淺析公共廣播技術(shù)應(yīng)用之校園篇

    校園公共廣播在學校中都得到廣泛應(yīng)用，主要用于升旗、眼操、通知、廣播操、運動會等日常校務(wù)管理。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字多媒體設(shè)備在教學中得到應(yīng)用，特別是近年來學校信息化建設(shè)步伐加快，計算機、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等一批高新技術(shù)應(yīng)用到了教學實踐中，使傳統(tǒng)教學方式發(fā)生了根本變化。

    現(xiàn)有廣播系統(tǒng)的這種狀況，顯然已不能與其它現(xiàn)代教育技術(shù)系統(tǒng)相配套，遠遠不能滿足現(xiàn)代教育發(fā)展的需要。學校對校園廣播的功能也提出了更高的要求，校園智能廣播正是在這種旺盛的需求下應(yīng)運而生的。目前校園智能廣播廠商也紛紛推出了不同功能和技術(shù)水平的校園智能廣播產(chǎn)品，但從傳輸方式上基本上可以劃分為：定壓廣播、調(diào)頻廣播、網(wǎng)絡(luò)廣播三大類。

    一、產(chǎn)品與技術(shù)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(chǎn)品，但在校園智能廣播系統(tǒng)的建設(shè)中，到底應(yīng)該采用什么樣的技術(shù)與方案，選擇什么樣的產(chǎn)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(shù)先進、性能穩(wěn)定的校園智能廣播產(chǎn)品。下面就校園智能廣播產(chǎn)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(shè)中參考。

    1.1定壓傳輸方式的智能廣播

    技術(shù)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?shù)�。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(zhuǎn)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(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、維護容易、終端便宜。目前廣泛應(yīng)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(chǔ)上開發(fā)出可與消防系統(tǒng)聯(lián)動的緊急廣播。

    缺點：①音質(zhì)較差、失真度高：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(xiàn)立體聲傳輸。

    ②節(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(xiàn)點對點尋址廣播。例如校長想對某個班級講話或?qū)δ硯讉�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(xiàn)對單點或隨意分組進行班級廣播的。

    ③技術(shù)落后、功能簡單，擴充性差：音源基本上都是采用卡座等模擬音源，無法播放數(shù)字格式音頻文件，無法實現(xiàn)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(shè)計的，一但系統(tǒng)布線安裝結(jié)束，功率擴充的容量十分有限，且節(jié)目容量也無法擴充。

    目前也有廠家推出智能播放器，在定壓廣播的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)自動廣播，也可定時控制功放的開關(guān)。但其存貯空間有限，節(jié)目容量太小，采用很低的16KHz，8位音頻采樣頻率，播出音質(zhì)較差。一般存貯節(jié)目容量為8、16、32、64分鐘，帶有自動定時播放和開關(guān)功放電源控制功能，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。

    1.2閉路調(diào)頻智能廣播

    技術(shù)背景分析：調(diào)頻廣播采用調(diào)頻調(diào)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(diào)頻廣播頻段。現(xiàn)階段我國城市廣播、有線電視網(wǎng)絡(luò)中閉路廣播都采用FM調(diào)頻廣播的方式。調(diào)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：①調(diào)頻廣播的音頻范圍為：30Hz~7KHz，失真度≤0.7%，調(diào)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。

    ②技術(shù)成熟、節(jié)目容量大：閉路調(diào)頻廣播是基于有線電視的頻率分割、頻分復(fù)用的方式進行傳輸?shù)�。有線電視在我國已經(jīng)歷了近20年的發(fā)展歷史，技術(shù)已經(jīng)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(diào)頻廣播頻段，專門用于調(diào)頻廣播的傳輸。調(diào)頻廣播的帶寬是16KHz，這一頻段內(nèi)可以同時傳輸60多套調(diào)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。

    ③可兼容性、可擴展性好：調(diào)頻廣播可以與有線電視信號在同軸網(wǎng)絡(luò)中共纜傳輸，同時兼容有線電視、HFC光電混合網(wǎng)絡(luò)中進行幾十公里、幾百公里的遠距離傳輸。閉路調(diào)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(diào)頻調(diào)制器即可，無需對布線結(jié)構(gòu)做任何改動。增加終端音箱及接收設(shè)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，添加功放。

    缺點：調(diào)頻廣播是基于弱信號方式傳輸，每個接收設(shè)備必須是有源設(shè)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(diào)頻廣播不能滿足消防規(guī)范要求。已有廠家在調(diào)頻廣播的基礎(chǔ)上開發(fā)出了調(diào)頻轉(zhuǎn)定壓的專用設(shè)備，并預(yù)留有消防接口，這樣調(diào)頻廣播不但可以實現(xiàn)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(diào)頻廣播的智能化，已有廠家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(shù)字格式，并在此基礎(chǔ)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(shè)定播放列表自動定時、定點播放廣播曲目的功能。

    有廠家的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(guān)、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(wù)的設(shè)定，基本滿足了校園常用的播放和控制功能。

    在智能控制方面各個廠家都采用的是載波或副載波控制技術(shù)，常見的方式有SCA調(diào)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(shù)字調(diào)制的辦法將控制信號調(diào)制到高頻載波上，與已調(diào)制音頻信號共纜傳輸，無需再布控制信號線。數(shù)字調(diào)制這一技術(shù)在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用已十分成熟，遠程遙感、遙測、遙控都是采用這一技術(shù)，鐵路、交通、水文、氣象等領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。

    1.3IP數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播

    技術(shù)背景分析：

    在介紹IP數(shù)字網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(shù)，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(diào)制的。錄音機、收音機、定壓廣播、調(diào)頻廣播都是直接對模擬音頻進行處理的。

    數(shù)字音頻的概念：數(shù)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(nèi)的采樣次數(shù)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(fù)制處理了，處理數(shù)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(chǎn)生一次噪聲積累，處理的次數(shù)越多，噪聲積累越大，信噪比（S/N）越低。

    數(shù)字音頻是數(shù)字格式來存貯和傳輸?shù)�，錯誤率相當?shù)蜕踔潦强梢员苊獾�，因此可以多次�?fù)制和傳輸，不論你怎么編輯、處理都不會產(chǎn)生額外的噪聲。通常16Bit、44.1KHz立體（雙聲道）采樣，就是CD音質(zhì)標準。

    數(shù)字音頻采樣量化（A/D轉(zhuǎn)后）的數(shù)據(jù)量是相當大的，以一秒鐘44.1KHz、16BitCD音質(zhì)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(shù)字音頻文件的數(shù)據(jù)量是十分龐大的。

    對這么龐大的數(shù)據(jù)量進行直接處理、傳輸顯然是不易實現(xiàn)的，這樣根據(jù)人耳的聲學原理特性，對一些無用的數(shù)據(jù)（人耳聽不到的）進行壓縮，這樣就可大大降低數(shù)據(jù)量，又不影響音質(zhì)。目前，音頻壓縮有WAV、MP3等多種格式，這里不再詳述。

    數(shù)字音頻經(jīng)過數(shù)字處理后，最終還是還原成一個聲音信號播放出來（D/A轉(zhuǎn)換過程）。首先將用大量數(shù)字字符描述的數(shù)字音頻信號送到一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中,（DigitaltoAnalongConverter，即DAC）線路中，將數(shù)字信號還原成一系列以時間函數(shù)變化的電壓值，然后通過整形電路，經(jīng)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(zhuǎn)變成聲音信號。

    通常數(shù)字音頻的A/D轉(zhuǎn)換（采集）和D/A轉(zhuǎn)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?qū)Ｓ眯酒瑏硗瓿傻摹Ｒ纛l的編輯則由專業(yè)音頻編輯軟件來完成。

    上面了解了數(shù)字音頻的基本知識，知道了數(shù)字音頻的優(yōu)點，對于校園廣播來講數(shù)字音頻必須在校園網(wǎng)上進行傳輸、播放才可實現(xiàn)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(wǎng)結(jié)構(gòu)（TCP/IP協(xié)議）的校園網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。前面講了那么多數(shù)字音頻的好處，校園廣播在校園網(wǎng)上傳輸會不會有更好的解決方案呢？

    網(wǎng)絡(luò)音頻廣播從工作原理上來講，由一臺主控計算機（音頻服務(wù)器）、一套廣播軟件或服務(wù)器軟件，將音頻文件以IP流的方式發(fā)送給遠端網(wǎng)絡(luò)終端，每臺終端都應(yīng)該有一個固定的IP地址及網(wǎng)絡(luò)模塊、一個專業(yè)數(shù)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(wǎng)絡(luò)音頻廣播，并有產(chǎn)品推出，同時進行了宣傳。筆者認為網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用和成功案例。

    優(yōu)點：①網(wǎng)絡(luò)廣播從節(jié)目的制作到傳輸全部實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，系統(tǒng)信噪比高，不會在處理、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)產(chǎn)生噪聲，從而可以獲得比較好的音質(zhì)，也可以進行立體聲傳輸。

    ②實現(xiàn)智能廣播較為容易，以太網(wǎng)本身就是一套雙向網(wǎng)絡(luò)。在以太網(wǎng)上通過軟件可輕而易舉地實現(xiàn)智能廣播的定時、尋址、分組等功能。

    ③在網(wǎng)絡(luò)速度允許的情況下，可實現(xiàn)多路廣播。因為音頻文件是以數(shù)據(jù)包的方式

    在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，所以很容易實現(xiàn)多路廣播，把不同的數(shù)據(jù)包發(fā)送給不同的終端就可以了。

    ④實現(xiàn)交互方式廣播和遠程AOD。因為以太網(wǎng)是雙向網(wǎng)絡(luò)，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(wù)器對話，從服務(wù)器直接點播，這樣大大地方便了外語教學。

    ⑤管理方便：操作人員只要在校園網(wǎng)上的任意一臺計算機就可實現(xiàn)對主機的全部管理與操作功能，也可在校園內(nèi)任意一臺計算機上實現(xiàn)節(jié)目的制作與傳輸。

    缺點：①容易受網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)速的限制。校園網(wǎng)是一個綜合性的公共網(wǎng)絡(luò)，對于學校來講可能還會用于教務(wù)管理、多媒體教學、電子圖書館、遠程教學等。以太網(wǎng)用的是碼分多址技術(shù)，當某一節(jié)點發(fā)生"網(wǎng)絡(luò)塞車"時，廣播終端的播音就會發(fā)生延時，嚴重時會發(fā)生斷續(xù)。因為以上原因的存在，所以網(wǎng)絡(luò)廣播的可靠性是難以保證。②價格昂貴：對于數(shù)字音頻文件的解壓，必須是PC+專用軟件，或?qū)Ｓ媒鈮盒酒�，且每只終端都必須有自己的IP地址。當前國內(nèi)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(chǎn)品價較高，國內(nèi)一般學校無法承受。

    校園廣播建設(shè)的意見與建議

    綜上所述，三種校園智能廣播技術(shù)與產(chǎn)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(chǎn)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(shù)最先進、功能最強大"。新技術(shù)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(chǎn)品時，往往突出甚至夸大產(chǎn)品的優(yōu)點，回避了一些不足和缺點。所以在選擇產(chǎn)品與技術(shù)時應(yīng)進行多家比較，選擇"技術(shù)成熟、功能實用、性價比高"的產(chǎn)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(shù)，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(shè)意見。