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高考广播系统的设计与实现

发布日期：2019-5-6 点击次数：

1 架构设计多重考虑

( 1) 系统稳定 + 重中之重

在高考的过程中，会涉及到很多校园广播的应用，比如统一动员讲话、发布紧急通知、英语听力内容播放等。如果校园广播由于种种原因而造成了瘫痪，无法正常地完成上述任务，就会影响到考点的整体秩序，关系到高考的成败。因此，稳定性是必要条件。

( 2) 安全备份 + 双线广播

中华人民共和国教育部每年在高考时都会印发通知，关于听力考试要求，按照教育部办公厅关于印发《普通高等学校招生全国统一考试英语、日语、俄语听力考试有关考务要求》的通知( 教考试厅［2008］3) ( 以下简称“3 号令”) 执行。其中，第二章《关于听力考试播放设备及工作人员》即明确要求: 各考点要配备进行听力考试需要的播放设备及其备用设备。第三章《关于听力考试期间偶发事件的处理》第三款明确要求: 听力考试开始时或进行中，放音设备出现故障的，应及时换用备用设备。其他参照本条( 一) 、( 二) 款处理。
针对“3 号令”上述规定，从三方面实现安全备份: 广播系统方面要实现网络 + 模拟双线广播备份，模拟传输方面要实现功率放大器的备份，其他音频设备也需实现双重备份。

网络 + 模拟双线广播备份: 随着校园广播数字化和网络化进程的不断加快，数字网络广播因其强大的功能可配性，在教育市场已大范围普及，为了稳定、安全，也为了做到法规遵从，须同时兼容一套嵌入式的模拟定压广播系统。

音之圣给出的方案：IP网络广播保障系统

功率放大器备份: 定压广播系统中的功率放大器要具备主从备份与切换功能，一旦主功放出现问题时，会自动切换到备用功放。
其他音频设备备份: 卡座、数字 CD 光盘播放器、数字 FM 调谐器、广播终端( 扬声器) 等设备必须至少有一份备份。

( 3) 离线模块 + 带障运行

高考广播需要具备离线模块，即使在断网或出现其他故障时，作息项也能得到执行，音频文件也能得到播放。这样就不会影响高考过程中对于作息、通知和听力的广播需求。

( 4) 故障检测 + 应急预案

高考广播在运行时，会遇到很多不可预料的问题。因此，需要配置广播故障检测器，实时记录广播终端工作状态，当出现问题时，可以通过主控软件警示用户或者蜂鸣器报警。同时，要将当前状态直接推送至管理员的移动设备上，以便随时掌握情况，并启动相应的应急预案。

( 5) 音效保证 + 超低延时

音效和语言清晰度的重要性不言而喻，尤其是在高考中播放英语听力内容时，由于听的是外语而非母语，如果音效不够好，语言清晰度不够高，可能会影响考生的听力成绩。
另外，音频的延时问题也是要考虑到的，根据哈斯效应，人耳对于超过 50 ms 的延时信号会有明显的延时感，出现明显的延时感，会影响到听力效果。因此，音频的延时时间必须严格控制，越小越好，最好小于 20 ms。
同时，上述所提及的网络 + 模拟双线广播之间的切换、主备功放系统之间的切换也必须考虑到延时问题，最好能够做到零延时切换。

( 6) 全数字 + 物联网 + 人工智能先进架构

数字信号有着无可比拟的优势: 数字信号更易于控制和处理，包括: 均衡、放大、提取、变换、分析、综合、滤波、识别、合成等; 数字信号控制和处理更加精确，精度和质量更高，也更为直观; 数字信号能精确地产生结果，模拟信号容易受到温度、电源电压、元器件老化等其他不可控因素的影响而产生变化; 数字信号处理速度更快，在最快的集成电路中，单个晶体管的开关时间可以少于 10 ps，这意味着在相同的时间内会产生以亿计的结果; 数字信号更加安全，因为可对信号进行加密处理，较模拟信号更为安全。
不仅音频信号是数字的，控制信号也是数字的，并全数字周边通信控制。采用数字电路还有众多好处: 数字式定压功率放大输出，减少功耗和干扰; 效率高、体积小、噪音低、动态范围大; 数字信号直接解码、放大，音质失真小等。
所有设备都应该是互联的，而且所有设备都是可感知的，所有状态都是可反馈，所有设备都是可控制的，构成物联网，也具备人工智能元素。
支持 B /S 架构、跨平台系统和移动端( iOS 和安卓) 。
支持云存储、云计算、大数据，所有信息都可以存储、调用。

( 7) 多节目源和接收设备支持

由于保密的需要，一般地区和学校在高考中采用卡座来播放磁带内容。也有一些地区和学校使用 CD 播放器来播放 CD 光盘上的听力内容，使用FM 调频方式发射听力内容，需要数字 FM 调谐器来进行接收。
同时，在考试的过程中，有可能需要插入一些通知，需要用到麦克风。而且，通知的内容可能对于不同的班级并不相同，这时就需要多节目源的支持。
如果使用数字广播系统来传输上述内容，则需要对这些多种模拟节目源进行同步采样、量化、编码、压缩、传输，保证消息的即时送达。

( 8) 兼顾更多功能

高考广播在设计时，不仅要考虑到高考时使用，还要考虑到平时教学的工作，因此必须要兼顾到更多的功能性。
比如: 分区广播、分组广播、自动校时、电源时序管理、消防信号支持、呼叫对讲、作息管理、定时播放、无线遥控、晴雨表、季节作息、地图操作、用户管理、权限管理、设备管理、文件管理、音频转换、数据备份、固件升级( 在线升级) 、讲稿模式( TTS 语音转文字) 、脱机控制( 热键操作) 、输出监听、设备级联等

( 9) 多种音源设备输入

除了支持卡座、CD、会议麦克风、电脑声卡( 线路输入) 、莲花头插座( RCA) 等音频设备输入外，还需要支持吊装麦克风、2． 4G 无线麦克风、无线麦克风、蓝牙连接等多种音频设备输入。

( 10) 超灵敏、远距离拾音 + DSP 反馈抑制

学校扩声系统目前存在一些行业难以解决的“痛点问题”: 由于采用单一指向性麦克风，演讲者只能在小于几十度范围内活动，一旦偏离麦克风拾音的范围，麦克风就无法拾音; 麦克风的灵敏度低，演讲者与麦克风超过 1 m 之后，麦克风也无法拾音; 麦克风、功放和音箱很容易形成正反馈，进而产生啸叫。
需要采用全指向、高音质、高信噪比电容吊麦，实现超灵敏度远距离拾音。
同时，需要使用高性能浮点 DSP 算法，进行自动反馈抑制，解决了啸叫问题，同时进行噪声抑制、频率均衡控制，实现高品质音频的拾取。
而且，对于拾音的内容需要进行均衡处理( 最好进行多极均衡处理) ，以保证扩声音质。

2 设备配置精心选择

( 1) 网络广播服务器

主要实现多节目源播放、多路模拟信号同步数字化和传输功能。

( 2) 主备功放切换器

支持主功放和备用功放之间无缝切换，在主功放出现问题时，备用功放要在第一时间接管，保证广播安全。

( 3) 音源设备
鹅颈话筒麦克风，用于发布通知;
数字 CD 播放器，用于播放 CD 光盘内容。

卡座，用于播放磁带内容。

( 4) 网络广播故障检测器

该设备用于实时记录网络广播终端工作状态，异常报警。如果发生网络故障，会在屏幕界面上显示，同时会通过蜂鸣器报警，如果外接了音箱或喇叭，则会发出更响的声音，以提醒管理员。同时，能够将报警信息推送到管理员的移动设备( 手机、平板) 上。

( 5) 网络广播终端
拥有离线播放特色功能，当上位机、交换机、路由器、服务器出现任何问题时，它都能够侦测到，并实现离线、断网播放，自动执行作息方案。而且，由于拥有大容量存储功能，因此作息项中的音频文件即使在断网的情况下也能够正常播放，从而不影响学校整体考试工作的进行。
支持双线广播，平时可以使用网络广播模式，在高考时可以切换至定压广播模式。