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淺析OBT公共廣播技術應用之校園篇
校園公共廣播在學校中都得到廣泛應用，主要用于升旗、眼操、通知、廣播操、運動會等日常校務管理。隨著信息技術的飛速發展，數字多媒體設備在教學中得到應用，特別是近年來學校信息化建設步伐加快，計算機、互聯網、多媒體等一批高新技術應用到了教學實踐中，使傳統教學方式發生了根本變化。
現有廣播系統的這種狀況，顯然已不能與其它現代教育技術系統相配套，遠遠不能滿足現代教育發展的需要。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。
一、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。
1.1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。
優點：技術成熟、結構簡單、性能穩定、維護容易、終端便宜。目前廣泛應用在車站、碼頭、學校、商業與民用建筑的背景音樂中，并有許多廠家在此基礎上開發出可與消防系統聯動的緊急廣播。
缺點：①音質較差、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％，無法實現立體聲傳輸。
②節目容量小，不能尋址控制：一條線只能傳輸一套節目，對于當前學校來講，外語聽力訓練要求多年級同步進行，傳輸一套節目是遠遠不夠的，無法滿足同時廣播和分區廣播，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。
③技術落后、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，一但系統布線安裝結束，功率擴充的容量十分有限，且節目容量也無法擴充。
目前也有廠家推出智能播放器，在定壓廣播的基礎上可以實現自動廣播，也可定時控制功放的開關。但其存貯空間有限，節目容量太小，采用很低的16KHz，8位音頻采樣頻率，播出音質較差。一般存貯節目容量為8、16、32、64分鐘，帶有自動定時播放和開關功放電源控制功能，可以基本滿足學校日常鈴聲及操類節目的播放要求，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目，我國將87~108MHz劃分為調頻廣播頻段。現階段我國城市廣播、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展方向。
優點：①調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、失真小等優點，并可進行立體聲傳輸。
②技術成熟、節目容量大：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多套調頻廣播節目，可以滿足學校多年級、多分區同時廣播的要求。
③可兼容性、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、HFC光電混合網絡中進行幾十公里、幾百公里的遠距離傳輸。閉路調頻廣播節目容量大、可擴展性好，需要增加節目時，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，添加功放。
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范要求。已有廠家在調頻廣播的基礎上開發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，已有廠家在這方面做的比較成熟，節目采編播出全部采用MP3、WAV等數字格式，并在此基礎上開發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。
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、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。
在智能控制方面各個廠家都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。
1.3IP數字網絡廣播
技術背景分析：在介紹IP數字網絡之前，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。錄音機、收音機、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（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。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，由一臺主控計算機（音頻服務器）、一套廣播軟件或服務器軟件，將音頻文件以IP流的方式發送給遠端網絡終端，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階段，很少有實際應用和成功案例。
現有廣播系統的這種狀況，顯然已不能與其它現代教育技術系統相配套，遠遠不能滿足現代教育發展的需要。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。
一、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。
1.1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。
優點：技術成熟、結構簡單、性能穩定、維護容易、終端便宜。目前廣泛應用在車站、碼頭、學校、商業與民用建筑的背景音樂中，并有許多廠家在此基礎上開發出可與消防系統聯動的緊急廣播。
缺點：①音質較差、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％，無法實現立體聲傳輸。
②節目容量小，不能尋址控制：一條線只能傳輸一套節目，對于當前學校來講，外語聽力訓練要求多年級同步進行，傳輸一套節目是遠遠不夠的，無法滿足同時廣播和分區廣播，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。
③技術落后、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，一但系統布線安裝結束，功率擴充的容量十分有限，且節目容量也無法擴充。
目前也有廠家推出智能播放器，在定壓廣播的基礎上可以實現自動廣播，也可定時控制功放的開關。但其存貯空間有限，節目容量太小，采用很低的16KHz，8位音頻采樣頻率，播出音質較差。一般存貯節目容量為8、16、32、64分鐘，帶有自動定時播放和開關功放電源控制功能，可以基本滿足學校日常鈴聲及操類節目的播放要求，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目，我國將87~108MHz劃分為調頻廣播頻段。現階段我國城市廣播、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展方向。
優點：①調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、失真小等優點，并可進行立體聲傳輸。
②技術成熟、節目容量大：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多套調頻廣播節目，可以滿足學校多年級、多分區同時廣播的要求。
③可兼容性、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、HFC光電混合網絡中進行幾十公里、幾百公里的遠距離傳輸。閉路調頻廣播節目容量大、可擴展性好，需要增加節目時，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，添加功放。
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范要求。已有廠家在調頻廣播的基礎上開發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，已有廠家在這方面做的比較成熟，節目采編播出全部采用MP3、WAV等數字格式，并在此基礎上開發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。
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、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。
在智能控制方面各個廠家都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。
1.3IP數字網絡廣播
技術背景分析：在介紹IP數字網絡之前，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。錄音機、收音機、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（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。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，由一臺主控計算機（音頻服務器）、一套廣播軟件或服務器軟件，將音頻文件以IP流的方式發送給遠端網絡終端，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階段，很少有實際應用和成功案例。
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