广播电台数字线路规划策略

【摘要】 随着数字化、网络化技术在音频领域的广泛应用，如何进行广播电台数字线路的规划是在机房建设或者改造工程中必须着重考虑的问题。本文中讨论的数字线路规划主要指机房之间的信号传输。作者首先分析了数字线路规划需要考虑的若干因素，包括机房分布、设备选型和项目经费、易维护性和备份应急等。并详细介绍了线路规划的三种常见方案，AES/EBU格式信号传输方案、网络音频信号传输方案和多通道数字音频传输格式（MADI）方案，并对每种方案的优缺点和应用情况进行了分析。

【关键词】 数字线路规划 AES/EBU 网络音频信号传输 多通道数字音频传输格式（MADI）

一.前言

近几年，随着数字化、网络化技术在音频领域的广泛应用，国内大部分市级以上广播电台都采用了数字调音台、数字矩阵、音频工作站、数字接口的光端机、网络音频传输等设备。这对于广大从事广播及音频技术工作的工程师来说，既需要了解这些数字音频设备的性能，也需要理解数字信号的结构特点和传输特性。数字信号的传输格式、介质、特性均与模拟信号有很大的不同，因此如何进行广播电台数字线路的规划是在机房建设或者改造工程中必须着重考虑的问题。

传输线路设计的不合理往往会造成在实际使用中出现一些莫名的问题，例如，笔者在实际工作中，曾遇到这样一个问题。从甲机房传输至乙机房的数字信号经常出现中断情况，信号源端传输正常，接收端却经常出现信号中断，通过的接口插拔可以恢复。经过测试，发现接收端接收的信号质量很差。分析原因在于两个机房位于不同楼层，且两个机房之间的连接线经过了主控机房的塞孔盘跳接，导致实际传输线之间传输距离超过180米，而且中间经过了8个接口，导致信号传输的衰减过大、信号质量较差，加上周围电磁干扰的不确定性，出现信号传输时断时续的情况。后来，我们采取的补救办法是改用模拟信号传输。

数字信号与模拟信号的最大区别在于，随着传输距离的增加和干扰的增多，模拟信号的质量下降，是信号的好、坏区别；而对于数字信号来说，当信号质量下降到一定程度后，接收设备无法识别信号，则信号中断，是有和无的区别。在安全播出来说，模拟信号传输质量问题会造成劣播，而数字信号的传输质量问题造成的可是停播事故。这就要求我们对于数字线路的规划必须在系统设计之初就进行充分的考虑和测试。

由于单个机房内的传输距离往往比较短（50米以内），且传输环境相对简单，传输所用方式往往比较明确。因此，在本文中讨论的数字线路规划主要指机房之间的信号传输，比如播出机房与主控机房之间，播出机房之间。

二.数字线路规划需考虑的因素

数字线路规划是服务于技术系统的建设的，因此在进行线路规划时，我们必须考虑技术项目本身的情况，如机房分布、线柜容量、走线空间、设备选型、项目经费、布线施工难易程度、可扩展性以及后期的维护、备份、应急等因素。下文将对这些因素进行分析。

1.机房分布

机房的分布决定了机房间距离，而传输距离是进行数字线路规划首要考虑的因素，不同的传输距离需要考虑不同的传输方式。例如在100米以内的距离，我们可以采用110Ω数字双绞线以AES/EBU格式进行传输，或者采用CobraNet、AXIA LiveWire等网络音频传输方式。而在100米――1000米以上的距离，我们可以考虑采用75Ω同轴电缆以AES/EBU格式进行传输，或者采用光缆传输。若在1000米以上的距离，一般只能采用光缆传输。

如何走线，也就是如何设计走线路径也与机房分布密切相关。对于位于不同大楼的机房，一般传输距离多在1000米以上，走线需要经过机房、大楼竖井、楼与楼之间的地井，对于远距离的大楼，甚至还要考虑租用市政地井，或者租用电信光缆等。对于位于同一个楼内但是不同楼层的机房，一般传输距离可以控制在1000m以内，走线需要经过机房、大楼竖井，这就需要考虑楼层内桥架或者地沟的位置、宽度的设计，竖井的走线空间、楼层配线间的设计等。对于位于同一个楼层内的机房，一般传输距离可以控制在100m以内，需着重考虑桥架或者地沟的位置、宽度的设计、机房配线柜的设计。

桥架和地沟的设计是否合理，决定了布线的难易程度，后期维护、扩展的的便利性，甚至能够影响传输信号的质量和传输的距离。音频信号属于弱电信号，而在实际工程中，一般还存在着强电信号，还有空调、消防等的管道。因此在设计桥架和地沟时，必须考虑弱电信号与这些管道的隔离，以减少电磁、振动等的干扰。例如，在走线时，可以考虑强电、风道等从装修吊顶层内走，而音频弱电信号从地沟走，实现强、弱电的彻底隔离；或者强电和弱电分别经过不同的可封闭的隔离桥架来减少干扰。在桥架和地沟的设计时，要注意杜绝连续直角拐弯，否则布线难度大，并且容易损伤光缆等较硬的、拐弯半径大的线缆。

桥架是支撑和放线缆的支架，一般位于装修吊顶层内或者于房间上方。桥架可分为槽式和梯式，槽式桥架如图1所示，三面密闭，顶部加盖扣板，利于信号隔离，但是必须在桥架周围留够足够的施工空间，布线相对困难。一般槽式桥架都安装在装修吊顶层内，一般都是先完成布线，封闭桥架，然后再进行土建装修吊顶封闭，若要在工程完工后，要进行二次施工或者扩容等工作时，往往会遇到装修吊顶无法打开，或者吊顶内没有足够施工空间，十分困难。采用槽式桥架，必须与土建装修密切配合，考虑布线时机及检修空间。梯式桥架如图2所示，常用于无吊顶的机房，桥架，顶部无盖。这种桥架布线容易，走线直观，多次施工也十分简便。但是由于此类桥架并不封闭，一是要注意保持桥架清洁，不适宜应用在楼道等灰尘较多的环境；二是要注意走线的规整性，否则看起来会十分凌乱，影响美观。在实际应用中，在楼道、直播机房、主控控制室等使用封闭式的槽式桥架较为合适，而梯式桥架可更多地应用于主控机房设备间或者配线间等无人值守的机房。

地沟一般指位于地板下的走线槽，功能与桥架一样，但地沟一般采用槽式。许多机房设计采用全活动地板，这样地板以下都可以作为走线空间，有些看法就认为可以不设计地沟，可以任意走线比较方便。这种看法其实不妥，地沟的作用在于强、弱电隔离，规范走线路径，便于后期维护。而且，在一些人员经常走动的机房，例如直播机房、有人值守机房等，不适于采用全活动地板，容易松动及产生噪声，因此，地沟的设计就更为重要了。

桥架和地沟的尺寸设计在实际线路规划中是个难点。设计小了不够布线容量；设计大了可能会占用强电、风道等的空间，甚至压缩施工空间导致布线困难；设计深了可能会影响整体机房的层高。因此，在应用中，首先要估算布线的种类和数量，并根据线缆半径，计算总体线缆的占用的横截面积，绑线占用空间预留20%―30%，再根据项目实际情况加上20%―50%的余量，得出桥架或者地沟的横截面积。然后再结合土建空间，来分配桥架的宽与高，一般桥架高度建议在10―20厘米之间，太浅或者太深都不利于施工。

公式为：w=×（1+a）×（1+b）]/h

w： 桥架宽度

xi：某种线缆的数量

di：某种线缆的直径

n：桥架需布线缆的种类数量

a：绑线占用空间预估，20%―30%左右

b：桥架空间预留，根据今后桥架增加线缆数量预估，一般在20%―50%左右

h：桥架高度，结合土建空间考虑，一般在10―20厘米

例如，某桥架设计高度为15厘米，布线有光缆（直径1厘米）20根，数字电缆（直径2厘米）80根，网线（直径0.8厘米）200根，则估算桥架宽度为：

（20×1×1+80×2×2+200×0.8×0.8）×1.2×1.2/15=45厘米

该公式根据笔者在实际工作的经验得出，简便实用。

2.设备选型和项目经费

在线路规划中，当然需要考虑整个广播播出传输系统的设计方案，但对于本文关注的机房之间的信号传输，最主要考虑的是传输两端的设备选型。以播出机房与主控机房之间信号传输来说，若选用设备为CobraNet网络音频传输设备，则布线必须选择网线（100米以内）或者光缆（100米以上）；若采用的是播出机房调音台与主控机房矩阵直接相连，则布线一般选择光缆的MADI传输；若直播机房采用传统的是数字调音台经过延时器输出，主控机房第一级设备是数字音频分放，则在短距离内，可以考虑采用110Ω数字音频双绞线传输，长距离要考虑采用75Ω同轴电缆以AES/EBU格式进行传输。

项目经费也是很重要的制约因素，一般的技术项目设计中，大家往往很重视设备成本，却不重视线路规划部分的，而忽略这一部分的成本估算，会对项目实施产生严重的影响，尤其是大型项目。线路规划部分的成本主要来自于线缆成本、塞孔盘、接插件（XLR接头、大三芯接头、阻抗转换器等）以及需要的传输设备、布线施工费用等。许多电台的做法是以设备费用的10%―30%来估算这部分费用，往往不太准确。对于经费使用比较严格，预算实施精确度要求比较高的电台，就必须仔细估算这部分费用，在经费紧张的情况下，可以考虑选用价格相对较低的线缆盒接插件，但首要前提是满足传输指标。

3.易维护性和备份应急

线路规划方案设计时必须要考虑该方案的易维护性和备份应急手段。易维护性一方面体现在桥架、地沟设计上，是否便于二次施工，检修口位置是否合理等，另一方面体现在配线间或者配线柜的设计上。在机房设计中，一般在多个机房集中区域可以设置一个配线间，来进行线缆的集中分配；配线间中安放的就是配线柜，一般在单个机房中也建议将线缆集中在配线柜中，便于使用、分配、后续维护及测试。

配线柜一般多采用19英寸标准机柜，根据线缆的不同类型，在机柜中安装不同种类的跳线盘。如常用的光纤配线架有FC（单模）、SC（多模）的，网络配线架有24口、48口的，同轴电缆常用Q9配线架，AES/EBU数字音频双绞线多采用卡侬塞孔盘和大三芯塞孔盘。具体采用哪种塞孔盘，要综合考虑配线柜的空间，二次施工的难易程度，维护的难易程度，跳线的成本，整体配线柜的美观等因素。例如，在配线柜空间有限，且双绞线较多的情况下，适于选用大三芯塞孔盘，因为大三芯塞孔盘较之卡侬塞孔盘需要的空间要少很多。但是大三芯塞孔盘由于密集度高，改造困难，不利于二次施工，就不适用于还有后期改造需求的系统。关于塞孔盘的选用，可以参考笔者的论文《如何选用音频跳线盘》。

使用配线柜的好处显而易见，但是多级配线柜和配线架也会造成传输通路中跳接环节过多，造成不必要的衰减，增加故障环节。因此，必须合理设计规划，在一个端到端的传输通路中，不建议跳接次数超过5次，否则维护成本也会相应增加。

在技术系统的设计中，我们一般都十分注重设备的备份、系统的备份、电源的备份等，实际上，线路的备份也很重要。根据笔者总结，在实际发生的播出事故中，播出设备故障造成的事故往往后果并不严重，最严重的事故一般发生在电力系统中，影响设备多、节目多，后果严重，其次就是线缆故障了，线缆故障一般很难排查，而且如果没有提前应急准备，恢复十分困难。曾经，某电台对外传输光缆意外中断，导致所有节目长时间停播。

线路的备份体现在通路的备份、路径的备份、方式的备份等。例如，主控机房与播出机房之间的音频双绞线需要10根，我们可以敷设12―16根，留够余量，在某根线缆出现问题时，可以换用其它备份线缆；为了保证通路的安全，避免某条路径因为水灾或者鼠虫害影响中断，可以采用一份线缆通过桥架敷设，另一部分线缆通过地沟敷设，来分担风险；在进行大规模信号传输时，有时会出现桥架或者竖井空间有限的情况，我们就可以采用主路信号用数字双绞线传输（线缆占用空间多），备路信号用网络音频或者光传输方式（线缆占用空间少）。

三.线路规划3种常见方案

在广播电台中，常用的数字信号传输方式有3种：AES/EBU格式信号（AES3）、CobraNet、AXIA LiveWire等网络音频传输方式、MADI（AES10）等多通道数字音频传输格式。下文将对这3种传输方式进行分析。

1.AES/EBU格式信号传输（AES3）

AES/EBU的全称是Audio Engineering Society/European Broadcast Union（音频工程师协会/欧洲广播联盟），是一种通过基于单根数字双绞线来传输数字音频数据的串行位传输协议，其中AES是指AES3-2003标准（AES-1992的修订版）：《双通道线性表示的数字音频数据串行传输格式》，EBU是指EBU发表的数字音频接口标准EBU3250，两者内容在实质上是相同的，统称为AES/EBU数字音频接口。

以AES/EBU标准传输数据时具有低阻抗，信号强度大的特点，波形振幅在3-10V之间，传送速率为6Mb/s，抗干扰能力很强，减小了通道间的极性偏移、不平衡、噪音、高频衰减和增益漂移等问题造成的影响，传输几乎无延时，它无须均衡即可在长达100m的距离上传输数据，如果均衡，可以传输更远距离。

二十多年来，AES/EBU数字音频传输标准已经在录音制作、数字影院和广播电视行业广泛应用，成为最常见的数字音频格式，目前绝大部分数字音频设备均采用AES/EBU接口。

由于AES/EBU标准的广泛应用，在大部分广播电台中的布线方案均采用数字双绞线传输，这种方式的优点是线缆与接插件的成本都比较低，无需额外设备或者转换配件。且这种方式较为传统，已经为广大广播电台技术维护人员所接受，使用、维护容易。缺点在于一根线缆只能单向传输一路数字信号，需要线缆数量较多，总体布线工作量和成本都较高。

2.网络音频信号传输

网络音频传输技术是一种在标准以太网网络实时传输未经压缩的数字音频流技术，使用TCP/IP、UDP协议，可以通过一根网线进行多通道、双向的数字音频信号传输，可以节省大量的传统音频线路的铺设，同时节约了大量的传统音频传输设备（如音频分配放大器、D/A A/D转化设备等）的购买。线路规划主要采用光纤干网与网线布线结合的方式，单独组网，一般楼层间采用光缆连接楼层交换机，楼层内以网线将网络音频设备与楼层交换机相连接。这使得网络音频的传输范围大大增加，若在光纤干网使用中继，传输距离可以达几十、上百公里。在2008年奥运会，我台就使用网络音频技术实现了台内与奥运场馆间信号的传输，传输距离达20多公里。

常见的网络音频传输协议有三种：

1） CobraNet协议

由Peak Audio公司最初提出，基于快速以太网的实时音频分配协议。传输速率为100Mb/s时，可在一根5类线上双向传输多达64个通路、48kHz采样、20位量化的音频数据。

2） LIVEWIRE 协议

由TELOS Axia公司提出，基于快速以太网的实时音频传输协议。传输速率100Mb/s或1G，100Mb/s 时最多能传输43个通路。

3） EtherSound协议

由Digigram公司提出，基于快速以太网的实时音频传输协议，100Mb/s时最多能传输64的通路。

但是上述三种网络音频传输系统在编码、传输和解码的过程中，均有一定程度的不可忽略的延时，例如CobraNet数据包的固有延时为5.33ms，系统总的延迟会超过15ms，EtherSound链路上的每台设备都有1.22μs的延迟。当系统复杂程度加深时，延时问题就会比较突出。

并且这三种网络传输协议都是专利技术，采用其技术的相关设备都价格不菲，虽然采用网络音频系统在音频布线方面能够节约线缆成本，但是这些专业设备的成本往往高于采用传统AES/EBU格式传输的整体成本。

复用度高既是网络音频传输方案的优点，但是当某个通路或者节点出现故障，尤其是交换机故障的时候，故障影响范围大，后果比较严重，而且，目前大部分的交换机都是单电源设备，对于电源备份也是难点。

因此，目前许多电台即使采用了网络音频传输方案，但是仍有传统数字音频线缆传输作为备份手段。这其实对线路规划和系统维护提出了更高的要求。

3.多通道数字音频传输格式（MADI）

MADI是Multi-channel Audio Digital Interface的缩写，即为多通道音频数字接口，是由音频工程协会（AES）标准AES10-2003（AES10-1991的修订版）和AES-10id-1995描述的一个接口标准。

MADI是以双通道AES/EBU接口（AES3）为基础而制定的。它的设计对AES/EBU数据是透明的，并且已经应用到大规模数字跳线系统和多通道数字设备互连中。MADI使用了时分多路复用技术，采用更高速的数据率来传送更高的信息量，将所有音频信号安置在同一信号线缆中，可在75Ω同轴电缆和光纤上单向串行传输，在信号源与目的设备之间提供“点对点”信号接口。MADI在48kHz采样频率时能够传输56个信道，在96kHz采样频率是能够传输32个信道，每个信道的分辨率高达24比特。

根据AES10-2003的描述，当使用多模光纤（1300nm）传输时，MADI传输距离可达2千米。而若使用75Ω同轴电缆传输，在50米以上距离时需要加入均衡。

MADI是一个AES标准接口，因此很多专业音频设备就包含有这个接口，比如调音台（LAWO Zirkon、STUDER OnAir3000等）、矩阵等。因此，若在播出机房端采用了具有MADI接口的调音台，而在主控机房端采用了具有MADI接口的矩阵，那么就可以采用光纤布线方案，用多模光纤将播出机房调音台与主控矩阵直接相连，通过矩阵和调音台的分别配置，实现了大量信号源的传送，就大大减少了音频线缆的数量，对于播出机房与主控机房之间的信号交换、调度均十分方便。MADI光缆布线，除了两段设备需要具备MADI接口外，无需额外设备，在设备和线缆的投入成本都比较低。

但是采用多通道音频传输的光缆布线方案也存在局限性。首先，虽然采用MADI接口的设备均能互联互通，但是我们在实际使用中发现，由于某些数据位的定义不一致，不同品牌的设备采用MADI互连时容易出现问题，因此，要采用此种布线方案，建议两端设备最好为同一品牌设备。其次，在大部分直播机房中，调音台并非末级设备，一般在调音台后都装有延时器及用于应急的切换器，而延时器和切换器由于一般都是单通路设备，不具备MADI接口，无法与主控机房矩阵相连。若调音台与矩阵直接相连，相当于甩开了内容控制手段―延时器和应急手段―切换器。再次，调音台与矩阵直接以光纤相连，若矩阵出现故障，则MADI信号并不具备传统单路音频信号的简单跳接方式，无法与后级设备直接相连，造成故障面就会很大，而且恢复也不容易，从应急方面来讲，并不灵活。

因此，目前很少有电台将MADI光缆布线方案作为唯一布线方案，一般将其作为备路或者内部交换通路，并不直接用于播出通路。

四.小结

随着三网融合进程的加快，各个广播电台都在加快自身的发展，节目数量越来越多，节目形态越来越丰富，现场直播节目越来越多，甚至许多直播间都并非固定在台内，技术所要涉及的技术更为广泛，技术机房的物理位置相距越来越远，许多电台都出现了跨大楼、跨地区、甚至跨省的直播间。今后的广播电台并不一定就分布在一栋大楼中，播出机房可能散落在城市的各个角落。这时传统的数字双绞线的音频电缆传输方案已不能满足发展的需求，且成为发展的制约因素。例如，增加一套节目，就要进行多条线缆铺设，各种成本急剧上升，而且建设周期也较慢。

虽然，网络音频布线方案和多通道音频传输（MADI）方案都存在着一些问题，但是，这两种方案改变了传统音频传输基于点对点的模式，信号的传输十分灵活、方便。多通路复用传输的方式把多个音频信号集中到一根线缆上，并可以灵活实现各个单路信号的分配和调度。从而大大减少了传统布线的成本和工作量，并且在传输距离上也具备优势。随着广播的飞速发展上，这两种布线方案将成为未来音频传输的主要方向。B&P

参考文献

[1] 邱炜.AES数字音频工程实践.世界广播电视，2003年12月

[2] 陈浩.AES/EBU数字音频格式在现场扩声系统中的运用.电声技术 ，2007年10期

[3] 王杰.蔡阳生.张承云.网络音频技术及其在现代体育场馆扩声系统中的应用.2008年声频工程学术交流年会论文集，2008年