王冠男 常 樂

(1.北京電影學院影視實驗中心,北京100088)(2.北京電影學院影視技術系,北京 100088)

1 引言

隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展,越來越多的網(wǎng)絡技術出現(xiàn)在音視頻專業(yè)領域,近些年也出現(xiàn)了越來越多的AoIP (Audio Over Internet Protocol,音頻網(wǎng)絡協(xié)議),例如Livewire、AVB、Ravenna、Dante,音頻網(wǎng)絡協(xié)議也越來越多地在實際案例中得到應用。與傳統(tǒng)數(shù)字音頻系統(tǒng)不同的是,AoIP通過網(wǎng)絡進行傳輸,線纜鋪設成本低,網(wǎng)絡線纜可復用,架設靈活方便。Dante音頻網(wǎng)絡作為目前音頻網(wǎng)絡化領域中應用量最大的技術,得到了眾多廠家的支持,越來越多的調音臺與接口箱、外置音頻接口和軟件應用開始支持Dante。目前Dante音頻網(wǎng)絡技術已廣泛應用于會議、大型現(xiàn)場演出、影視后期制作、廣播電視臺等多個專業(yè)領域,但完全采用Dante作為核心架構的影劇院還不多見。

2 Dante音頻網(wǎng)絡

Dante是Audinate公司推出的音頻網(wǎng)絡協(xié)議,是眾多AoIP傳輸協(xié)議中的一種,也是目前音頻領域應用量最大的IP傳輸技術。繼傳統(tǒng)模擬音頻走向現(xiàn)代數(shù)字音頻之后,用工業(yè)網(wǎng)線代替現(xiàn)有傳統(tǒng)數(shù)字音頻線纜,正在逐步成為我國音頻線纜工業(yè)不可逆轉的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的音頻傳輸技術不同的是,Dante是在三層網(wǎng)絡基礎上進行傳輸,完全依托于三層網(wǎng)絡架構,音頻點對點路由可通過Dante Controller進行。Dante音頻網(wǎng)絡可同時傳輸時鐘信號,具有較高的精度,較為復雜的操作在專業(yè)音頻信號的傳輸上都可以實施。在千兆Dante音頻網(wǎng)絡中,每個單一鏈接可以雙向傳輸各512 路24Bit量化精度、48k Hz采樣率的音頻信號,或是各256路24Bit量化精度、96k Hz采樣率的音頻信號。

傳統(tǒng)劇院中的音頻架構多基于多通道數(shù)字音頻接口 (Multichannel Audio Digital Interface,MADI)技術,各點位接口箱與調音臺之間通過同軸線纜連接,單根同軸線纜能傳輸64路數(shù)字音頻,往往需要多根線纜才能滿足達到一定數(shù)量通道的傳輸,必須專線專用,通過調音臺進行信號路由分配,信號分布點位多為固定模式且與外部設備連接時必須配備MADI專業(yè)接口。在大型影劇院利用Dante音頻網(wǎng)絡技術通過普通的千兆網(wǎng)線即可實現(xiàn)各點位的數(shù)字音頻傳輸,信號路由方便,延遲小,網(wǎng)絡可復用,可通過Dante配套的Dante虛擬聲卡軟件實現(xiàn)普通電腦與Dante系統(tǒng)的互通,擴展性強,線路鋪設成本低。簡單來說,Dante用計算機網(wǎng)絡替代了之前繁雜的系統(tǒng)連接,可以輕松地通過以太網(wǎng)線纜以完美的保真度發(fā)送數(shù)百路音頻通道。

3 Dante音頻網(wǎng)絡在大型影劇院中的構架及應用

3.1 軟硬件條件

北京電影學院懷柔新校區(qū)影劇院采用了Dante音頻網(wǎng)絡作為核心架構,其中懷柔新校區(qū)E 區(qū)為影劇院區(qū),分為E1和E2兩個區(qū)域。E1區(qū)域為8 廳影院,1層和3層為觀眾觀影廳,2層和4層為放映走廊機房。E2區(qū)域為劇院區(qū),包括1個1200人大劇院(以下簡稱大劇院)和1個400人黑匣子劇場(以下簡稱黑匣子),E1和E2兩個區(qū)域共用同一棟樓體,影劇院音頻系統(tǒng)可互通直聯(lián)。大劇院按照鏡框式舞臺劇場建設,具備主舞臺、側舞臺、后舞臺、樂池等演出空間;后臺功能用房配備多個化妝間與服裝間;舞臺各專業(yè)用房與空間包括控制室、功放室、信號交換機房、調光硅室、馬道、柵頂?shù)?并配備獨立直播間(Outside Broadcast,OB)。共涉及地下三層至地上四層,完全按照大型標準劇院設計,具備樓座與池座,最多可同時容納1200名師生。

3.2 總體架構

大劇院音響系統(tǒng)由調音臺、接口箱、無線話筒、有線樂器話筒、揚聲器、功率放大器、同期分軌錄音設備、現(xiàn)場周邊處理設備、其他配件9大部分組成。舞臺音響擴聲系統(tǒng)采用Dante音頻網(wǎng)絡技術作為大劇院和黑匣子音響擴聲系統(tǒng)的核心傳輸架構,在信號交換機房、功放室、OB 直播間和控制室安裝主備交換機,構成主備Dante系統(tǒng),供這些房間內的音頻設備接入Dante網(wǎng)絡 (圖1)。設備選型方面選用具備Dante網(wǎng)絡音頻接口的設備,調音臺采用英國Solid State Logic Live系列,在不同點位與功能配套用房通過Dante網(wǎng)絡進行音頻信號的路由與傳輸。

圖1 音頻系統(tǒng)拓撲示意圖

由于劇場規(guī)模龐大,各機房間隔較遠,線管路由復雜,因此各機房間采用了光纖網(wǎng)絡通訊,而機房內的設備采用傳統(tǒng)網(wǎng)口與交換機進行通訊,保證了遠距離傳輸過程中的網(wǎng)絡可靠性。Dante音頻網(wǎng)絡規(guī)劃期間,部分主交換機的選型上配備萬兆交換機,在交換機上劃分出單獨的虛擬局域網(wǎng) (Virtual Local Area Network,VLAN)將萬兆校園網(wǎng)就近接入Dante音頻網(wǎng)絡,實現(xiàn)Dante 音頻網(wǎng)絡的復用(圖2)。

圖2 Dante音頻網(wǎng)絡復用拓撲圖

3.3 應用與配置

除部分前端與末端設備外,絕大部分設備均采用Dante音頻網(wǎng)絡進行信號傳輸,因此需按照房間與區(qū)域對所有設備的IP地址進行劃分。Dante主系統(tǒng)采用200.10.1-7/21段,Dante 備系統(tǒng)采用200.20.1-7/21段,其中信號交換機房的主備交換機為核心交換機,主備交換機配置對應的虛擬局域網(wǎng)端口 (Virtual Local Area Network Interface,VLAN IF),主備交換機分別采用200.10.7.254/21和200.20.7.254/21作為整套Dante音頻網(wǎng)絡系統(tǒng)的網(wǎng)關。核心交換機與各機房交換機通過配置Trunk協(xié)議,傳輸指定的多個VLAN。

子網(wǎng)方面,在各個房間的IP地址規(guī)劃中采用了21段的子網(wǎng)配置,即255.255.248.0,該配置使子網(wǎng)內的IP地址第三位共包含8組,不同組之間處于同一個局域網(wǎng)內,不涉及組播路由,每個區(qū)域的設備采用獨立的IP地址段,便于管理和記憶(表1)。

表1 IP地址分區(qū)表

為滿足Dante音頻網(wǎng)絡復用的需求,將劇院區(qū)和影院區(qū)各機房內的工作站設備聯(lián)通,將萬兆校園網(wǎng)就近接入Dante主交換機,并協(xié)調網(wǎng)絡中心單獨劃分4個VLAN 用于影劇院和辦公室控制設備的聯(lián)通,便于未來遠程管理。對每臺交換機選擇一個VLAN 配置VLAN IF端口IP地址作為遠程管理地址,配置安全外殼協(xié)議(Secure shell,SSH)服務,可對交換機進行遠程管理(表2)。

表2 Dante音頻網(wǎng)絡復用匯總

劇院區(qū)、影院區(qū)、辦公區(qū)通過區(qū)域匯聚交換機實現(xiàn)連通,劇院區(qū)選擇在OB 直播間以萬兆單模的形式接入劇院Dante主網(wǎng)絡,再通過Dante主網(wǎng)絡將6個獨立的VLAN 傳輸至大劇院控制室、功放室、信號交換機房和黑匣子控制室。影院區(qū)選擇在放映走廊核心機柜以萬兆單模的形式接入影院網(wǎng)絡,通過影院網(wǎng)絡將8個獨立的VLAN 傳輸至8個影院機房。辦公區(qū)通過就近的弱電間接入萬兆網(wǎng)絡匯聚,傳輸6個獨立的VLAN,為所有終端設備的遠程控制、跨場地直播、多場地錄音等創(chuàng)造條件 (圖3)。

圖3 影劇院與辦公區(qū)交換機連接示意圖

在Dante音頻網(wǎng)絡的應用中,遇到跨場地直播或錄音時,需注意音頻系統(tǒng)的時鐘同步問題。當各個終端的Dante設備對信號進行模數(shù)轉換時,時鐘的不同步可能會直接帶來系統(tǒng)的噼啪噪聲?？紤]到影劇院的常規(guī)使用習慣,可將一臺接口箱在正常使用周期內(通常為一個演出周期)處于長期供電開啟狀態(tài),并作為整個Dante音頻網(wǎng)絡系統(tǒng)的主時鐘,其余Dante設備一律跟隨該設備(圖4)。

圖4 Dante Controller中的時鐘選擇

在多場地共用OB直播間的情況下,應通過OB直播間的交換機將多個場地的Dante網(wǎng)絡進行隔離(圖5)。通常情況下,各場地采用各自的時鐘,場地內的調音臺只能識別到該場地Dante系統(tǒng)中的設備,以避免多個場地設備互串引起誤操作。當需要多個場地共用信號源或多場地同步直播時,再將OB直播間內對應的交換機端口打開,把多個場地的Dante音頻網(wǎng)絡連通,整個Dante音頻網(wǎng)絡共用同一個時鐘源。

圖5 多個場地連接端口的隔離

除Dante音頻網(wǎng)絡自身的時鐘外,還要考慮音頻系統(tǒng)與其他專業(yè)系統(tǒng)之間的時鐘同步問題?？稍诳刂剖覂仍黾右慌_廣電級主時鐘,時鐘源采用Dante音頻網(wǎng)絡系統(tǒng)時鐘,同步輸出720/50P 的Tri-Level三電平時鐘和625/50i的Black Burst黑場時鐘給視頻系統(tǒng),保證音視頻系統(tǒng)的時鐘基準同步(圖6)。

圖6 音視頻系統(tǒng)的時鐘同步

通過Dante音頻網(wǎng)絡進行多軌錄音是影劇院中最為常見的應用場景。當需要進行多軌錄音時,通過Dante Controller對調音臺上的軌道和工作站內的軌道進行配對 (圖7),再通過Dante虛擬聲卡軟件或外置的Dante聲卡即可錄制多軌高質量數(shù)字音頻。

圖7 DanteController對錄音軌道的配對

在預留了獨立OB 直播間的場地內,應配備專業(yè)音頻接口和音頻工作站,并根據(jù)直播的需求配備杜比全景聲渲染器 (Dolby Atmos Master Suite,DAMS)以支持128軌Dante音頻錄制和5.1.4全景聲編碼與還放(圖8)。OB制作時,OB調音臺可在OB直播間接入整個Dante音頻網(wǎng)絡,與對應的Dante音頻接口箱直接進行信號路由,實現(xiàn)獨立的錄音與混音。

圖8 OB直播間內的5.1.4還音系統(tǒng)與DAMS渲染器

音頻系統(tǒng)的安全性是實時演出中最為重要的一部分,首先應考慮的是Dante音頻網(wǎng)絡傳輸?shù)膫浞荨ante音頻網(wǎng)絡中的所有硬件設備均具備Dante Pri和Dante Sec接口,每臺設備的Dante主備接口接入對應的主備交換機獨立傳輸。當系統(tǒng)中的任意設備主接口斷開或主網(wǎng)絡癱瘓時,備系統(tǒng)會自動接入,實現(xiàn)冗余熱備份,保證整套Dante音頻網(wǎng)絡在信號傳輸過程中的可靠性與穩(wěn)定性。

其次要考慮調音臺端備份。調音臺作為整套音頻系統(tǒng)的核心設備,采用主備調音臺非常必要 (圖9)。多張調音臺的配置即可作為主備使用,也可作為擴展使用。當作為主備調音臺使用時,兩張調音臺要使用同一個Show 文件,每個通道的信號源相同,均從Dante音頻網(wǎng)絡中取信號。在輸出端的配置上,主備調音臺輸出至功放端的Dante路由不同,主調音臺使用功放的Dante 1-4通道,備調音臺使用功放的Dante 5-8通道。當主調音臺出現(xiàn)故障時,可通過功放管理軟件自動無縫切換至功放Dante 5-8通道,實現(xiàn)主備調音臺的切換。

圖9 主備調音臺

最后,要考慮的是功放端的備份。具備Dante接口的功放通常還具備4個通道的模擬輸入接口?？稍诠Ψ攀遗鋫鋯为毜慕涌谙?功放可通過模擬輸入接口從接口箱直接取信號,在功放端Dante主備接口都出現(xiàn)故障時多一層保障。

3.4 小結

Dante是當前AoIP技術里較為成熟與穩(wěn)定的傳輸協(xié)議之一,通過網(wǎng)絡傳輸音頻最大的優(yōu)勢在于路由靈活方便,布線簡單可復用,成本低。通過以上配置,得出以下幾點結論:

(1)Dante音頻網(wǎng)絡是基于三層網(wǎng)絡傳輸。要解決各房間之間的網(wǎng)絡傳輸基礎問題,需要將架構搭建穩(wěn)固。尤其是在網(wǎng)絡復用的情況下,一定要提前做好VLAN 的劃分和IP 地址及網(wǎng)關的規(guī)劃。多層疊加的交換機會增加Dante系統(tǒng)的延時,需要更好地掌握系統(tǒng)延時,把控交換機的設置。

(2)在大型影劇院中應用Dante音頻網(wǎng)絡技術一定要采用主備交換機,要杜絕主網(wǎng)絡與備網(wǎng)絡互通,要注意交換機上下級連接端口的傳送內容,避免非必要VLAN 的傳輸。

(3)在多個場地共用Dante音頻網(wǎng)絡的情況下,要注意各場地之間的網(wǎng)絡隔離,防止某個場地對其他場地的網(wǎng)絡造成影響。

(4)音視頻系統(tǒng)中的時鐘要固定,Dante音頻網(wǎng)絡的時鐘和傳統(tǒng)的字時鐘、三電平、黑場同步要統(tǒng)一源頭。實際使用時需要根據(jù)場地的運行情況和使用規(guī)律進行配置,應在每個機房內設置一臺常供電設備,保證Dante音頻網(wǎng)絡的正常運行。當多場地組成互連系統(tǒng)時,要統(tǒng)一時鐘,避免多個時鐘的出現(xiàn)。

4 結語

隨著網(wǎng)絡技術的提升與不斷發(fā)展,通過網(wǎng)絡傳輸音頻的可靠性與穩(wěn)定性也大幅提升,越來越多的網(wǎng)絡音頻技術開始應用于專業(yè)視聽場所。Dante音頻技術通過一條網(wǎng)線就可以實現(xiàn)數(shù)字音頻信號和眾多控制信號的高質量低延時傳輸,極大程度減少了額外的布線,一方面節(jié)約了建設成本和勞動成本,另一方面也降低了維護難度。

但同時由于Dante音頻網(wǎng)絡系統(tǒng)基于三層網(wǎng)絡架構,需要音頻系統(tǒng)工程師具備一定的網(wǎng)絡基礎知識和交換機配置能力,便于充分發(fā)揮網(wǎng)絡架構優(yōu)勢,更好地實現(xiàn)系統(tǒng)需求。相信在技術不斷發(fā)展的未來,Dante音頻網(wǎng)絡會在更多的專業(yè)視聽場所內大放異彩。