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基于网络化音频系统架构的智能化路由控制解决方案

 

Roger Heiniger

 

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调音系统的发展已经进入到DSP处理模块以及相应的网络控制层面,对于DSP处理模块来说,今后将不再把DSP作为调音台单独的一部分来考虑,而是实现在调音台的任意位置都可以调用相应的DSP处理模块,我们只需要告诉相应的资源管理模块,让它来合理分配资源和硬件的支持即可。

 

DSP处理模块发展现状

 

DSP处理模块这部分,如果我们用CPU来做相应的资源处理,会使模块的形成和管理容易得多。可以将计算机领域中的通用服务器作为处理核心,在里面安装相应的软件,授权后即可达到不同的处理能力需求。这也为今后的扩展带来便利,可以根据需求选择不同的配置。

 

之前的硬件能够最多同时处理800路音频信号,而新的DSP处理模块可以同时处理1000多路音频信号。目前处理能力的局限在于PCI-E插槽总线的处理能力,随着IT行业实现更宽的带宽和更大流量的传输协议,DSP处理模块也能够实现更多通路的同时处理。在这里的PCI-E可以设置有4个板卡,一共可进行4×64路音频传输,如果未来实现AoIP格式的使用,则可进行384路或512路音频传输,并且同时提供768路母线。

 

DIOS系统的智能化路由控制

 

1. IP网络的路由实现

 

在介绍DIOS系统前,首先使用一个IP网络的例子来阐述基本的概念。在IP网络架构中,每一个细节并不十分重要,当存在一些音频源和相应的目标时,在从源到目标的信号调用和传输过程中,需要正确识别对象及相应的路由并自动调用。但是目前音频系统还做不到完全的IP化,现实系统中会有很多设备没有采用IP技术,因此在一个音频系统中,往往存在很多不同的路由环节,并非所有环节都能通过IP系统进行控制,实际调用时可能需要另外的路由矩阵和其他设备进行分配,才能实现整个调用过程。

 

如果使用调音台的快照功能(Snapshot),将每一级调用的路由设置储存下来,在随后的工作中便可以调用,当然这仍然不能解决在不同的控制系统里面需要有不同静态存储的问题。如果要给整个系统中相应的路由做一个备份路径,上述过程便需要重做一次。

 

2. DIOS系统的路由控制方式

 

IP网络的路由控制相比,存储在DIOS系统控制的架构中则不需要直接操作另外的矩阵、其他的路由设备和网络控制的软件,这些具体设备和具体子网络的控制全部交由他们的控制器来完成,在调音台界面上就可以实现话筒路由等相关设置,而这些过程全部由系统来操作。

 

DIOS系统支持很多第三方的通用控制协议,支持该通用控制协议的第三方硬件也能够在系统中使用,同时未来还会加入越来越多的开放协议。例如想要将话筒信号送到装有DIOS系统的调音台上进行处理,可以直接在调音台上把这个话筒送到想要的通路上使用,所有路由都由系统来完成,使用快速存储的功能来存储相应的路由格式是动态的,并且由DIOS系统来管理。这样一来我们甚至不用做备份设置,系统已经自动为从音频源到目标的路径设置计算出相应的备份通路。

 

3. DIOS控制系统构架

 

对于SDN的控制服务器来说(DIOS不是SDN,它是整个系统控制的软件系统,可以集成在所需的系统之中),可以知道SDN管理网络中的相应路由、带宽的使用情况,以及每一个端口的相应网络流量等信息。在这样的网络中连通从音频源到目标的信息流,是由SDN服务器来进行管理,需要了解占用哪些交换机的哪些资源等信息。而用户不需要关心每一台具体的交换机和每一个具体的端口状况是怎么样的。

 

对比SDNDIOS控制系统结构,可以发现这两者非常类似,其不同之处在于DIOS系统可以完全兼容各种不同格式,如传统矩阵或其他调度设备,以及支持AoIP现有的各种格式,这些都可以在系统中全部应用,并且只需了解音频源到目标的信号传输流程即可。DIOS的系统界面可以进行所有硬件设备的设备管理和相应配置,只要控制网络连通,各种系统中的设备就可以实现即插即用。

 

在每一个硬件设备上可以自定义名称,标记其所属子系统,包括其机房机柜信息等,方便进行检测和管理。当网络管理系统报警时,可以快速定位具体发生故障的设备及其故障点位置,对于接口连接状态和传输状态一目了然。例如某个机箱整体断电或者出了问题,无法在 DIOS系统中识别传输时,那么就会显示整个机箱处于离线状态。

 

4. DIOS系统的路由实现

 

同样对于各种I/O接口,如果没有信号连接的时候,也会显示连接断开。点击不同板卡会显示相应的详细信息,包括地址信息和状态信息等。DIOS系统就像GPS导航那样工作,只需设置自己的出发点和相应的到达目标,就会得到地图规划出来的最合理路径,同时还可以根据自己的需求选择最短路径、红绿灯最少、收费站最少等不同偏好的路径。DIOS系统可以做到类似的规划,例如延时最小的路径,或者经过结点最少的路径等等,这些都可以提前进行设定。

 

GPS导航系统能够给出出现堵塞、交通事故等情况时合理避免拥堵的路径建议,同样,DIOS系统也能在硬件出现故障或连接被断开等情况下自动找出其他的合理路径,使相应的信号流仍然能保持畅通。在GPS导航系统中规划路径需要地图信息,而在DIOS系统中,则需要整个音频系统的拓扑结构,进而实现自动寻找以及备份设定的功能。如果系统无法自动识别设备,操作人员需进行相应的定义,手动设置从设备A到设备B中间的通路,而在IP网络中则不需要手动设置,能够实现自动识别设备的功能。

 

操作人员在拓扑设置界面打开相应的过滤器,即添加搜索的条件限制,就可以为整个音频系统里的每一个音频结点添加相应的标签,记录其所属系统及其功能、物理位置等信息,经过合理的归类,便可以在一个非常大的系统里根据标签迅速找出我们所需要的设备。

 

5. DIOS系统应用实例

 

我们使用两个D23M机箱来进行实例介绍,这是一款非传统的I/O机箱,它是3000多通路的I/O矩阵,能够被看作是一个整体矩阵,传输信号时可以利用其他通路做路由而不通过之前的核心完成,而DIOS服务器相当于一个调音台,给DIOS服务器下达指令使信号从第一台D23M输入并送到第二台D23M的输出上,DIOS系统会给出按照优先设置模拟出相应的路径。如果在系统的运行过程中剪断其中一根光纤,相应的路径被截断,那么DIOS发现路径出现问题并自动寻找另外一条路径实现信号的传输,整个过程仅需0.5秒便可恢复信号的传输0.5秒的耗时原因是因为在AoIP中需要一定的时间发现并解决路径截断问题。

 

当所有AoIP的路径都被断开时,那么在DIOS系统发现后,需要寻找另外的路径把相应的信号传输过去,即通过主通路传输,可以把相应的信号从这个通路传输到目标,只花费毫秒级的时间,这是因为对于点对点的信号没有网络的握手信号时间。在直播工作中,这种近似于实时切换的功能对于用户来说非常需要,因为不允许花费时间检查问题后再确认解决方案,DIOS系统能够给出相应的故障报告,并且保持直播的通路不断。

 

6. DIOS系统中信号源的逻辑设置

 

在这个系统里面可以设置一些逻辑的概念,比如说逻辑信号源,这个实际上是一个逻辑的概念,并不是物理的通道,当然我们可以做相应的绑定,这么做主要的原因就是我们想解决不同的格式在系统里面做传输绑定的问题。比如我们有两个话筒,并且需要这两个信号在信号调度过程中,永远是成对出现,或者是5.1,甚至更多通路的单声道格式,那么可以把相应的物理接口绑定成一个相应的名称和相应的功能类型。在控制系统里面对它做路由的时候,永远是一起来做,这样就不会出现5.1格式中单声道一路一路地按照顺序来分配连接路径的情况发生。即操作人员可以将不同格式的信号在系统中做绑定传输,例如对于两路在信号处理过程中永远成对出现的话筒信号,将其物理接口绑定在一起并指定相应的名称或功能类型。在对二者进行路由处理的过程中,永远保持联动,不需要将多路单声道信号按照顺序依次分配连接路径。

 

物理接口同样可以有绑定关系,类似于矩阵连接的界面显示逻辑上和物理上的互联信号。该界面不面对最终用户,所有的设置都是在系统搭建时由专业的工程师进行一次性的最基本设置,以便用户应用。这种对逻辑上的信号源进行绑定等处理具有很大的优势,例如主备两只话筒连接在不同的物理话筒输入板卡上,但在系统中分配在同一个信号源上,一旦主话筒出现问题,备用话筒可以进行实时的切换。

 

系统中的音频路由界面是典型的矩阵界面,在这里可以显示所有的输入和输出,进行条件筛选查找,这个矩阵界面并不是日常使用的界面,但对于系统来说必不可缺,需要通过这样的界面进行相应的整体管理。这个界面还可以进行重要输入输出通道的高级别锁定,避免其他设备使用界面随意修改。一些基本设置如话筒48V幻象供电,或者前置放大器的调整,也可以在这个界面中找到相应的硬件,并对它进行设置。

 

总结

 

DIOS系统监控中心里,可以对系统中所有音频系统架构中的事件进行记录,包括报警信息、相应的通路断电信息,可以添加注释,备注主动断电的原因,还包括设备故障时其他通路中有多少已经被占用,有多少可以被利用等,都可以被直观地反映在界面中。总之,DIOS系统已经完全超越了传统的IP网络路由分配形式,能够成为音频系统中通用的智能化路由控制的最佳解决方案。