IP廣播系統(tǒng)，IP網(wǎng)絡(luò)廣播，IP公共廣播系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和技術(shù)分析

摘要：本文以音頻處理技術(shù)和IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)方案，然后結(jié)合該系統(tǒng)方案對(duì)阿壩師范高等專科學(xué)校的校園廣播進(jìn)行了設(shè)計(jì)。該方案主要包括模擬音源、語(yǔ)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(guò)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(guò)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(yǔ)音信號(hào)，再經(jīng)過(guò)功放放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。該系統(tǒng)*基于在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行建設(shè)，無(wú)需單獨(dú)布線，大大簡(jiǎn)化了廣播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，操作更加簡(jiǎn)單，功能更完善，是公共廣播系統(tǒng)必然的發(fā)展方向。

IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)緒論

廣播的和意義

廣播系統(tǒng)作為一種zui直接有效的信息傳輸工具，它被廣泛的應(yīng)用于諸如休閑娛樂(lè)、危險(xiǎn)報(bào)警、應(yīng)急指揮、信息發(fā)布等領(lǐng)域,起著重要作用。因此對(duì)于廣播系統(tǒng)就要有嚴(yán)格的要求，如具有穩(wěn)定可靠，功能強(qiáng)大，音質(zhì)清晰，操作方便，自動(dòng)播放，分點(diǎn)、分區(qū)控制，智能化程度高等一系列特點(diǎn)。

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(wèn)題,已不能很好地滿足生活的需要。

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(wèn)題。本文正是基于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和音頻處理技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)。

公共廣播系統(tǒng)的發(fā)展

公共廣播系統(tǒng)在改革開(kāi)放以前就已經(jīng)廣泛存在于我國(guó)的農(nóng)村、*、機(jī)關(guān)、學(xué)校以及工廠企業(yè)當(dāng)中，用于轉(zhuǎn)播*及各級(jí)政府的新聞、發(fā)布通知等。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*、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]。當(dāng)時(shí)中國(guó)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。然而，由于技術(shù)水平的限制，當(dāng)時(shí)遍布中國(guó)大陸的廣播系統(tǒng)基本上都屬于“功放+高音喇叭型”，是zui簡(jiǎn)單的廣播系統(tǒng)。

在改革開(kāi)放以后，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，公共廣播有了很大改變。由于信息渠道逐漸增多，以前簡(jiǎn)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。與以前簡(jiǎn)單的廣播系統(tǒng)相比較，改革開(kāi)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(guò)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]。在質(zhì)量指標(biāo)方面廣播系統(tǒng)也有了規(guī)范，以前的廣播只要求能聽(tīng)見(jiàn)“話匣子”說(shuō)什么就可以了，沒(méi)有其他的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，現(xiàn)在在系統(tǒng)的信噪比、功率、失真等各個(gè)方面都有了標(biāo)準(zhǔn)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，公共廣播系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)逐漸開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，使得公共廣播系統(tǒng)進(jìn)入了智能化管理階段，初期主要是采用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行管理。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)。直到2000年，全部使用計(jì)算機(jī)管理的產(chǎn)品才開(kāi)始陸續(xù)在市場(chǎng)上出現(xiàn)。大部分智能化公共廣播系統(tǒng)都是使用一臺(tái)通用的 PC 機(jī)來(lái)進(jìn)行管理，并由通用的鍵盤進(jìn)行操控^[3]。一些更加專業(yè)的產(chǎn)品，像迪士普的 MAG 智能化系列，則是由一臺(tái)的主機(jī)虛擬了系統(tǒng)中除功放以外的所有環(huán)節(jié)，直接在主機(jī)屏幕上操控。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(jiǎn)單，功能上更加靈活完善。

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。然而模擬功率信號(hào)傳輸線路不僅需要較大的線路截面，而且在多路傳輸、多點(diǎn)控制及各個(gè)終端之間的互動(dòng)方面存在很大的不便，又很容易受到干擾，不便于遠(yuǎn)距離傳輸。隨著音頻處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)公共廣播模擬信號(hào)傳輸方式已經(jīng)能由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸取代，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸廣播音頻數(shù)據(jù)不僅解決了模擬信號(hào)傳輸所存在的問(wèn)題，還大大簡(jiǎn)化了廣播系統(tǒng)布局，只需將數(shù)字音頻終端接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)即可構(gòu)成功能強(qiáng)大的數(shù)字化廣播系統(tǒng)，每個(gè)接入點(diǎn)無(wú)需單獨(dú)布線，*基于現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)^[4]。正是由于這種系統(tǒng)布局簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)使得網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)在我國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)，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。

IP網(wǎng)絡(luò)廣播的主要內(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。

本文首先對(duì)公共廣播系統(tǒng)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀、公共廣播系統(tǒng)的類型及組成結(jié)構(gòu)作了介紹。并對(duì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案涉及的相關(guān)技術(shù)及概念作了詳細(xì)的研究。

其次本文對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案方案主要包括模擬音源、語(yǔ)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。系統(tǒng)的工作流程，首先通過(guò)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(guò)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(yǔ)音信號(hào)，再經(jīng)過(guò)功放放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。網(wǎng)絡(luò)主機(jī)可以通過(guò)登錄系統(tǒng)服務(wù)器來(lái)查看終端狀態(tài)、進(jìn)行節(jié)目管理等。

zui后，在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)完成后，將該方案應(yīng)用到阿壩師范高等專科學(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。

IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)方案相關(guān)概念

公共廣播系統(tǒng)

公共廣播系統(tǒng)（Public Address System簡(jiǎn)稱PA），是指廣泛用在現(xiàn)在各種場(chǎng)館、大廈、小區(qū)、酒店、公園、學(xué)校等場(chǎng)合，為公眾發(fā)布實(shí)時(shí)信息的廣播系統(tǒng)。通常用于廣播背景音樂(lè)，發(fā)布信息，廣播尋人，以及消防廣播等。

公共廣播系統(tǒng)的組成

公共廣播系統(tǒng)基本可以分為四個(gè)部分：節(jié)目源設(shè)備、信號(hào)放大處理設(shè)備、傳輸線路和揚(yáng)聲

器系統(tǒng)。

（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(wú)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(lè)器等。

（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。通常由均衡器、前置放大器、功率放大器和各種控制器材及音響加工設(shè)備等等周邊設(shè)備組成。

（3）傳輸線路

傳輸線路是傳輸廣播音響信號(hào)的通道，可以根據(jù)系統(tǒng)和信號(hào)的傳輸方式進(jìn)行選擇，一般分為模擬音頻線路、數(shù)字雙絞線線路、流媒體（IP）數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線路和數(shù)控光纖線路四種。

（4）揚(yáng)聲器系統(tǒng)

作為信號(hào)的輸出設(shè)備，由一個(gè)或幾個(gè)揚(yáng)聲器和相應(yīng)的附件如障板、喇叭、分頻網(wǎng)絡(luò)等組成的，作為驅(qū)動(dòng)電路和周圍空氣間耦合的設(shè)備。目的是為了獲得所需頻率特性、聲場(chǎng)分布以及特殊聲音效果等。

公共廣播系統(tǒng)的分類

（1）公共廣播系統(tǒng)按照信號(hào)傳輸、處理方式大體分可分為：傳統(tǒng)公共廣播系統(tǒng)、數(shù)字可尋址廣播系統(tǒng)和媒流體（IP）智能數(shù)字廣播。

① 傳統(tǒng)公共廣播系統(tǒng)是通過(guò)音頻線把模擬功率信號(hào)傳輸?shù)浇K端揚(yáng)聲器上，系統(tǒng)易受環(huán)境干擾，傳輸距離很短，音質(zhì)不佳，多路廣播時(shí)容易產(chǎn)生串音，設(shè)備線路固定，而且使用人工管理的工作方式等一系列問(wèn)題使它在很多方面受到限制。

② 數(shù)字可尋址廣播系統(tǒng)在傳統(tǒng)廣播的基礎(chǔ)上增加了控制信號(hào)，音頻信號(hào)、控制信號(hào)的傳輸全在數(shù)位域進(jìn)行，具有更遠(yuǎn)的傳輸距離和更好的傳輸效果；實(shí)現(xiàn)了分區(qū)控制，通過(guò)軟件可實(shí)現(xiàn)多個(gè)區(qū)域的獨(dú)立控制和任意組合，也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制。

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(guò)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)。它是基于互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)的純數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)，無(wú)需另行布線，可利用現(xiàn)有的校園網(wǎng)或內(nèi)部局域網(wǎng)。

（2）公共廣播系統(tǒng)根據(jù)使用性質(zhì)、建筑規(guī)模和功能要求可以分以下三種類型。

① 業(yè)務(wù)性質(zhì)的廣播系統(tǒng)

學(xué)校、辦公樓、醫(yī)院、商業(yè)寫字樓、鐵路客運(yùn)站、航空港、工廠、銀行及車站等建筑物可以設(shè)置業(yè)務(wù)性廣播，以便滿足以業(yè)務(wù)及行政管理為主的業(yè)務(wù)廣播要求。 　　

② 服務(wù)性質(zhì)的廣播系統(tǒng)

旅館、賓館、商場(chǎng)娛樂(lè)設(shè)施以及大型的公共場(chǎng)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(lè)和客房節(jié)目廣播, 以服務(wù)為主要宗旨，為人們提供娛樂(lè)性音樂(lè)類廣播節(jié)目。

③ 火災(zāi)事故廣播系統(tǒng)

主要用于發(fā)生火災(zāi)事故時(shí),方便消防人員通過(guò)火災(zāi)事故廣播指引人們快速撤離危險(xiǎn)場(chǎng)所。

IP廣播系統(tǒng)的單播/組播/廣播

（1）單播 (unicast)
單播是在Client和Server之間建立一個(gè)一對(duì)一的通訊通道，交換機(jī)和路由器只對(duì)服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)而不進(jìn)行復(fù)制。這樣，有多少個(gè)客戶對(duì)Server點(diǎn)播同一個(gè)節(jié)目，那么Server就要做多少次同樣的發(fā)送動(dòng)作，服務(wù)器負(fù)荷非常大。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)。由于其能夠針對(duì)每個(gè)客戶的及時(shí)響應(yīng)，所以現(xiàn)在的網(wǎng)頁(yè)瀏覽全部都是采用IP單播協(xié)議，比如現(xiàn)在的網(wǎng)頁(yè)瀏覽、網(wǎng)頁(yè)里內(nèi)嵌的在線播放、在線網(wǎng)絡(luò)游戲就是這種單播方式。單播可以對(duì)Client的暫停/繼續(xù)，快進(jìn)/快退，拖進(jìn)度條等操作做出響應(yīng)。不過(guò)如果網(wǎng)絡(luò)上廣泛應(yīng)用的IPTV Server做成滿足單播的話，要求點(diǎn)播的Client太多服務(wù)器就扛不住了。

（2）廣播 (broadcast)

廣播是將發(fā)出的信號(hào)無(wú)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。這樣做顯然Server是zui輕松的，只發(fā)一份數(shù)據(jù)出去，讓底下的線路自己去復(fù)制。但若Internet上不加限制的話，那將會(huì)造成很大的寬帶資源浪費(fèi)，所以IP協(xié)議里就只允許在同網(wǎng)段里廣播，禁止跨網(wǎng)段廣播。由于其不用路徑選擇，所以其網(wǎng)絡(luò)成本可以很低廉。我們常見(jiàn)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。

（3）組播 (multicast，或翻譯成“多播”)

組播是將具有相同請(qǐng)求的Client加入同一個(gè)組，Server對(duì)每一個(gè)組只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，然后由交換機(jī)和路由器復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)組員。這樣既能一次將數(shù)據(jù)發(fā)送給有需求的Client，又避免將信息強(qiáng)加給不需要它的用戶，減少了寬帶浪費(fèi)的同時(shí)又減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。顯然，組播是廣播和單播綜合體，并且做到了取長(zhǎng)補(bǔ)短。

IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.2.1 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)。C/S結(jié)構(gòu)的工作原理是用前端計(jì)算機(jī)上安裝的專門應(yīng)用程序來(lái)操作后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。我們通常所說(shuō)的客戶端實(shí)質(zhì)上也就是這里所說(shuō)的前端應(yīng)用程序，主要任務(wù)是向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)提出請(qǐng)求和接收處理數(shù)據(jù)的工作，如我們常用的、等聊天工具；后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器(Server)主要任務(wù)是提供完善的安全保護(hù)及對(duì)數(shù)據(jù)的完整性處理等操作，并允許多個(gè)客戶同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器程序被啟動(dòng)后，就隨時(shí)等待響應(yīng)客戶程序發(fā)來(lái)的請(qǐng)求。C/S結(jié)構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而降低了系統(tǒng)的通訊開(kāi)銷。

如圖2-1所示，用戶通過(guò)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(kù)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(kù)服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器會(huì)對(duì)這些請(qǐng)求語(yǔ)句進(jìn)行執(zhí)行并返回結(jié)果，進(jìn)而客戶端對(duì)來(lái)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。對(duì)用戶而言，整過(guò)過(guò)程就好像只在自己的電腦上完成一樣，網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器都被隱藏了起來(lái)。

服務(wù)器經(jīng)常使用高性能的PC機(jī)、小型機(jī)或工作站，并且使用大型數(shù)據(jù)庫(kù)，如SQL Server、Oracle。在客戶端應(yīng)當(dāng)安裝專門的客戶端軟件。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)。傳統(tǒng)的C/S體系結(jié)構(gòu)雖然采用的是開(kāi)放模式，但這只是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一級(jí)的開(kāi)放性，在特定的應(yīng)用中無(wú)論是Client端還是Server端都需要特定的軟件支持。由于沒(méi)能提供用戶真正期望的開(kāi)放環(huán)境，C/S結(jié)構(gòu)的軟件需要針對(duì)不同的操作系統(tǒng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不同版本的軟件。另外，采用c/s架構(gòu)，要選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的真正“統(tǒng)一”，使分布于兩地的數(shù)據(jù)同步*交由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)去管理，但邏輯上兩地的操作者要直接訪問(wèn)同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)才能有效實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，如果需要建立“實(shí)時(shí)”的數(shù)據(jù)同步，就必須在兩地間建立實(shí)時(shí)的通訊連接，保持兩地的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器在線運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)管理工作人員既要對(duì)服務(wù)器維護(hù)管理，又要對(duì)客戶端維護(hù)和管理，這需要高昂的投資和復(fù)雜的，維護(hù)成本高，維護(hù)任務(wù)量也大。

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2-2所示。它是隨著Internet技術(shù)的興起，對(duì)C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。在這種體系結(jié)構(gòu)下，用戶的工作界面通過(guò)瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)，只需要安裝有瀏覽器，像WINDOWS系統(tǒng)自帶的Internet Explorer，服務(wù)器使用SQL Server、Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)^[5]。瀏覽器通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。比較簡(jiǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，形成所謂3層結(jié)構(gòu)。這樣大大簡(jiǎn)化了客戶端電腦的載荷，減輕了系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)的工作量及成本，在總體上降低了系統(tǒng)的成本。

所謂的3層結(jié)構(gòu)(3-tier )，是在3層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，將系統(tǒng)整體劃分為應(yīng)用層(商用邏輯)、客戶層(用戶界面)、數(shù)據(jù)層(數(shù)據(jù)庫(kù))3層。在客戶端只有用戶界面，其余都安裝在服務(wù)器上。客戶端用來(lái)接收用戶的操作及表示來(lái)自應(yīng)用層的處理結(jié)果。由于將應(yīng)用軟件與客戶端進(jìn)行分離，以及安裝在服務(wù)器上的原因，在商用邏輯發(fā)生變化的情況下，只須要改變服務(wù)器端的應(yīng)用軟件即可，不會(huì)牽連到整個(gè)系統(tǒng)。

使用B/S體系架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不僅可以在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中使用，而且外部也可以使用，如果想要在外部使用，只需要能夠上網(wǎng)就行了，對(duì)集團(tuán)式的、大型的公司使用比較適合，尤其是在不同的地點(diǎn)有公司、店面或者需要使用到這個(gè)平臺(tái)的用戶。而如果C/S結(jié)構(gòu)需要遠(yuǎn)端連接，公司就需要在各Site部署IPSec VPN來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前，軟件系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)越來(lái)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。對(duì)一個(gè)稍微大一點(diǎn)的單位來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)管理人員如果需要在幾百甚至上千部電腦之間來(lái)回奔跑，效率和工作量是可想而知的，但B/S架構(gòu)的軟件只需要管理服務(wù)器就行了，所有的客戶端只是運(yùn)行瀏覽器，基本不需要做任何的維護(hù)。無(wú)論用戶的規(guī)模有多大，有多少分支機(jī)構(gòu)都不會(huì)增加任何維護(hù)升級(jí)的工作量，所有的操作只需要針對(duì)服務(wù)器進(jìn)行。所以客戶機(jī)越來(lái)越“瘦”，而服務(wù)器越來(lái)越“胖”，這也是將來(lái)信息化發(fā)展的主流方向。今后，軟件升級(jí)和維護(hù)會(huì)越來(lái)越容易，而使用起來(lái)會(huì)越來(lái)越簡(jiǎn)單。

2.3 音頻信號(hào)處理技術(shù)

2.3.1 數(shù)字音頻信號(hào)的采集

通過(guò)麥克風(fēng)捕獲到的信號(hào)是模擬信號(hào)，它是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。這個(gè)模擬信號(hào)的振幅就是音量，它的頻率就是音調(diào)。正常情況下人耳可以感受到的聲波范圍是從20Hz 的低頻聲音到20kHz的高頻聲。我們可以通過(guò)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)。*步是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，是將模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間的周期固定的離散函數(shù)。根據(jù)奈奎斯特（Harry Nyquist）定理可知，為了以后能夠恢復(fù)模擬信號(hào)的原來(lái)的面貌，采樣的頻率應(yīng)該大于或等于模擬信號(hào)zui高頻率的兩倍；第二步是對(duì)采樣后得到的離散信號(hào)進(jìn)行編碼，就是使用二進(jìn)制編碼來(lái)表示各個(gè)離散信號(hào)的幅度，也就是所謂的脈沖編碼調(diào)制（pulse code modulation，PCM）。在硬件主要是使用由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和采樣保持器構(gòu)成的音頻輸入設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的^[6]。

2.3.2 音頻數(shù)據(jù)壓縮

由于采集來(lái)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(guò)壓縮，那么保存它們就需要大量的存貯空間，傳輸起來(lái)也比較困難，所以我們先得對(duì)其進(jìn)行壓縮。

音頻壓縮是指在引入損失很小且不損失有用信息量的條件下，對(duì)PCM編碼（即原始數(shù)字音頻信號(hào)流）使用適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)處理，降低其碼率，也稱為壓縮編碼。它必須具有與它相應(yīng)的逆變換，稱為解碼或解壓縮。

音頻壓縮技術(shù)分為有損（lossy）無(wú)和無(wú)損（lossless）壓縮壓縮兩大類，而根據(jù)壓縮方案的不同，又可將其劃分為變換壓縮、時(shí)域壓縮、子帶壓縮，以及各種技術(shù)相融合的混合壓縮等。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。且因各種壓縮技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，其算法也有所不同。

數(shù)字音頻壓縮技術(shù)的應(yīng)用范圍廣闊，市場(chǎng)前景良好，一些大公司和的研究機(jī)構(gòu)都不遺余力地開(kāi)發(fā)自己的技術(shù)及產(chǎn)品。因此，對(duì)音頻壓縮技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理就顯得非常重要了。在這一方面取得成功的主要是MPEG-1音頻（ISO/IEC11172-3）。MPEG-1對(duì)音頻壓縮共規(guī)定了三種模式，即層Ⅰ（ASPEC）、層Ⅱ（MP2，又稱MUSICAM），層Ⅲ（即MP3）。因?yàn)樵谥朴啒?biāo)準(zhǔn)的時(shí)候?qū)Χ喾N壓縮技術(shù)進(jìn)行了認(rèn)真的考察，并且充分考慮了算法的可實(shí)現(xiàn)性（復(fù)雜度）和實(shí)際應(yīng)用條件，因此三種模式應(yīng)用都很廣泛。VCD當(dāng)中采用的音頻壓縮技術(shù)就是MPEG-1層Ⅰ；MUSICAM因其具有復(fù)雜程度的適當(dāng)和聲音質(zhì)量的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在DAB、數(shù)字演播室、DVB等數(shù)字節(jié)目的交換、制作、存儲(chǔ)、傳送之中；MP3是在綜合了ASPEC和MUSICAM的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出的混合壓縮技術(shù)，MP3在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，其復(fù)雜度相對(duì)較高，編碼在時(shí)性方面存在問(wèn)題，但MP3因其高水準(zhǔn)的聲音質(zhì)量和低碼率的特點(diǎn)，使得它深受軟解壓與網(wǎng)絡(luò)廣播的喜用。

2.3.2.1 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(jiǎn)稱為MP3。MP3是被設(shè)計(jì)用來(lái)大幅度地減少音頻數(shù)據(jù)量，是在綜合了ASPEC和MUSICA的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出的混合壓縮技術(shù)。由于人耳只對(duì)20Hz~20kHz頻率范圍內(nèi)的聲音信號(hào)敏感，MP3因此利用這種特性，將時(shí)域波形信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)，并且將頻域信號(hào)劃分成多個(gè)頻段，對(duì)各個(gè)頻段使用不同的壓縮比，在對(duì)信號(hào)保證不失真的條件下，對(duì)低頻信號(hào)使用小的壓縮比，對(duì)高頻使用大的壓縮比（也可能忽略信號(hào)）。如此一來(lái)就相當(dāng)于拋棄人耳基本上聽(tīng)不到的高頻聲音，而只保留人耳能聽(tīng)到的低頻部分，從而將信號(hào)以1∶10甚至1∶12的壓縮比進(jìn)行壓縮。壓縮成容量較小的文件，而對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)講重放的音質(zhì)與zui初的不進(jìn)行壓縮的音頻相比沒(méi)有明顯的下降。

雖然MP3對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行了高壓縮處理，但由于其除去的大都是人耳基本聽(tīng)不到的高頻成分，所以MP3壓縮在音質(zhì)上聽(tīng)起來(lái)幾乎沒(méi)有影響。MP3以它高品質(zhì)的音質(zhì)以及開(kāi)放、免費(fèi)等特點(diǎn)，不管是在網(wǎng)絡(luò)上還是現(xiàn)實(shí)生活中，都占據(jù)了其堅(jiān)實(shí)的地位，各種與MP3相關(guān)的軟件產(chǎn)品層出不窮，很多的硬件產(chǎn)品也都支持MP3，我們能夠買到的VCD/DVD播放機(jī)，便攜的MP3播放器，手機(jī)等等，它已經(jīng)成為目前zui為普及的音頻壓縮格式。

2.3.2.2 MP3編碼

MP3編碼主要由3大功能模塊組成，包括混合濾波器組（子帶濾波器和MDCT）、心理聲學(xué)模型、量化編碼（比特和比特因子分配和哈夫曼編碼）。

    （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。子帶濾波器組編碼完成樣本信號(hào)從時(shí)域到頻域的映射，并將規(guī)定的音頻信號(hào)通過(guò)帶通濾波器組分解成32個(gè)子帶輸出。子帶濾波器組輸出的32個(gè)子帶寬度是相等的，而從心理聲學(xué)模型得出來(lái)的臨界帶寬卻并不是等帶寬的，因此為了使得臨界頻帶與進(jìn)行編碼的各個(gè)比例因子帶相匹配，就需要對(duì)各個(gè)子帶信號(hào)做MDCT變換。MDCT濾波器組將子帶濾波器組的輸出細(xì)分為18條頻線，32個(gè)組共產(chǎn)生576條頻線。然后再利用心理聲學(xué)模型中計(jì)算出來(lái)的子帶信號(hào)的信掩比，來(lái)決定576條譜線的比特?cái)?shù)的分配。

（2）心理聲學(xué)模型。心理聲學(xué)模型的原理是利用人耳聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)對(duì)高頻信號(hào)的不敏感性，移除大量人耳不能分辨的信號(hào)，以達(dá)到壓縮音頻信號(hào)的目的。在使用心理聲學(xué)模型之前要先對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，使信號(hào)有很好的頻域解析度，以便于計(jì)算。MPEG－I使用了兩種心理聲學(xué)模型，*種在編碼比特率高時(shí)提供適當(dāng)精度，計(jì)算比較簡(jiǎn)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。MP3編碼中一般使用第二種心理聲學(xué)模。計(jì)算出各個(gè)子帶的掩蔽域值是心理聲學(xué)模型的目的，并以此控制量化的過(guò)程。通常用FFT求出信號(hào)的頻譜特性來(lái)實(shí)現(xiàn)心理聲學(xué)模型過(guò)程的*步，根據(jù)頻譜特性找出各頻率點(diǎn)上的非音調(diào)成分(也稱噪音成分)和音調(diào)成分（有些稱為音樂(lè)成分）；然后根據(jù)掩蔽域曲線確定各個(gè)非音調(diào)成分和音調(diào)成分在其它頻率點(diǎn)的掩蔽域值；zui后將求出各頻率點(diǎn)的總體掩蔽域折算到編碼子帶中。原始信號(hào)與zui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。響度和頻率決定了一個(gè)給定信號(hào)的掩蔽能力，因此心理聲學(xué)模型的zui后輸出是信掩比SMR(signal一to一mask radio)，即信號(hào)強(qiáng)度和掩蔽閾值的比率。

（3）量化編碼。量化編碼的比特分配和量化是使用一個(gè)三層迭代循環(huán)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這三層包括：內(nèi)層循環(huán)、外層循環(huán)以及幀循環(huán)。內(nèi)層迭代模型對(duì)輸入矢量進(jìn)行量化，通過(guò)遞增量化步長(zhǎng)來(lái)使得量化輸出能夠在一定的比特位數(shù)限制之內(nèi)被編碼；外層迭代模型首先使用內(nèi)層迭代模型，然后再調(diào)用外層迭代模型；幀循環(huán)復(fù)位全部的迭代變量，并計(jì)算能夠提供給每節(jié)數(shù)據(jù)的zui大比特?cái)?shù)。哈夫曼編碼對(duì)量化的zui大值有限制，如果它的zui大值超過(guò)了限制，那么內(nèi)層迭代循環(huán)就需要遞增量化步長(zhǎng)，重新進(jìn)行量化，所以就需要事先判斷所有的量化的zui大值是否超過(guò)限制。然后計(jì)算哈夫曼編碼的位數(shù)，由幀循環(huán)計(jì)算出的每節(jié)編碼所能夠提供的zui大比特?cái)?shù)要大于其所占的比特?cái)?shù)，否則也要增加量化步長(zhǎng)重新再進(jìn)行量化。只有當(dāng)量化滿足要求以后，才將zui終的比例銀子數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，然后跳出外層循環(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)。  

2.3.2.3 MP3解碼

MP3解碼原理：MP3解碼得整個(gè)過(guò)程是先將MP3數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解包，解出邊帶信息和幀頭信息；然后再使用霍夫曼解碼解出比特分配信息；接著在逆變換中利用頻譜系數(shù)，在綜合濾波器當(dāng)中把32位子帶合并成一個(gè)寬帶信號(hào)。18個(gè)頻譜值執(zhí)行32位IMDCT（逆改進(jìn)型離散余弦變換），然后再將生成的576個(gè)頻譜值轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度為32的18個(gè)連續(xù)的頻譜。經(jīng)過(guò)18次的運(yùn)算，這些頻譜將會(huì)被多相位綜合濾波器轉(zhuǎn)換到時(shí)域，完成波形的重構(gòu)，zui后生成立體聲PCM音頻碼流。MP3解碼流程如圖2-2所示。

PCM信號(hào)進(jìn)行MP3壓縮時(shí)，以1152個(gè)PCM采樣值為單位，封裝成長(zhǎng)度固定的MP3數(shù)據(jù)幀，其中幀是MP3文件zui小的組成單位。在解碼的時(shí)候，利用數(shù)據(jù)幀里面的信息就可以將1152個(gè)PCM采樣值恢復(fù)出來(lái)了。這1152個(gè)采樣值共被分成兩個(gè)粒度組，一個(gè)粒度組包含了576個(gè)采樣值。

（1）幀頭信息的讀取以及數(shù)據(jù)流的同步。MP3音頻解碼過(guò)程中的*步就是使解碼器與輸入數(shù)據(jù)流同步，MP3數(shù)據(jù)流的同步是以幀為單位，每一幀的幀頭都包含同步信息。這個(gè)同步信息是由連續(xù)的12比特的‘1’組成。在啟動(dòng)解碼器后，可以通過(guò)搜索數(shù)據(jù)流中的12比特長(zhǎng)的同步字來(lái)完成。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。

（2）主數(shù)據(jù)的讀取在MP3編碼過(guò)程中使用了比特池技術(shù)，所以當(dāng)前幀的主數(shù)據(jù)不一定全部都在當(dāng)前幀中，在解碼過(guò)程中，必須結(jié)合主數(shù)據(jù)開(kāi)始指針的值來(lái)確定主數(shù)據(jù)的開(kāi)始位置。主數(shù)據(jù)包含的數(shù)據(jù)有縮放因子、哈夫曼數(shù)據(jù)及附加數(shù)據(jù)。這些字段在主數(shù)據(jù)中有固定的格式。

（3）反量化和哈夫曼解碼在MP3編碼的過(guò)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。編碼和量化主要是經(jīng)過(guò)循環(huán)迭代來(lái)完成的，循環(huán)模塊使用三層來(lái)描述，其中zui高層為幀循環(huán)，它調(diào)用外層迭代循環(huán)，而外層迭代循環(huán)又調(diào)用內(nèi)層迭代循環(huán)。但是在解碼得過(guò)程中，哈夫曼解碼以及反量化過(guò)程是分開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于都是用不同的哈夫曼表來(lái)對(duì)每個(gè)粒度組的頻率線進(jìn)行編碼的，所以在解碼的過(guò)程中，需要使用不一樣的解碼方法。反量化頻譜過(guò)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(lái)恢復(fù)576個(gè)頻率線的真實(shí)值。

（4）反混疊和重排序。反量化過(guò)程當(dāng)中得到的頻譜值是按照不同順序排列的。在編碼的MDCT過(guò)程當(dāng)中，是先按子帶然后按頻率來(lái)對(duì)于長(zhǎng)窗產(chǎn)生的頻譜值進(jìn)行排列；對(duì)于短窗，是照子帶、窗、頻率的順序來(lái)對(duì)所產(chǎn)生的頻譜值進(jìn)行排列的。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。解碼時(shí)，重排序及時(shí)將短窗中的頻譜值重新進(jìn)行排列。同樣，在編碼的MDCT過(guò)程中，為了得到更好的頻域特性，對(duì)長(zhǎng)窗對(duì)應(yīng)每個(gè)子帶進(jìn)行了去混疊處理，為了得到正確的音頻信號(hào)，在解碼時(shí)必須對(duì)長(zhǎng)窗對(duì)應(yīng)的子帶進(jìn)行混疊重建。

（5）逆向離散余弦變換。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。逆向離散余弦變換的計(jì)算十分復(fù)雜，為了提率，可以對(duì)計(jì)算做一些優(yōu)化。

（6）頻率反轉(zhuǎn)和子帶合成頻率反轉(zhuǎn)是對(duì)逆向離散余弦變換的輸出值中的奇數(shù)號(hào)子帶（0到31號(hào)子帶中的1，3，5，...，31）中的奇數(shù)號(hào)樣本值（每個(gè)子帶中的 0到17號(hào)樣本值的1，3，5，...，17號(hào)樣本值）進(jìn)行反相處理，用來(lái)補(bǔ)償編碼時(shí)為提高離散余弦變換效率而進(jìn)行的頻率反轉(zhuǎn)。子帶合成濾波器將32個(gè)帶寬相等的子帶中的頻域信號(hào)反變換成時(shí)域信號(hào)。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(guò)一系列的計(jì)算還原出32個(gè)PCM數(shù)字音頻信號(hào)的過(guò)程。子帶合成過(guò)程先將32個(gè)子帶樣值進(jìn)行逆向離散余弦變換，生成64個(gè)中間值，將這64個(gè)中間值轉(zhuǎn)入到一個(gè)長(zhǎng)為1024點(diǎn)的類似*先出FIFO的緩存，再在這1024個(gè)值中抽取一半，構(gòu)成一個(gè)512個(gè)值的矢量，再進(jìn)行加窗運(yùn)算，zui后將加窗結(jié)果進(jìn)行疊加生成32個(gè)時(shí)域輸出。

音頻信號(hào)傳輸

由于傳輸技術(shù)、設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，對(duì)于遠(yuǎn)距離廣播音頻傳輸，聲音質(zhì)量往往難以保證。如何快速而低廉地構(gòu)建高質(zhì)量遠(yuǎn)距離的音頻傳輸平臺(tái)，滿足廣播的需要，是我們亟待解決的問(wèn)題。

傳統(tǒng)的廣播信號(hào)傳輸方式主要為微波、光纖、調(diào)頻無(wú)線、ISDN（即窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、傳輸器、普通或GSM等，但這些傳輸方式都存在不同程度的缺點(diǎn)。

微波、光纖及無(wú)線調(diào)頻傳輸方式能提供高質(zhì)量的音頻傳輸，但對(duì)于遠(yuǎn)距離、直播地點(diǎn)不確定時(shí)，往往難以達(dá)到快速布點(diǎn)及有效保障。ISDN在我國(guó)除北京、上海、廣州等少數(shù)大城市有一些應(yīng)用外，目前已經(jīng)逐漸淡出市場(chǎng)。而且對(duì)于跨省市的電信局之間，ISDN還存在調(diào)試?yán)щy、線路不穩(wěn)定的情況。用普通或GSM，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(zhǎng)時(shí)間的直播就不太合適。用傳輸器傳輸音頻信號(hào)是一種相對(duì)較好的方式，但也存在設(shè)備價(jià)格昂貴，實(shí)際應(yīng)用中兩臺(tái)機(jī)器連接數(shù)率在24 kbps以上時(shí)容易出現(xiàn)掉線。所以為保障安全連接，一般都選用9.6 kbps至 21.6 kbps之間的連接速率，故此聲音頻響只能達(dá)到5～12 kHz，從而影響到了節(jié)目的傳輸質(zhì)量^[7]。

2.3.3.1 TCP/UDP

在互聯(lián)網(wǎng)上要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接，主要應(yīng)用到傳輸層協(xié)議。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。而在實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層用戶接口，其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。

在TCP/IP層結(jié)構(gòu)模型中，傳輸層的功能是使源端主機(jī)和目標(biāo)端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話。在傳輸層定義了兩種服務(wù)質(zhì)量不同的協(xié)議。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]。

TCP協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議。能夠提供可靠的、全雙工的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，具有確認(rèn)、數(shù)據(jù)流控制、多路復(fù)用和數(shù)據(jù)同步等功能，適合無(wú)差錯(cuò)高質(zhì)量數(shù)據(jù)的傳輸。由于TCP協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)完整性和正確性的苛刻要求，不得不在協(xié)議自身中加入大量控制內(nèi)容。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。由于這些數(shù)據(jù)的加入，導(dǎo)致發(fā)送端和接收端的計(jì)算量加大，并且，由于這些控制數(shù)據(jù)的加入，使得傳輸數(shù)據(jù)的體積也加大了很多，加重了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。這些問(wèn)題zui后都指向一個(gè)致命的問(wèn)題：數(shù)據(jù)的延遲性被增大了。因此TCP協(xié)議不適合傳輸實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)和突發(fā)性的大量數(shù)據(jù)^[9]。

UDP協(xié)議是一種無(wú)連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡(jiǎn)單不可靠信息傳送服務(wù)。UDP 并不提供對(duì)IP 協(xié)議的可靠機(jī)制、流控制以及錯(cuò)誤恢復(fù)功能等。雖然UDP提供的是無(wú)連接的、不可靠的數(shù)據(jù)傳送方式，但是相對(duì)于TCP協(xié)議，UDP協(xié)議減少了確認(rèn)、同步等操作，節(jié)省了很大的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，它能夠提供高傳輸效率的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性傳輸，在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸中應(yīng)用廣泛^[10]。

盡管UDP協(xié)議延時(shí)較小，但在不可靠網(wǎng)絡(luò)條件下，這仍然是影響傳輸?shù)闹匾蛩亍Ｔ谶@種情況下，通常在客戶端設(shè)定一個(gè)緩沖區(qū)來(lái)減少網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)。接收到的數(shù)據(jù)包先壓入緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)中達(dá)到預(yù)定數(shù)量的包后，開(kāi)始解碼播放。這樣可以減少延時(shí)變化的影響，這種緩沖區(qū)的大小應(yīng)該是隨著網(wǎng)絡(luò)的變化而變化。選定緩沖區(qū)的大小至關(guān)重要，因?yàn)槿绻彌_區(qū)過(guò)小，一些zui終能到達(dá)甚至馬上就到到達(dá)的數(shù)據(jù)包可能會(huì)被認(rèn)為丟包而遺棄，增大的丟包的可能性。相反，如果緩沖區(qū)設(shè)定過(guò)大，將有更大延時(shí)，而延時(shí)的過(guò)大將有可能超過(guò)人耳能夠覺(jué)察的門限值。

總結(jié)起來(lái)，UDP協(xié)議被廣泛地使用在對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性很高而對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求不是非常高的場(chǎng)合。而當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)傳輸物理介質(zhì)的高速提升(光纖)也降低了數(shù)據(jù)包丟失的幾率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)很好的時(shí)候，UDP協(xié)議的這兩個(gè)缺點(diǎn)又可以很大程度上被克服。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。所以，只要找到數(shù)據(jù)傳輸速度、延時(shí)及丟包三者的平衡點(diǎn)，就可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量音頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠傳輸。

2.3.3.2 RTP/RTCP/RTSP

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP（Real-Time Transport Protocol）是針對(duì)Internet上多媒體數(shù)據(jù)流的一個(gè)傳輸協(xié)議，被定義為在一對(duì)一或一對(duì)多的傳輸情況下工作，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。RTP的典型應(yīng)用建立在UDP上，但也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。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]。

流媒體的傳輸是需要數(shù)據(jù)的適時(shí)的到達(dá)用以播放和回放，威脅多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)尖銳的問(wèn)題就是不可預(yù)料數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間。RTP協(xié)議就是提供了時(shí)間標(biāo)簽,序列號(hào)以及其它的結(jié)構(gòu)用于控制適時(shí)數(shù)據(jù)的流放。在流的概念中“時(shí)間標(biāo)簽”是zui重要的信息。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。在接受端收到數(shù)據(jù)包后,就依照時(shí)間標(biāo)簽按照正確的速率恢復(fù)成原始的適時(shí)的數(shù)據(jù)。不同的媒體格式調(diào)時(shí)屬性是不一樣的。但是RTP本身并不負(fù)責(zé)同步，RTP只是傳輸層協(xié)議，為了簡(jiǎn)化運(yùn)輸層處理，提高該層的效率。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。同步就是屬于應(yīng)用層協(xié)議完成。它沒(méi)有運(yùn)輸層協(xié)議的完整功能，不提供任何機(jī)制來(lái)保證實(shí)時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)，不支持資源預(yù)留，也不保證服務(wù)質(zhì)量。RTP報(bào)文甚至不包括長(zhǎng)度和報(bào)文邊界的描述。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(jiǎn)單性。
RTP協(xié)議和UDP二者共同完成運(yùn)輸層協(xié)議功能。UDP協(xié)議只是傳輸數(shù)據(jù)包，不管數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r(shí)間順序。RTP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP分組來(lái)承載的。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。而UDP的多路復(fù)用讓RTP協(xié)議利用支持顯式的多點(diǎn)投遞，可以滿足多媒體會(huì)話的需求。RTP協(xié)議雖然是傳輸層協(xié)議但是它沒(méi)有作為OSI體系結(jié)構(gòu)中單獨(dú)的一層來(lái)實(shí)現(xiàn)。RTP協(xié)議通常根據(jù)一個(gè)具體的應(yīng)用來(lái)提供服務(wù)，RTP只提供協(xié)議框架，可以根據(jù)應(yīng)用的具體要求對(duì)協(xié)議進(jìn)行充分的擴(kuò)展。
實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP(Real-Time 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。在RTP會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包，包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料。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。RTP和RTCP配合使用，能以有效的反饋和zui小的開(kāi)銷使傳輸效率佳化，故特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)^[11]。

當(dāng)應(yīng)用程序開(kāi)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。RTP本身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)。在RTP的會(huì)話之間周期的發(fā)放一些RTCP包以用來(lái)傳監(jiān)聽(tīng)服務(wù)質(zhì)量和交換會(huì)話用戶信息等功能。RTCP包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料。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。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和zui小的開(kāi)銷使傳輸效率佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶間的數(shù)據(jù)傳輸反饋信息，可以制定流量控制的策略，而會(huì)話用戶信息的交互，可以制定會(huì)話控制的策略。

RTSP（Real Time Streaming Protocol），實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議體系中的一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。該協(xié)議定義了一對(duì)多應(yīng)用程序如何有效地通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或UDP完成數(shù)據(jù)傳輸^[10]。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTSP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)。HTTP請(qǐng)求由客戶機(jī)發(fā)出，服務(wù)器做出響應(yīng)；使用RTSP時(shí)，客戶機(jī)和服務(wù)器都可以發(fā)出請(qǐng)求，即RTSP可以是雙向的。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(lái)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。因此RTSP又稱為“因特網(wǎng)錄像機(jī)遙控協(xié)議”。

IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)總體方案

作為一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，首先，它應(yīng)該具有一個(gè)或多個(gè)能提供音頻信號(hào)的設(shè)備，用于讀取音頻文件或?qū)崟r(shí)采集聲音信號(hào)，如CD機(jī)、收錄音機(jī)、卡座、傳聲器等音源設(shè)備；其次，要將上述設(shè)備輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，應(yīng)在音源設(shè)備后面應(yīng)該連接一套語(yǔ)音編碼設(shè)備，如聲卡、多路采播卡等；再次，由于廣播的應(yīng)用非常廣泛，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量非常大，單純用擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量、增加通信干線的傳輸速率的辦法是不現(xiàn)實(shí)的，我們可以利用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮，可以把信息數(shù)據(jù)量壓下來(lái)，以壓縮形式存儲(chǔ)、傳輸，既節(jié)約了存儲(chǔ)空間，又提高了通信干線的傳輸效率。對(duì)于來(lái)自語(yǔ)音編碼設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)的壓縮、存儲(chǔ)以及對(duì)來(lái)語(yǔ)音文件庫(kù)中的音頻流進(jìn)行處理并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給廣播終端等工作，可由音頻服務(wù)器來(lái)完成，由WEB服務(wù)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的訪問(wèn)提供服務(wù)；zui后，應(yīng)該有用來(lái)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)，進(jìn)行查詢、設(shè)置、修改、管理節(jié)目等工作的一些網(wǎng)絡(luò)主機(jī)，以及一些用來(lái)接收網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的音頻數(shù)據(jù)并完成將音頻數(shù)據(jù)還原成語(yǔ)音信號(hào)的功能的模塊。

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(yǔ)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 3-1所示。其中，語(yǔ)音編碼設(shè)備和主控服務(wù)器具體實(shí)現(xiàn)可以由一臺(tái)高性能的PC服務(wù)器來(lái)完成。

（1）主控服務(wù)器。按功能可分為音頻服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)，主要任務(wù)是對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)以及發(fā)送，并接收、處理客戶端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求等。

（2）網(wǎng)絡(luò)主機(jī)。為任意可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)器的主機(jī)，用戶可以運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)客戶端軟件，通過(guò)系統(tǒng)服務(wù)器的登錄與權(quán)限驗(yàn)證，就可以隨時(shí)隨地通過(guò)IP局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)絡(luò)對(duì)廣播系統(tǒng)進(jìn)行控制。用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的聲卡進(jìn)行實(shí)時(shí)采播，也可以進(jìn)行本地文件播放，并可以遠(yuǎn)程編排定時(shí)播放任務(wù)，上傳至服務(wù)器后等待服務(wù)器自動(dòng)播放。

（3）廣播終端。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)。每一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)廣播終端設(shè)備擁有獨(dú)立的IP地址，能夠?qū)崿F(xiàn)單點(diǎn)廣播。

3.2 主控服務(wù)器

如圖2.2所示，主控服務(wù)器系統(tǒng)包括音頻服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)三個(gè)部分。在系統(tǒng)構(gòu)架

上采用客戶/服務(wù)器（Client/Server）結(jié)構(gòu)來(lái)處理音頻服務(wù)器和廣播終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用瀏覽器/服務(wù)器（Brower/Server）結(jié)構(gòu)來(lái)處理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)主機(jī)之間的互動(dòng)^[12]。

3.2.1 音頻服務(wù)器

語(yǔ)音廣播內(nèi)容通常有背景音樂(lè)、音樂(lè)電鈴、廣播尋呼、信息宣傳、時(shí)事政策廣播、警示語(yǔ)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。

對(duì)于背景音樂(lè)、音樂(lè)電鈴、警示語(yǔ)等內(nèi)容比較固定的情況，通常是事先將壓縮的錄制好的聲音文件或硬盤上的音樂(lè)文件存儲(chǔ)在服務(wù)器上，需要播放時(shí)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到客戶端。音頻服務(wù)器用于對(duì)輸入的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中以及將來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的音頻流經(jīng)處理后發(fā)送出去。對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理方式取決于它是否經(jīng)過(guò)壓縮：對(duì)于已壓縮的聲音文件，我們首先必須要知道其編碼方式，將其進(jìn)行解碼還原成PCM碼，然后再按我們需要的格式進(jìn)行壓縮，我們這里使用MP3格式進(jìn)行壓縮，所以，如果是MP3格式的壓縮文件可以跳過(guò)處理過(guò)程直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)于未經(jīng)壓縮的語(yǔ)音數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)壓縮后存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

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。

 WEB服務(wù)器

WEB服務(wù)器作為B/S構(gòu)架中的server，其作用是為網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的訪問(wèn)提供服務(wù)。當(dāng)服務(wù)器收到網(wǎng)絡(luò)主機(jī)發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求后，根據(jù)要求向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)出SQL數(shù)據(jù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)常規(guī)的登陸、查詢、點(diǎn)播等功能。

數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)主要是用于存放語(yǔ)音文件和各種管理信息等，并能夠提供音頻點(diǎn)播、管理員身份驗(yàn)證、查詢和節(jié)目管理等功能。

廣播終端設(shè)計(jì)

廣播終端的結(jié)構(gòu)如圖3-3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。每一臺(tái)接收解碼設(shè)備具有獨(dú)立的IP地址，以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)廣播。

廣播和點(diǎn)播功能

廣播功能是服務(wù)器按照預(yù)先安排的節(jié)目列表在數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找相關(guān)音頻資源，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將其輸送到廣播區(qū)域進(jìn)行播放。系統(tǒng)可設(shè)定自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉主控設(shè)備電源，自動(dòng)定時(shí)播放如背景音樂(lè)，報(bào)時(shí)鈴聲，轉(zhuǎn)播電臺(tái)節(jié)目等日常節(jié)目，編程實(shí)現(xiàn)播放全程自動(dòng)化管理。平時(shí)系統(tǒng)通過(guò)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。需要發(fā)布實(shí)時(shí)信息時(shí)，可將外接音頻（卡座、CD、收音機(jī)、話筒等）接入音頻服務(wù)器實(shí)時(shí)壓縮成高音質(zhì)數(shù)據(jù)流，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送廣播數(shù)據(jù)，安裝在不同廣播終端的數(shù)字廣播終端可實(shí)時(shí)接收并通過(guò)音箱進(jìn)行播放。廣播過(guò)程中客戶端處于被動(dòng)接收狀態(tài)，無(wú)法控制音頻流^[13]。

與廣播功能的被動(dòng)接收不同，點(diǎn)播是客戶端向服務(wù)器主動(dòng)發(fā)出請(qǐng)求的過(guò)程，如圖所示。

（1） 用戶通過(guò)瀏覽器點(diǎn)擊要看的音頻文件的超鏈，這個(gè)超鏈并沒(méi)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。

（2） WEB服務(wù)器把裝有元文件的HTTP響應(yīng)報(bào)文發(fā)回給瀏覽器，

（3） 瀏覽器收到WEB服務(wù)器的響應(yīng)后，把提取出來(lái)的元文件傳送給廣播終端的音頻播放器。

（4） 音頻播放器使用元文件中的URL接入到音頻服務(wù)器，請(qǐng)求下載音頻文件。音頻服務(wù)器和播放器之間采用RTSP協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)播放的暫停、繼續(xù)、快退、快放等功能，并在UDP上傳送，保證音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

3.5 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。服務(wù)器端的管理系統(tǒng)的管理功能有:用戶配置管理 ,用于設(shè)置廣播網(wǎng)絡(luò)各層次用戶分配相對(duì)應(yīng)的操作使用權(quán)限、終端配置管理、分組配置管理、資源庫(kù)節(jié)目管理、定時(shí)任務(wù)設(shè)置、用戶配置管理、節(jié)目實(shí)時(shí)采播、庫(kù)節(jié)目播放、安全管理等。客戶端管理系統(tǒng)的管理功能有：終端狀態(tài)查詢、定時(shí)任務(wù)設(shè)置節(jié)目管理、節(jié)目實(shí)時(shí)采播、節(jié)目播放等。

第4章 IP網(wǎng)絡(luò)公共廣播系統(tǒng)的應(yīng)用

程概況

阿壩師范高等專科學(xué)校是經(jīng)批準(zhǔn)建立的高等院校，也是目前四川省內(nèi)*一所省屬公辦全日制師范高等專科學(xué)校。在經(jīng)過(guò)2008年汶川后，阿壩師范高等專科學(xué)校新校園于2011年9月在國(guó)家4A風(fēng)景區(qū)、長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)汶川縣水磨鎮(zhèn)完成了重建。

阿壩師范高等專科學(xué)校新校園占地約600畝，共有建筑33棟，建筑面積23萬(wàn)平方米,主要包括：教學(xué)樓（3棟）、行政樓、學(xué)生宿舍（8棟）、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)大樓（2棟）、學(xué)生食堂、體育館、美術(shù)樓、音樂(lè)樓、教師周轉(zhuǎn)房（8棟）、校醫(yī)院、圖文信息中心、學(xué)術(shù)交流中心。

4.2功能需求分析

（1）廣播系統(tǒng)能定時(shí)播放學(xué)校日常的音樂(lè)（如背景音樂(lè)、上下課鈴聲、保健操、英語(yǔ)聽(tīng)力、報(bào)鈴聲等），自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

（2）能轉(zhuǎn)播廣播電臺(tái)節(jié)目、調(diào)頻無(wú)線廣播，可以根據(jù)需求進(jìn)行節(jié)目點(diǎn)播。

（3）校園內(nèi)的背景音樂(lè)部分分為固定的幾個(gè)分區(qū)，可以同時(shí)收聽(tīng)同一音源，也可分別廣播。

（4）采用網(wǎng)絡(luò)化廣播系統(tǒng)，利用現(xiàn)有局域網(wǎng)，減少施工布線。

（5）除主控中心可以控制管理外，任意聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)均可以登錄管理系統(tǒng)進(jìn)行終端狀態(tài)查詢、播放控制、節(jié)目安排等操作。

（6）可以在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)對(duì)任意分區(qū)進(jìn)行廣播和尋呼。

4.3 系統(tǒng)分析

4.3.1 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)?ldquo;4A”風(fēng)景區(qū)的建設(shè)要求。

為了避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，阿壩師范高等專科學(xué)校的校園廣播系統(tǒng)采用目前*的廣播系統(tǒng)——IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，系統(tǒng)總體規(guī)劃如圖4-1所示。

該系統(tǒng)*是基于學(xué)校現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，安裝時(shí)無(wú)需單獨(dú)布線，廣播節(jié)目通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送到各個(gè)音頻終端，是真正意義上的純數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)。

廣播功放的選用

按照有線廣播及火災(zāi)事故廣播設(shè)計(jì)安裝規(guī)范的要求：“有線廣播的功放設(shè)備宜選用定電壓輸出。當(dāng)功放設(shè)備容量小或廣播范圍小時(shí)，亦可根據(jù)情況選用定阻輸出。”

由于教室揚(yáng)聲器有時(shí)需要單獨(dú)進(jìn)行節(jié)目播放，故需要單獨(dú)的功放和音頻終端，但需要的功放設(shè)備容量及廣播范圍都很小，而一般音頻終端都內(nèi)置有一定的功率的功放模塊，故可以采用定阻掛壁音箱直接連接到音頻終端，不需要功放驅(qū)動(dòng)。

而對(duì)區(qū)域性廣播，一個(gè)功放需驅(qū)動(dòng)多個(gè)揚(yáng)聲器發(fā)聲，功放設(shè)備容量較大，并且廣播線路通常都相當(dāng)長(zhǎng)，須用高壓傳輸才能減小線路損耗。

廣播功放的zui重要指標(biāo)是額定輸出功率。應(yīng)選用多大的額定輸出功率，須視廣播揚(yáng)聲器的總功率而定。對(duì)于廣播系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只要廣播揚(yáng)聲器的總功率小于或等于功放的額定功率，而且電壓參數(shù)相同，即可隨意配接，但考慮到線路損耗、老化等因素，應(yīng)適當(dāng)留有功率余量。

按照有線廣播及火災(zāi)事故廣播設(shè)計(jì)安裝規(guī)范的要求，功放設(shè)備的容量（相當(dāng)于額定輸出功率）一般應(yīng)按公式（4-2）計(jì)算：

                                    P = K₁·K₂·ΣP₀                              （4-2）

式中 P — 功放設(shè)備輸出總電功率（W）；

K₁ — 線路衰耗補(bǔ)償系數(shù)：1.26 ~ 1.58；

K₂ — 老化系數(shù)：1.2 ~ 1.4；

P₀ — 每一分路（相當(dāng)于分區(qū)）同時(shí)廣播時(shí)zui大電功率；

      P₀ = K_i·P_i 

P_i — 第i分區(qū)揚(yáng)聲器額定容量；

K_i — 第i分區(qū)同時(shí)需要系數(shù);

      服務(wù)性廣播客房節(jié)目，取0.2 ~ 0.4；

      背景音樂(lè)系統(tǒng)，取0.5 ~ 0.6；

      業(yè)務(wù)性廣播，取0.7 ~ 0.8；

      火災(zāi)事故廣播，取1.0。

對(duì)于背景音樂(lè)系統(tǒng)，根據(jù)上述內(nèi)容可知，廣播功放的額定輸出功率應(yīng)是廣播揚(yáng)聲器總功率的1.3倍左右。對(duì)于緊急廣播，根據(jù)有線廣播及火災(zāi)事故廣播設(shè)計(jì)安裝規(guī)范的要求，緊急廣播功放的額定輸出功率應(yīng)是廣播揚(yáng)聲器容量zui大的三個(gè)分區(qū)中揚(yáng)聲器容量總和的1.5倍。

4廣播分區(qū)

對(duì)于學(xué)校來(lái)說(shuō)，通常校園的不同區(qū)域?qū)V播的需求是不盡相同的，為了便于播放及管理，廣播系統(tǒng)需要?jiǎng)澐殖扇舾蓚€(gè)相對(duì)獨(dú)立的廣播分區(qū)，由管理人員（或預(yù)編程序）決定各個(gè)廣播分區(qū)的廣播內(nèi)容。

阿壩師范高等專科學(xué)校的廣播區(qū)域主要有：教學(xué)樓（3棟）、行政樓、學(xué)生宿舍（8棟）、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)大樓（2棟）、學(xué)生食堂、體育館、美術(shù)樓、音樂(lè)樓、教師周轉(zhuǎn)房（8棟）、校醫(yī)院、圖文信息中心、學(xué)術(shù)交流中心。

各個(gè)教室經(jīng)常需要進(jìn)行單獨(dú)教學(xué)節(jié)目播放，必須分別作為一個(gè)廣播點(diǎn)，同時(shí)也可以任意地組合（如按年級(jí)、按樓層等）進(jìn)行區(qū)域廣播；行政樓、學(xué)生宿舍（8棟）、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)大樓（2棟）、學(xué)生食堂、體育館、美術(shù)樓、音樂(lè)樓、教師周轉(zhuǎn)房（8棟）、校醫(yī)院、圖文信息中心、學(xué)術(shù)交流中心以及綠化帶一般沒(méi)有特殊要求，可以分別劃分為一個(gè)區(qū)域。各個(gè)區(qū)域可以共同播放一套節(jié)目，也可以同時(shí)播放不同節(jié)目。

廣播系統(tǒng)分區(qū)的實(shí)現(xiàn)主要采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。辦公樓、學(xué)生宿舍、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)大樓、學(xué)生食堂、操場(chǎng)、教師宿舍、校醫(yī)院、圖書館、學(xué)術(shù)交流中心和綠化帶分別安置一臺(tái)語(yǔ)音終端，用來(lái)對(duì)廣播信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)接收及解壓，還原后的模擬信號(hào)通過(guò)功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)音響、音柱等發(fā)聲。每個(gè)語(yǔ)音終端具有獨(dú)立的IP地址，主控服務(wù)器可以通過(guò)校園網(wǎng)對(duì)各個(gè)語(yǔ)音終端進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)尋址和分組尋址，達(dá)到分區(qū)廣播的目的。各個(gè)廣播分區(qū)設(shè)備配置如表4-1所示。

表 4-1 各個(gè)廣播分區(qū)設(shè)備配置表

4.4.4 傳輸線路

在廣播系統(tǒng)工程施工過(guò)程中，人們往往將注意力集中在相關(guān)的器材配套上面，而忽略了對(duì)廣播傳輸電纜的選擇。其實(shí)，對(duì)于一個(gè)廣播系統(tǒng)工程來(lái)說(shuō)，要獲得令人滿意的音響效果，除了應(yīng)配備高質(zhì)量的廣播器材（功率放大器、揚(yáng)聲器等）以外，廣播傳輸電纜的好壞在一定程度上也影響著聲音的質(zhì)量。 

IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)僅在語(yǔ)音源和音箱喇叭兩側(cè)采用模擬技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)的傳輸平臺(tái)基于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，安裝時(shí)無(wú)需單獨(dú)布線；系統(tǒng)模擬部分采用有線定壓傳輸方式，銅導(dǎo)線因它具有電阻率較小、價(jià)格適中、性價(jià)比等特點(diǎn)，是目前廣播系統(tǒng)使用zui廣泛線材。

廣播傳輸線路除了對(duì)線材選取有要求外，對(duì)其線徑大小也有一定要求。理論上講，線徑愈粗，線路傳輸損耗愈小，但是隨之而來(lái)的問(wèn)題是，工程造價(jià)大大增加，施工難度加大了。因此確定線材的同時(shí)也要對(duì)線材的導(dǎo)體截面積進(jìn)行選取，一般傳輸線路的導(dǎo)體截面積大小和導(dǎo)體材料，長(zhǎng)度，負(fù)載，允許衰耗有關(guān)。其計(jì)算方法如公式^[15]

                       S=nLP/U² (mm²)                                    (4-2)

式中  S——為傳輸線路的導(dǎo)體截面積大小；

L——為傳輸里程；

P——為負(fù)載揚(yáng)聲器功率；

U——為傳輸線電壓；

n的大小同線材的電阻率及允許衰耗有關(guān)，常見(jiàn)工程情況下的n的值如表4-2所示。

表4-2不同導(dǎo)體材質(zhì)和允許衰耗值時(shí)系數(shù)n的選擇

4.4.5 控制中心設(shè)計(jì)

廣播系統(tǒng)控制中心主要安裝模擬音源和主控服務(wù)器等相關(guān)設(shè)備。主控服務(wù)器主要提供節(jié)目資源庫(kù)管理、終端設(shè)備管理、用戶管理與*、定時(shí)任務(wù)管理等；模擬音源包括卡座、DVD、收音機(jī)、調(diào)諧器、話筒等，它們輸出地模擬信號(hào)通過(guò)服務(wù)器聲卡，實(shí)時(shí)壓縮成數(shù)字音頻信號(hào)，以數(shù)據(jù)流形式在網(wǎng)絡(luò)上傳送。相關(guān)設(shè)備有數(shù)字調(diào)音器、電源管理器，以及用于監(jiān)聽(tīng)各個(gè)廣播點(diǎn)的監(jiān)聽(tīng)終端等。

IP廣播系統(tǒng)，IP網(wǎng)絡(luò)廣播，IP公共廣播系統(tǒng)拓?fù)鋱D