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高考廣播系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

發(fā)布日期：2019-5-6 點擊次數(shù)：

1 架構(gòu)設(shè)計多重考慮

( 1) 系統(tǒng)穩(wěn)定 + 重中之重

在高考的過程中，會涉及到很多校園廣播的應用，比如統(tǒng)一動員講話、發(fā)布緊急通知、英語聽力內(nèi)容播放等。如果校園廣播由于種種原因而造成了癱瘓，無法正常地完成上述任務，就會影響到考點的整體秩序，關(guān)系到高考的成敗。因此，穩(wěn)定性是必要條件。

( 2) 安全備份 + 雙線廣播

中華人民共和國教育部每年在高考時都會印發(fā)通知，關(guān)于聽力考試要求，按照教育部辦公廳關(guān)于印發(fā)《普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試英語、日語、俄語聽力考試有關(guān)考務要求》的通知( 教考試廳［2008］3) ( 以下簡稱“3 號令”) 執(zhí)行。其中，第二章《關(guān)于聽力考試播放設(shè)備及工作人員》即明確要求: 各考點要配備進行聽力考試需要的播放設(shè)備及其備用設(shè)備。第三章《關(guān)于聽力考試期間偶發(fā)事件的處理》第三款明確要求: 聽力考試開始時或進行中，放音設(shè)備出現(xiàn)故障的，應及時換用備用設(shè)備。其他參照本條( 一) 、( 二) 款處理。
針對“3 號令”上述規(guī)定，從三方面實現(xiàn)安全備份: 廣播系統(tǒng)方面要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) + 模擬雙線廣播備份，模擬傳輸方面要實現(xiàn)功率放大器的備份，其他音頻設(shè)備也需實現(xiàn)雙重備份。

網(wǎng)絡(luò) + 模擬雙線廣播備份: 隨著校園廣播數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化進程的不斷加快，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播因其強大的功能可配性，在教育市場已大范圍普及，為了穩(wěn)定、安全，也為了做到法規(guī)遵從，須同時兼容一套嵌入式的模擬定壓廣播系統(tǒng)。

音之圣給出的方案：IP網(wǎng)絡(luò)廣播保障系統(tǒng)

功率放大器備份: 定壓廣播系統(tǒng)中的功率放大器要具備主從備份與切換功能，一旦主功放出現(xiàn)問題時，會自動切換到備用功放。
其他音頻設(shè)備備份: 卡座、數(shù)字 CD 光盤播放器、數(shù)字 FM 調(diào)諧器、廣播終端( 揚聲器) 等設(shè)備必須至少有一份備份。

( 3) 離線模塊 + 帶障運行

高考廣播需要具備離線模塊，即使在斷網(wǎng)或出現(xiàn)其他故障時，作息項也能得到執(zhí)行，音頻文件也能得到播放。這樣就不會影響高考過程中對于作息、通知和聽力的廣播需求。

( 4) 故障檢測 + 應急預案

高考廣播在運行時，會遇到很多不可預料的問題。因此，需要配置廣播故障檢測器，實時記錄廣播終端工作狀態(tài)，當出現(xiàn)問題時，可以通過主控軟件警示用戶或者蜂鳴器報警。同時，要將當前狀態(tài)直接推送至管理員的移動設(shè)備上，以便隨時掌握情況，并啟動相應的應急預案。

( 5) 音效保證 + 超低延時

音效和語言清晰度的重要性不言而喻，尤其是在高考中播放英語聽力內(nèi)容時，由于聽的是外語而非母語，如果音效不夠好，語言清晰度不夠高，可能會影響考生的聽力成績。
另外，音頻的延時問題也是要考慮到的，根據(jù)哈斯效應，人耳對于超過 50 ms 的延時信號會有明顯的延時感，出現(xiàn)明顯的延時感，會影響到聽力效果。因此，音頻的延時時間必須嚴格控制，越小越好，最好小于 20 ms。
同時，上述所提及的網(wǎng)絡(luò) + 模擬雙線廣播之間的切換、主備功放系統(tǒng)之間的切換也必須考慮到延時問題，最好能夠做到零延時切換。

( 6) 全數(shù)字 + 物聯(lián)網(wǎng) + 人工智能先進架構(gòu)

數(shù)字信號有著無可比擬的優(yōu)勢: 數(shù)字信號更易于控制和處理，包括: 均衡、放大、提取、變換、分析、綜合、濾波、識別、合成等; 數(shù)字信號控制和處理更加精確，精度和質(zhì)量更高，也更為直觀; 數(shù)字信號能精確地產(chǎn)生結(jié)果，模擬信號容易受到溫度、電源電壓、元器件老化等其他不可控因素的影響而產(chǎn)生變化; 數(shù)字信號處理速度更快，在最快的集成電路中，單個晶體管的開關(guān)時間可以少于 10 ps，這意味著在相同的時間內(nèi)會產(chǎn)生以億計的結(jié)果; 數(shù)字信號更加安全，因為可對信號進行加密處理，較模擬信號更為安全。
不僅音頻信號是數(shù)字的，控制信號也是數(shù)字的，并全數(shù)字周邊通信控制。采用數(shù)字電路還有眾多好處: 數(shù)字式定壓功率放大輸出，減少功耗和干擾; 效率高、體積小、噪音低、動態(tài)范圍大; 數(shù)字信號直接解碼、放大，音質(zhì)失真小等。
所有設(shè)備都應該是互聯(lián)的，而且所有設(shè)備都是可感知的，所有狀態(tài)都是可反饋，所有設(shè)備都是可控制的，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)，也具備人工智能元素。
支持 B /S 架構(gòu)、跨平臺系統(tǒng)和移動端( iOS 和安卓) 。
支持云存儲、云計算、大數(shù)據(jù)，所有信息都可以存儲、調(diào)用。

( 7) 多節(jié)目源和接收設(shè)備支持

由于保密的需要，一般地區(qū)和學校在高考中采用卡座來播放磁帶內(nèi)容。也有一些地區(qū)和學校使用 CD 播放器來播放 CD 光盤上的聽力內(nèi)容，使用FM 調(diào)頻方式發(fā)射聽力內(nèi)容，需要數(shù)字 FM 調(diào)諧器來進行接收。
同時，在考試的過程中，有可能需要插入一些通知，需要用到麥克風。而且，通知的內(nèi)容可能對于不同的班級并不相同，這時就需要多節(jié)目源的支持。
如果使用數(shù)字廣播系統(tǒng)來傳輸上述內(nèi)容，則需要對這些多種模擬節(jié)目源進行同步采樣、量化、編碼、壓縮、傳輸，保證消息的即時送達。

( 8) 兼顧更多功能

高考廣播在設(shè)計時，不僅要考慮到高考時使用，還要考慮到平時教學的工作，因此必須要兼顧到更多的功能性。
比如: 分區(qū)廣播、分組廣播、自動校時、電源時序管理、消防信號支持、呼叫對講、作息管理、定時播放、無線遙控、晴雨表、季節(jié)作息、地圖操作、用戶管理、權(quán)限管理、設(shè)備管理、文件管理、音頻轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)備份、固件升級( 在線升級) 、講稿模式( TTS 語音轉(zhuǎn)文字) 、脫機控制( 熱鍵操作) 、輸出監(jiān)聽、設(shè)備級聯(lián)等

( 9) 多種音源設(shè)備輸入

除了支持卡座、CD、會議麥克風、電腦聲卡( 線路輸入) 、蓮花頭插座( RCA) 等音頻設(shè)備輸入外，還需要支持吊裝麥克風、2． 4G 無線麥克風、無線麥克風、藍牙連接等多種音頻設(shè)備輸入。

( 10) 超靈敏、遠距離拾音 + DSP 反饋抑制

學校擴聲系統(tǒng)目前存在一些行業(yè)難以解決的“痛點問題”: 由于采用單一指向性麥克風，演講者只能在小于幾十度范圍內(nèi)活動，一旦偏離麥克風拾音的范圍，麥克風就無法拾音; 麥克風的靈敏度低，演講者與麥克風超過 1 m 之后，麥克風也無法拾音; 麥克風、功放和音箱很容易形成正反饋，進而產(chǎn)生嘯叫。
需要采用全指向、高音質(zhì)、高信噪比電容吊麥，實現(xiàn)超靈敏度遠距離拾音。
同時，需要使用高性能浮點 DSP 算法，進行自動反饋抑制，解決了嘯叫問題，同時進行噪聲抑制、頻率均衡控制，實現(xiàn)高品質(zhì)音頻的拾取。
而且，對于拾音的內(nèi)容需要進行均衡處理( 最好進行多極均衡處理) ，以保證擴聲音質(zhì)。

2 設(shè)備配置精心選擇

( 1) 網(wǎng)絡(luò)廣播服務器

主要實現(xiàn)多節(jié)目源播放、多路模擬信號同步數(shù)字化和傳輸功能。

( 2) 主備功放切換器

支持主功放和備用功放之間無縫切換，在主功放出現(xiàn)問題時，備用功放要在第一時間接管，保證廣播安全。

( 3) 音源設(shè)備
鵝頸話筒麥克風，用于發(fā)布通知;
數(shù)字 CD 播放器，用于播放 CD 光盤內(nèi)容。

卡座，用于播放磁帶內(nèi)容。

( 4) 網(wǎng)絡(luò)廣播故障檢測器

該設(shè)備用于實時記錄網(wǎng)絡(luò)廣播終端工作狀態(tài)，異常報警。如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，會在屏幕界面上顯示，同時會通過蜂鳴器報警，如果外接了音箱或喇叭，則會發(fā)出更響的聲音，以提醒管理員。同時，能夠?qū)缶畔⑼扑偷焦芾韱T的移動設(shè)備( 手機、平板) 上。

( 5) 網(wǎng)絡(luò)廣播終端
擁有離線播放特色功能，當上位機、交換機、路由器、服務器出現(xiàn)任何問題時，它都能夠偵測到，并實現(xiàn)離線、斷網(wǎng)播放，自動執(zhí)行作息方案。而且，由于擁有大容量存儲功能，因此作息項中的音頻文件即使在斷網(wǎng)的情況下也能夠正常播放，從而不影響學校整體考試工作的進行。
支持雙線廣播，平時可以使用網(wǎng)絡(luò)廣播模式，在高考時可以切換至定壓廣播模式。