校園智能廣播產(chǎn)品選擇及技術(shù)淺析

　?。ㄗ髡撸罕本┖阈强仆萍及l(fā)展有限公司 劉軍）

　　概述

　　在我國現有的教育機構中，校園公共廣播在各類(lèi)學(xué)校中都達到廣泛應用，主要用于升旗、眼操、通知、廣播操、運動(dòng)會(huì )等日常校務(wù)管理。隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數字多媒體設備在教學(xué)中得到應用，特別是近年來(lái)學(xué)校信息化建設步伐加快，計算機、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等一批高新技術(shù)應用到了教學(xué)實(shí)踐中，使傳統教學(xué)方式發(fā)生了根本變化?，F有廣播系統的這種狀況，顯然已不能與其它現代教育技術(shù)系統相配套，遠遠不能滿(mǎn)足現代教育發(fā)展的需要。學(xué)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(chǎng)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、調頻廣播、網(wǎng)絡(luò )廣播三大類(lèi)。

　　產(chǎn)品與技術(shù)分析

　　各廠(chǎng)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的建設中，到底應該采用什么樣的技術(shù)與方案，選擇什么樣的產(chǎn)品與廠(chǎng)家?對于學(xué)校來(lái)講就像是霧里看花，很難分辨出真正技術(shù)先進(jìn)、性能穩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(jìn)行解析，以供學(xué)校在校園廣播建設中參考。

　　一、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(jìn)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(jìn)行傳輸的。為降低線(xiàn)路傳輸損耗，通過(guò)升壓變壓器將其4-16Ω匹配阻抗變換到100V定壓方式進(jìn)行傳輸，到終端后降壓轉換到4-16Ω的匹配阻抗上推動(dòng)喇叭，一般傳輸距離是幾十米到幾百米。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、結構簡(jiǎn)單、性能穩定、維護容易、終端便宜。

　　目前廣泛應用在車(chē)站、碼頭、學(xué)校、商業(yè)與民用建筑的背景音樂(lè )中，并有許多廠(chǎng)家在此基礎上開(kāi)發(fā)出可與消防系統聯(lián)動(dòng)的緊急廣播。

　　缺點(diǎn)：

　?、俣▔簜鬏斒芫€(xiàn)間變壓器帶寬、喇叭尺寸、電纜線(xiàn)徑等因素影響，頻響范圍在200Hz~12KHz，失真度≤10%，無(wú)法實(shí)現立體聲傳輸。

　?、诠澞咳萘啃?，不能尋址控制,一條線(xiàn)只能傳輸一套節目，對于當前學(xué)校來(lái)講，外語(yǔ)聽(tīng)力訓練要求多年級同步進(jìn)行，傳輸一套節目是遠遠不夠的，無(wú)法滿(mǎn)足同時(shí)廣播和分區廣播，無(wú)法實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)尋址廣播。例如校長(cháng)想對某個(gè)班級講話(huà)或對某幾個(gè)班講話(huà)，定壓廣播無(wú)法做到，只能所有音箱同時(shí)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(chǎng)播放，背景音樂(lè )只需對宿舍、餐廳插播，定壓廣播是無(wú)法實(shí)現對單點(diǎn)或隨意分組進(jìn)行班級廣播的。

　?、垡粼椿旧隙际遣捎媚M音源，無(wú)法播放數字格式音頻文件，無(wú)法實(shí)現自動(dòng)播放，自動(dòng)控制。定壓廣播都是按照功率匹配和阻抗匹配的原則進(jìn)行設計的，一但系統布線(xiàn)安裝結束，功率擴充的容量十分有限，且節目容量也無(wú)法擴充。為了解決這個(gè)問(wèn)題，包括歐博公司在內的廠(chǎng)家推出智能控制設備，對定壓功放、周邊設備，也可定時(shí)控制功放的開(kāi)關(guān)。目前OBT-9300的存儲空間已經(jīng)達到1000M容量，并且帶有定時(shí)選曲播放、定時(shí)選臺播放和定時(shí)電源供電控制功能，可以基本滿(mǎn)足學(xué)校日常鈴聲及操類(lèi)節目的播放要求，但無(wú)法滿(mǎn)足外語(yǔ)聽(tīng)力教學(xué)訓練與考試的要求。

　　二、閉路調頻智能廣播

　　技術(shù)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(jìn)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(shí)搭載不同的音頻節目，我國將87-108MHz劃分為調頻廣播頻段?，F階段我國城市廣播、有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )中閉路廣播都采用FM調頻廣播的方式。

　　調頻廣播可與有線(xiàn)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(diǎn)：

　?、僬{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(yōu)點(diǎn)，并可進(jìn)行立體聲傳輸。

　?、诩夹g(shù)成熟、節目容量大：閉路調頻廣播是基于有線(xiàn)電視的頻率分割、頻分復用的方式進(jìn)行傳輸的。有線(xiàn)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(jià)格十分低廉。我國在有線(xiàn)電視頻率劃分上，把87-108MHz這一頻段劃分為調頻廣播頻段，專(zhuān)門(mén)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(shí)傳輸60多套調頻廣播節目，可以滿(mǎn)足學(xué)校多年級、多分區同時(shí)廣播的要求。

　?、劭杉嫒菪?、可擴展性好：調頻廣播可以與有線(xiàn)電視信號在同軸網(wǎng)絡(luò )中共纜傳輸，同時(shí)兼容有線(xiàn)電視、HFC光電混合網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)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(shí)，只需要增加調頻調制器(OBT-9916)即可，無(wú)需對布線(xiàn)結構做任何改動(dòng)。增加終端音箱及接收設備時(shí)，只需在原線(xiàn)路上任意地方找一個(gè)射頻接口，滿(mǎn)足接收電平(45-65)dB即可，無(wú)需重新布線(xiàn)，只需添加功放即可。

　　缺點(diǎn)：調頻廣播是基于弱信號方式傳輸，每個(gè)接收設備必須是有源設備，即每個(gè)音箱及終端必須外接220V電源。對于有消防廣播要求的學(xué)校，單純調頻廣播不能滿(mǎn)足消防規范要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，OBT在調頻廣播的基礎上開(kāi)發(fā)出了調頻轉定壓的專(zhuān)用設備(OBT-9918)，并預留有消防接口，這樣調頻廣播不但可以實(shí)現多路廣播，而且具有消防廣播功能，基本滿(mǎn)足學(xué)校的廣播要求。

　　對于調頻廣播的智能化，OBT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(kāi)發(fā)出了校園智能廣播多路播出與控制軟件(OBT-9900A)，采用一臺主控計算機(OBT-9900)同時(shí)播出1-8套音頻節目，同時(shí)軟件也具有按照年、月、周、日多模式設定播放列表自動(dòng)定時(shí)、定點(diǎn)播放廣播曲目的功能。OBT-9900A軟件還具有可尋址控制功能，在廣播室通過(guò)軟件控制終端音箱的開(kāi)關(guān)、音量、頻率、輸入選擇、緊急廣播等功能，并可通過(guò)軟件進(jìn)行一些播放任務(wù)的設定，基本滿(mǎn)足了校園常用的播放和控制功能。

　　在智能控制方面OBT采用的是載波或副載波控制技術(shù)，常見(jiàn)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(wú)需再布控制信號線(xiàn)。數字調制這一技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應用已十分成熟，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用。

　　三、數字音頻網(wǎng)絡(luò )廣播技術(shù)

　　背景分析：在介紹數字音頻之前，我們先來(lái)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(shí)間變化的一個(gè)電壓(流)信號y=f(t)，即一個(gè)時(shí)間函數，也就是我們通常所說(shuō)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。定壓廣播、調頻廣播都是直接對模擬音頻進(jìn)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(shí)間分量(x軸)和幅值分量(y軸)上進(jìn)行分割描述(見(jiàn)下圖)。x軸上的分割稱(chēng)作采樣，用每秒鐘內的采樣次數來(lái)描述，即采樣頻率，采樣頻率越高，說(shuō)明采樣間隔時(shí)間越短，則越有利于描述原始聲音的真實(shí)情況。y軸上的分割稱(chēng)為量化，用比特Bit來(lái)描述(比特中n是2n，16bit=216=65536份，即將音頻的幅值用65532個(gè)離散的階量來(lái)描述)，同理比特值越大，量化越精細。

　　采樣、量化后的一個(gè)音頻信號生成一串離散的“010101………”的二進(jìn)制代碼，這樣計算機就可以認識這些二進(jìn)制代碼了，也就可以對其進(jìn)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(gè)元器件都有熱噪聲)，每處理一次都會(huì )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(lái)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(huì )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(zhì)來(lái)采樣一個(gè)音頻文件(立體聲雙聲道)，則16×2=32Bit，44.1KHz×32Bit=1411200(Bit)，一個(gè)漢字在電腦里占2個(gè)字節(Byte)(1Byte=8Bit)，則1秒鐘的音樂(lè )占用存貯空間=1411200/(8×2)=88220個(gè)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(jìn)行直接處理、傳輸顯然是不易實(shí)現的，這樣根據人耳的聲學(xué)原理特性，對一些無(wú)用的數據(人耳聽(tīng)不到的)進(jìn)行壓縮，這樣就可大大降低數據量，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。

　　數字音頻經(jīng)過(guò)數字處理后，最終還是還原成一個(gè)聲音信號播放出來(lái)(D/A轉換過(guò)程)。首先將用大量數字字符描述的數字音頻信號送到一個(gè)數/模轉換器中,(DigitaltoAnalongConverter，即DAC)線(xiàn)路中，將數字信號還原成一系列以時(shí)間函數變化的電壓值，然后通過(guò)整形電路，經(jīng)由低通濾波器輸出。這樣比較平緩又真實(shí)的模擬脈動(dòng)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(zhuān)業(yè)音頻卡來(lái)完成，而壓縮、傳輸、解壓、解碼都是由專(zhuān)用軟件或專(zhuān)用芯片來(lái)完成的。音頻的編輯則由專(zhuān)業(yè)音頻編輯軟件來(lái)完成。