成所謂 3層結(jié)構(gòu)?？蛻舳擞脕斫邮沼脩舻牟僮骷氨硎緛碜詰?yīng)用層的處理結(jié)果。 目前，軟件系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)越來越頻繁， B/S架構(gòu)的產(chǎn)品明顯體現(xiàn)著更為方便的特性。今后，軟件升級(jí)和維護(hù)會(huì)越來越容易，而使用起來會(huì)越來越簡單。我們可以通過兩步把種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。 音頻數(shù)據(jù)壓縮 由于采集來的音頻數(shù)據(jù)有著相當(dāng)巨大的數(shù)據(jù)量，如果事先不經(jīng)過壓縮，那么保存它們就需要大量的存貯空間，傳輸起來也比較困難，所以我們先得對(duì)其進(jìn)行壓縮。根據(jù)壓縮技術(shù)的不同，其算法的音頻質(zhì)量、復(fù)雜程度（包括空間復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度）、算法效率（也就是壓縮比例），以及編解碼延時(shí)等均有很大的差異。在這一方面取得成功的主要是 MPEG1音頻（ ISO/IEC111723）。 MP3概述 MP3是一種音頻壓縮技術(shù)，其全稱是動(dòng)態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面 3（ Moving Picture Experts Group Audio Layer III），簡稱為 MP3。壓縮成容量較小的文件，而對(duì)于大多數(shù)用戶來 講 重放的音質(zhì)與最初的不 進(jìn)行 壓縮 的 音頻相比沒有明顯的下降。 （ 1）混合濾波器 組這部分包括子帶濾波器組和 MDCT（ Modified Discrete Cosine Transform,改進(jìn)型離散余弦變換）兩部分。然后 再 利用 心理聲學(xué)模型中計(jì)算出來的子帶信號(hào)的信掩比， 來 決定 576條譜線的比特?cái)?shù) 的 分配。 MPEG－ I 使用了 兩種心理聲學(xué)模型，第一種在編碼比特率 高 時(shí)提供適當(dāng)精度，計(jì)算 比較 簡單 ； 第二種一般在較低比特率編碼時(shí)使用 ， 模型比較復(fù)雜。原始信號(hào) 與 最終的壓縮數(shù)據(jù)被解碼后的結(jié)果 是否 可以不加區(qū)分 取決于 對(duì)于子帶濾波器組輸出的譜值量化后產(chǎn)生的噪聲 是否 能夠被控制 于 掩蔽域值以下。這三層包括：內(nèi)層循環(huán) 、 外層循環(huán) 以及 幀循環(huán)。 只有 當(dāng)量化滿足要求 以 后， 才將 最終的比例銀子數(shù)值 進(jìn)行存儲(chǔ) ， 然后 10 跳出外層循環(huán)，并在幀循環(huán) 當(dāng) 中計(jì)算 出 存儲(chǔ)每節(jié)數(shù)據(jù)所用的比特位數(shù)。 MP3 解碼流程如圖 22 所示。 （ 1） 幀頭信息的讀取 以及 數(shù)據(jù)流的同步。在同步 后面接著 的數(shù)據(jù)就是幀頭信息，包括填充位、采樣率、比特率等信息。 （ 3） 反量化 和 哈夫曼解碼在 MP3編碼 的 過程 當(dāng) 中， 按照 心理聲學(xué)模型的輸出，對(duì)離散余弦變 換的輸出樣本的量化和分配 是 以粒度為單位進(jìn)行 的 ， 然后 再對(duì)量化的結(jié)果進(jìn)行哈夫曼編碼。反量化頻譜過程就是基于所得到的哈夫曼解碼數(shù)據(jù)，根據(jù)幀邊信息 和 逆量化全縮放公式，對(duì)于不同的窗類型 使用 不同的公式 來 恢復(fù) 576個(gè)頻率線的真實(shí)值。為了 增加 哈夫曼編碼效率，短窗中的數(shù)據(jù)按照子帶、頻率、窗的順序被重新 進(jìn)行 排列。逆向離散余弦變換主要是使用逆向離散余弦變換的公式，對(duì)反量化得出的信號(hào)進(jìn)行變換。子帶合成是逆向離散余弦變換后的一個(gè)通道中 32 個(gè)子帶的樣值，經(jīng)過一系列的計(jì)算還原出 32個(gè) PCM 數(shù)字音頻信號(hào)的過程。 傳統(tǒng)的廣播信號(hào)傳輸方式主要為微波、光纖、調(diào)頻無線、 ISDN（即窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、數(shù)字 12 電話傳輸器、普通電話或 GSM移動(dòng)電話等，但這些傳輸方式都存在不同程度的缺點(diǎn)。用普通電話或 GSM 移動(dòng)電話，聲音質(zhì)量太差，做短時(shí)間的信息播報(bào)尚可，作為大時(shí)段長時(shí)間的直播就不太合適。根據(jù) OSI 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)定義，網(wǎng)絡(luò)由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層 7層組成。即： TCP（ transmission control protocol）傳輸控制協(xié)議和 UDP（ user datagram protocol）用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 [8]。這些控制內(nèi)容可以用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)包的時(shí)序，完整性，正確性等。 UDP 協(xié)議是一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)。在這種情況下，通常在客戶端設(shè)定一個(gè)緩沖區(qū)來減少網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)。相反，如果緩沖區(qū)設(shè)定過大，將有更大延時(shí)，而延時(shí)的過大將有可能超過人耳能夠覺察的門限值。因此， UDP協(xié)議比較適合作為實(shí)時(shí)高質(zhì)量音頻數(shù)據(jù)的傳輸。 RTP本身只保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠 RTCP提供這些服務(wù) [11]。發(fā)送端依照即時(shí)的采樣在數(shù)據(jù)包里隱蔽的設(shè)置了時(shí)間標(biāo)簽。將部分運(yùn)輸層協(xié)議功能（比如流量控制）上移到應(yīng)用層完成。同時(shí) RTP協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文和控制報(bào)文的使用相鄰的不同端口，這樣大大提高了協(xié)議的靈活性和處理的簡單性。在承載 RTP數(shù)據(jù)包的時(shí)候，有時(shí)候一幀數(shù)據(jù)被分割成幾個(gè)包具有相同的時(shí)間標(biāo)簽，則可以知道時(shí)間標(biāo)簽并不是必須的。 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 RTCP(RealTime Transport Control Protocol)負(fù)責(zé)管理傳輸質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)程之間交換控制信息。 當(dāng)應(yīng)用程序開始一個(gè) RTP會(huì)話時(shí)將使用兩個(gè)端口：一個(gè)給 RTP，一個(gè)給 RTCP。因此，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。該協(xié)議定義了一對(duì)多 應(yīng)用程序 如何有效地通過 IP網(wǎng)絡(luò) 傳送多媒體數(shù)據(jù)。 RTSP協(xié)議以客戶服務(wù)器方式工作，它是一個(gè)應(yīng)用層的多媒體播放控制協(xié)議，用來使用戶在播放從因特網(wǎng)下載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)能夠進(jìn)行控制，如：暫停、繼續(xù)、快退、快進(jìn)等。 綜上所述，整個(gè) IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)模型主要由模擬音源、語音編碼設(shè)備、主控服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和廣播終端這幾個(gè)部分組成，如圖 31所示。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)主機(jī)。系統(tǒng)服務(wù)器上的播放任務(wù)將音頻數(shù)據(jù)文件以 IP數(shù)據(jù)報(bào)文方式發(fā)送到廣播終端，在廣播終端上進(jìn)行解碼還原為音頻流，再對(duì)后級(jí)功放或音箱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 瀏 覽 器W E B 服 務(wù) 器（ I I S ）音 頻 服 務(wù) 器H T T P 請(qǐng) 求H T T P 響 應(yīng)數(shù) 據(jù) 庫網(wǎng) 絡(luò) 音 頻設(shè) 備 圖 32 主控服務(wù)器結(jié)構(gòu)組成圖 音頻服務(wù)器 語音廣播內(nèi)容通常有背景音樂、 音樂電鈴 、廣播 尋呼 、 信息宣傳 、 時(shí)事政策廣播 、警示語等，而不同的播放數(shù)據(jù)，音頻服務(wù)器的處理方式也有所不同。 而對(duì)于廣播 尋呼 、 信息宣傳 、 時(shí)事政策廣播 等實(shí)時(shí)音頻播放，則不能事先錄制好和儲(chǔ)存在服務(wù)器中，而是在發(fā)送方邊錄制邊發(fā)送，接收方也要求能連續(xù)播放。 廣播終端設(shè)計(jì) 廣播終端的結(jié)構(gòu)如圖 33所示，系統(tǒng)服務(wù)器上的播放任務(wù)將音頻數(shù)據(jù)文件以 IP數(shù)據(jù)報(bào)文方式發(fā)送到廣播終端，廣播終端的接收裝置從網(wǎng)絡(luò)中獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包 ,并拆分?jǐn)?shù) 據(jù)包 ,后將得到的音頻數(shù)據(jù)經(jīng)解壓縮，還原成原始數(shù)字音頻數(shù)據(jù) ,然后對(duì)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼得到模擬音頻信號(hào)，經(jīng)功放放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。平時(shí)系統(tǒng)通過讀取節(jié)目列表有序地進(jìn)行日常播放，當(dāng)有事故發(fā)生需要播放緊急廣播時(shí)，將暫停日常節(jié)目的播放，直到緊急廣播播放完畢。 W E B 瀏 覽 器 W E B 服 務(wù) 器終 端 播 放 器 音 頻 服 務(wù) 器H T T P / T C PM P 3 元 文 件R T S P / U D P 圖 34 點(diǎn)播服務(wù)工作流程圖 （ 1） 用戶通過瀏覽器點(diǎn)擊要看的音頻文件的超鏈，這個(gè)超鏈并沒有指向請(qǐng)求的音頻文件，而是指向一個(gè)包含有實(shí)際音頻文件統(tǒng)一資源定位符 URL的元文件。 軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)主要由服務(wù)器管理系統(tǒng)和客戶端管理系統(tǒng)構(gòu)成。 在經(jīng)過 2021年汶川特大地震 后， 阿壩師范高等?？茖W(xué)校 新校園于 2021年 9月在 國家 4A級(jí)風(fēng)景區(qū)、長壽之鄉(xiāng)汶川縣水磨鎮(zhèn) 完成了重建 。 （ 3） 校園內(nèi)的背景音樂部分分為固定的幾個(gè)分區(qū)，可以同時(shí)收聽同一音源，也可分別廣播。 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)總體規(guī)劃 由于 阿壩師范高等專科學(xué)校 剛完成災(zāi)后重建剛工作，校園的教學(xué)資源網(wǎng)、視頻網(wǎng)、廣播網(wǎng)、 計(jì)算機(jī)通 信網(wǎng) 等各種網(wǎng)絡(luò)都有待建設(shè)，如果每種網(wǎng)絡(luò)都自成一體，那么校園各處都會(huì)看到許多粗細(xì)不一的線纜，嚴(yán)重影響校園的美觀，也不符合當(dāng)?shù)亍?4A”風(fēng)景區(qū)的建設(shè)要求。以價(jià)格低、質(zhì)量高、售后服務(wù)優(yōu)為依據(jù)，選擇最適用的公共廣播品牌。 （ 3） 先進(jìn)性 系統(tǒng)在投資費(fèi)用許可的情況下應(yīng)充分利用現(xiàn)代最新技術(shù)