校園智能廣播工作原理及傳輸方式

　　目前校園智能廣播廠商紛紛推出了不同功能和技術水平的校園智能廣播產品，但從傳輸方式上基本上可以劃分為：定壓廣播、調頻廣播、網絡廣播 三大類。產品與技術分析各廠家都在從不同角度、不同層次大量宣傳自己的校園智能廣播產品，但在校園智能廣播系統(tǒng)的建設中，到底應該采用什么樣的技術與方案，選擇什么樣的產品與廠家?

　　對于學校來講就像是霧里看花，很難分辨出真正技術先進、性能穩(wěn)定的校園智能廣播產品。下面就校園智能廣播產品按其工作原理及傳輸方式進行解析，以供學校在校園廣播建設中參考。

　　一、定壓傳輸方式的智能廣播技術

　　背景分析：定壓廣播是最早走進校園的公共廣播，其工作原理是將音頻信號直接放大，基于功率信號進行傳輸的。為降低線路傳輸損耗，通過升壓變壓器將其 4-16Ω匹配阻抗變換到100V定壓方式進行傳輸，到終端后降壓轉換到4-16Ω的匹配阻抗上推動喇叭，一般傳輸距離是幾十米到幾百米。

　　優(yōu)點： 技術成熟、結構簡單、性能穩(wěn)定、維護容易、終端便宜。

　　目前廣泛應用在車站、碼頭、學校、商業(yè)與民用建筑的背景音樂中，并有許多廠家在此基礎上開發(fā)出可與消防系統(tǒng)聯動的緊急廣播。

　　缺點：

　　①定壓傳輸受線間變壓器帶寬、喇叭尺寸、電纜線徑等因素影響，頻響范圍在200Hz~12KHz，失真度≤10%，無法實現立體聲傳輸。

　?、诠?jié)目容量小，不能尋址控制,一條線只能傳輸一套節(jié)目，對于當前學校來講，外語聽力訓練要求多年級同步進行，傳輸一套節(jié)目是遠遠不夠的，無法滿足同時廣播和分區(qū)廣播，無法實現點對點尋址廣播。例如校長想對某個班級講話或對某幾個班講話，定壓廣播無法做到，只能所有音箱同時廣播，這就影響了別的班級正常上課。眼操只需對教室、辦公室播放，廣播操則只需對操場播放，背景音樂只需對宿舍、餐廳插播，定壓廣播是無法實現對單點或隨意分組進行班級廣播的。

　?、垡粼椿旧隙际遣捎媚M音源，無法播放數字格式音頻文件，無法實現自動播放，自動控制。定壓廣播都是按照功率匹配和阻抗匹配的原則進行設計的，一但系統(tǒng)布線安裝結束，功率擴充的容量十分有限，且節(jié)目容量也無法擴充。為了解決這個問題，包括西派公司在內的廠家推出智能控制設備，對定壓功放、周邊設備，也可定時控制功放的開關。目前帶MP3功放的存儲空間已經達到2G容量，并且?guī)в卸〞r選曲播放、定時選臺播放和定時電源供電控制功能，可以基本滿足學校日常鈴聲及操類節(jié)目的播放要求，但無法滿足外語聽力教學訓練與考試的要求。

　　二、閉路調頻智能廣播

　　技術背景分析：調頻廣播采用調頻調制的辦法，將音頻信號搭載到高頻載波上進行音頻信號的傳輸，用高頻載波的頻率變化描述音頻信號變化。

　　不同的載波頻率可以同時搭載不同的音頻節(jié)目，我國將87-108MHz劃分為調頻廣播頻段?，F階段我國城市廣播、有線電視網絡中閉路廣播都采用FM調頻廣播的方式。

　　調頻廣播可與有線電視共纜傳輸，是我國今后擴展廣播覆蓋面的主要發(fā)展方向。

　　優(yōu)點：

　?、僬{頻廣播的音頻范圍為：30Hz-7KHz，失真度≤0.7%，調頻廣播具有頻響寬、高音豐富、抗干擾能力強、失真小等優(yōu)點，并可進行立體聲傳輸。

　?、诩夹g成熟、節(jié)目容量大：閉路調頻廣播是基于有線電視的頻率分割、頻分復用的方式進行傳輸的。有線電視在我國已經歷了近20年的發(fā)展歷史，技術已經十分成熟，配套器材價格十分低廉。我國在有線電視頻率劃分上，把87-108MHz這一頻段劃分為調頻廣播頻段，專門用于調頻廣播的傳輸。調頻廣播的帶寬是 16KHz，這一頻段內可以同時傳輸60多套調頻廣播節(jié)目，可以滿足學校多年級、多分區(qū)同時廣播的要求。

　?、劭杉嫒菪?、可擴展性好：調頻廣播可以與有線電視信號在同軸網絡中共纜傳輸，同時兼容有線電視、光電混合網絡中進行幾十公里、幾百公里的遠距離傳輸。閉路調頻廣播節(jié)目容量大、可擴展性好，需要增加節(jié)目時，只需要增加調頻調制器即可，無需對布線結構做任何改動。增加終端音箱及接收設備時，只需在原線路上任意地方找一個射頻接口，滿足接收電平(45-65)dB即可，無需重新布線，只需添加功放即可。

　　缺點：

　　調頻廣播是基于弱信號方式傳輸，每個接收設備必須是有源設備，即每個音箱及終端必須外接220V電源。對于有消防廣播要求的學校，單純調頻廣播不能滿足消防規(guī)范要求。為了解決這個問題，OBT在調頻廣播的基礎上開發(fā)出了調頻轉定壓的專用設備，并預留有消防接口，這樣調頻廣播不但可以實現多路廣播，而且具有消防廣播功能，基本滿足學校的廣播要求。

　　對于調頻廣播的智能化，CEOPA在這方面做的比較成熟，節(jié)目采編播出全部采用MP3、WAV等數字格式，并在此基礎上開發(fā)出了校園智能廣播多路播出與控制軟件，采用一臺主控計算機同時播出1-8套音頻節(jié)目，同時軟件也具有按照年、月、周、日多模式設定播放列表自動定時、定點播放廣播曲目的功能。 CEOPA軟件還具有可尋址控制功能，在廣播室通過軟件控制終端音箱的開關、音量、頻率、輸入選擇、緊急廣播等功能，并可通過軟件進行一些播放任務的設定，基本滿足了校園常用的播放和控制功能。

　　在智能控制方面CEOPA采用的是載波或副載波控制技術，常見的方式有SCA調頻副載波、MSK、FSK載波控制。其傳輸理論就是將控制信號采用數字調制的辦法將控制信號調制到高頻載波上，與已調制音頻信號共纜傳輸，無需再布控制信號線。數字調制這一技術在工業(yè)自動控制領域應用已十分成熟，遠程遙感、遙測、遙控都是采用這一技術，鐵路、交通、水文、氣象等領域都有十分廣泛的應用。

　　三、數字音頻網絡廣播技術

　　背景分析：在介紹數字音頻之前，我們先來了解一下模擬音頻。模擬音頻的概念：音頻信號反應在電路中是隨時間變化的一個電壓(流)信號y=f(t)，即一個時間函數，也就是我們通常所說的模擬音頻,頻率范圍是20Hz~20KHz。

　　模擬電路中是將音頻信號直接處理、放大、錄制、傳輸或調制的。定壓廣播、調頻廣播都是直接對模擬音頻進行處理的。數字音頻的概念：數字音頻就是將連續(xù)的模擬音頻從時間分量(x軸)和幅值分量(y軸)上進行分割描述(見下圖)。x軸上的分割稱作采樣，用每秒鐘內的采樣次數來描述，即采樣頻率，采樣頻率越高，說明采樣間隔時間越短，則越有利于描述原始聲音的真實情況。y軸上的分割稱為量化，用比特Bit來描述(比特中n是2n，16bit=216=65536 份，即將音頻的幅值用65532個離散的階量來描述)，同理比特值越大，量化越精細。采樣、量化后的一個音頻信號生成一串離散的“010101………”的二進制代碼，這樣計算機就可以認識這些二進制代碼了，也就可以對其進行編輯、傳輸、復制處理了，處理數字信號是計算機的拿手好戲。模擬音頻受電子元器件自身特性的影響(每個元器件都有熱噪聲)，每處理一次都會失真一次(波形發(fā)生畸變)，產生一次噪聲積累，處理的次數越多，噪聲積累越大，信噪比(S/N)越低。數字音頻是數字格式來存貯和傳輸的，錯誤率相當低甚至是可以避免的，因此可以多次復制和傳輸，不論你怎么編輯、處理都不會產生額外的噪聲。通常 16Bit、44.1KHz立體(雙聲道)采樣，就是CD音質標準。數字音頻采樣量化(A/D轉后)的數據量是相當大的，以一秒鐘44.1KHz、 16BitCD音質來采樣一個音頻文件(立體聲雙聲道)，則16×2=32Bit，44.1KHz×32Bit=1411200(Bit)，一個漢字在電腦里占2個字節(jié)(Byte)(1Byte=8Bit)，則1秒鐘的音樂占用存貯空間=1411200/(8×2)=88220個漢字，由此得出數字音頻文件的數據量是十分龐大的。

　　對這么龐大的數據量進行直接處理、傳輸顯然是不易實現的，這樣根據人耳的聲學原理特性，對一些無用的數據(人耳聽不到的)進行壓縮，這樣就可大大降低數據量，又不影響音質。目前，音頻壓縮有WAV、MP3等多種格式，這里不再詳述。數字音頻經過數字處理后，最終還是還原成一個聲音信號播放出來(D/A轉換過程)。首先將用大量數字字符描述的數字音頻信號送到一個數/模轉換器中,(DigitaltoAnalongConverter，即DAC)線路中，將數字信號還原成一系列以時間函數變化的電壓值，然后通過整形電路，經由低通濾波器輸出。這樣比較平緩又真實的模擬脈動電壓信號送入放大器或揚聲器，再轉變成聲音信號。

　　通常數字音頻的A/D轉換(采集)和D/A轉換(還原)是計算機聲卡和專業(yè)音頻卡來完成，而壓縮、傳輸、解壓、解碼都是由專用軟件或專用芯片來完成的。音頻的編輯則由專業(yè)音頻編輯軟件來完成。

　　上面了解了數字音頻的基本知識，知道了數字音頻的優(yōu)點，對于校園廣播來講數字音頻必須在校園網上進行傳輸、播放才可實現智能廣播的功能和要求。目前我國大部分學校都建有以太網結構(TCP/IP協議)的校園網絡系統(tǒng)。從速度上來講都為1000M光纖干線，10M/100MUPT(超五類)至終端的網絡構架。前面講了那么多數字音頻的好處，校園廣播在校園網上傳輸會不會有更好的解決方案呢?

　　網絡音頻廣播從工作原理上來講，由一臺IP網絡廣播控制主機(CE-6001)、一套廣播軟件或服務器軟件(CE-6001S)，將音頻文件以IP流的方式發(fā)送給遠端網絡終端，每臺終端都應該有一個固定的IP地址及網絡模塊、一個專業(yè)數字音頻解碼裝置(軟件或硬件)、功放控制單元。

　　目前已有廠家開始研發(fā)網絡音頻廣播，并有產品推出，同時進行了宣傳。筆者認為網絡音頻廣播畢竟是一個新生事物，目前也只是處在研發(fā)階段，很少有實際應用和成功案例。

　　優(yōu)點：

　　①網絡廣播從節(jié)目的制作到傳輸全部實現了數字化、網絡化，系統(tǒng)信噪比高，不會在處理、傳輸等環(huán)節(jié)產生噪聲，從而可以獲得比較好的音質，也可以進行立體聲傳輸。

　?、趯崿F智能廣播較為容易，以太網本身就是一套雙向網絡。在以太網上通過軟件可輕而易舉地實現智能廣播的定時、尋址、分組等功能。

　?、墼诰W絡速度允許的情況下，可實現多路廣播。因為音頻文件是以數據包的方式在網絡中傳輸，所以很容易實現多路廣播，把不同的數據包發(fā)送給不同的終端就可以了。

　?、軐崿F交互方式廣播和遠程AOD。因為以太網是雙向網絡，控制主機完全可以監(jiān)測到每一個終端的工作狀態(tài)，且可對其進行控制。終端也可通過液晶顯示屏與服務器對話，從服務器直接點播，這樣大大地方便了外語教學。

　?、莨芾矸奖悖翰僮魅藛T只要在校園網上的任意一臺計算機就可實現對主機的全部管理與操作功能，也可在校園內任意一臺計算機上實現節(jié)目的制作與傳輸。

　　缺點：

　?、賹τ跀底忠纛l文件的解壓，必須是PC+專用軟件，或專用解壓芯片，且每只終端都必須有自己的IP地址，技術含量比較高，帶來培訓方面的壓力。

　?、趦r格昂貴：當前國內沒有專業(yè)的芯片級開發(fā)商，只能用嵌入式微機+專用解壓芯片來解碼，所以導致產品價較高，國內一般學校無法承受。校園廣播建設的意見與建議綜上所述，三種校園智能廣播技術與產品各有優(yōu)缺點，不同的學校對校園廣播的功能要求也各不相同。學校在選擇校園智能廣播產品的時候，首先要明確自己的功能需求，不要盲目地追求“技術最先進、功能最強大”。新技術固然好，但對于某些用戶來講未必有用，甚至還會造成不必要的麻煩。廠家宣傳自己的產品時，往往突出甚至夸大產品的優(yōu)點，回避了一些不足和缺點。所以在選擇產品與技術時應進行多家比較，選擇“技術成熟、功能實用、性價比高”的產品。也可以從“音源、傳輸、終端”三個環(huán)節(jié)采用不同的先進技術，優(yōu)勢互補。下面以幾個不同的層次用戶案例，提出不同的建設意見。

　　一、小學校園智能廣播的建設

　　需求分析：上下課自動音樂鈴、廣播體操、眼保健操自動播放，廣播通知、廣播找人、校園區(qū)公共區(qū)播送校園廣播節(jié)目。建設意見：選用經濟、穩(wěn)定的自動定壓廣播，對于小學來講只需要播放一套節(jié)目，選用定壓廣播就可以滿足要求。另外，一般小學校園面積都不會很大，布廣播線相對也比較簡單。對于音樂鈴聲，在前端增加一臺數碼自動播放器，實現鈴聲，眼操、廣播操自動定時播放、自動控制功放開關機。該系統(tǒng)功能和音質都可以滿足校園公共廣播的要求。

　　二、中學校園智能廣播的建設

　　需求分析：中學一般都是三到六個年級，不但要求具有音樂鈴和常規(guī)校園廣播的功能，還要求用于外語聽力教學和考試，并要實現不同年級可以同時播放不同的節(jié)目，在功能上也必須是點對點可尋址控制，方便個別班級訓練考試使用。

　　因用于外語聽力訓練和考試，廣播的音質要求也相對較高，特別是中高頻部分，人聲語音要求清晰、宏厚，無背景噪聲。條件較好的學校教室內已經安裝了投影機，使用多媒體網絡終端和筆記本授課，這就要求教室音箱還應具有現場擴聲功能，并可實現本地收聽選擇、音量控制等功能。

　　建設意見：鑒于上述使用要求，建議采用數字調頻可尋址智能廣播。首先調頻廣播在節(jié)目容量上完全可以滿足多套節(jié)目同時傳輸的要求，在音質方面，調頻廣播失真度小，且可以立體聲傳輸，校園調頻廣播只經過調頻調制——解調兩個環(huán)節(jié)，如果采用高品質數字音源，音質是完全可以保證的。另外，數字音源在自動播出與智能控制方面，也有利于廣播軟件的自動播控，硬盤也可實現數千首音頻文件的海量存貯，數字格式的音頻文件計算機編輯與處理起來也十分方便。

　　在傳輸上，調頻廣播可以和有線電視共纜傳輸，無需單獨再布廣播線?？纱蟠鬁p少施工量、降低工程造價，調頻廣播總線式的布線結構，也十分方便系統(tǒng)擴容。

　　在智能播出與控制方面，智能廣播軟件自動播出與尋址控制在同一界面。音頻文件硬盤自動播出，有的軟件還具有多路節(jié)目同時播出的功能，并可自動控制音頻矩陣、調諧器等外設。可以按照多模式建立播放工作列表，實現自動播放。CEOPA可尋址編碼控制信號都采用SCA、FSK、MSK數字調制的辦法，廣播、電視、控制信號在一根同軸電纜中同步傳輸，對終端音箱實現點對點可尋址。音箱內置解碼電路，接受主控軟件的指令，執(zhí)行開關機、音量控制、頻率選擇、信號切換等動作。

　　調頻音箱是有源音箱，除了可以滿足智能廣播外，可以增加現場線路輸入、麥克輸入，用于教室現場擴聲，實現一機多用。

　　三、大學校園智能廣播的建設

　　需求分析：大學校園面積較大，一般都為數千畝，有的大學由多個分校和校區(qū)組成。大學校園都分了不同的功能分區(qū)。對校園廣播的功能，一般要求用于校廣播臺站的自辦節(jié)目，無音樂鈴、廣播操等要求，但因功能分區(qū)較為多、面積較大，所以要求不同分區(qū)同時播放不同的節(jié)目，且要求學生在不同區(qū)域可采用不同方式收聽校園廣播節(jié)目。

　　建設意見：在大學校園廣播建設中應采用多種傳輸手段、多模式同步廣播的方法。校園公共區(qū)采用有線廣播，學生宿舍及教室采用無線調頻廣播覆蓋，同時利用校園進行網絡直播或隨時點播。

　　室外音箱、音柱覆蓋生活區(qū)、宿舍、食堂、草坪等公共場所。如果采用定壓廣播100V定電壓傳輸方式，因距離遠、功率衰減大，布線施工難度也相對較大，且成本高昂。目前大學校園中都有CATV有線電視系統(tǒng)網絡，有的學校采用光電混合網絡進行傳輸。這樣建議采用“廣播、電視”兩網合一的傳輸方式，廣播信號采用有線調頻與有線電視信號“共纜傳輸”，到達不同的功能分區(qū)后，再將音頻信號與控制信號解調出來，局部小范圍采用定壓傳輸方式。在一棟建筑物內或某一分區(qū)安裝一臺調頻接收控制設備，一臺定壓功放，直接驅動定壓音箱，這樣就可以省去長距離的干線，降低施工難度和布線成本，且可以實現多路廣播和可尋址功能。

　　對于公共廣播覆蓋不到的地方或不便于安裝公共廣播的地方，可以采用無線調頻廣播的方式來覆蓋，大部分大學都建有外語電臺，也可采用外語電臺調頻發(fā)射機傳輸校園廣播信號。

　　這樣學生就可以利用調頻耳機、收音機流動收聽或個體收聽校園廣播節(jié)目。

　　在網絡發(fā)達的大學校園里，計算機和網絡遍布校園的每個工作和學習的地方，對于無法定時收聽公共廣播和調頻廣播的師生來講，可以采用網絡音頻點播的方式，將每天的廣播節(jié)目內容上傳至音頻服務器，方便播音結束后可在任意地方點播收聽，也可采用網絡音頻直播的方式，實現網絡在線收聽。大學校園廣播臺站，中心播控室應采用現代化的錄編播設備，應當設專用的錄音室與播音間，接入電話熱線直播，在錄編播各個環(huán)節(jié)，采用專業(yè)數字音頻工作站，實現錄音、編輯、審核、播出全部數字化。節(jié)目的播出采用專業(yè)智能廣播軟件實現自動化播音，智能化管理。數字音頻的優(yōu)點，前面已經講了很多，其它功能這里不再詳述。通過前面的分析，希望每所學校都能選擇到自己滿意的校園智能廣播產品，也希望各個廠家不斷推出新技術、新產品，全面推動我國教育“信息化”建設和校園廣播的“數字化、網絡化” 發(fā)展進程。