智能化广播台网系统中的音频数据传输

　　【摘要】本文介绍了建立电台全媒体内容管理智能化广播台网的必要性及技术特点，着重阐述其音频数据传输技术的应用。

　　【关键词】电台全媒体内容管理 智能化广播台网 数据粉碎 音频再生和重构

　　电台全媒体内容管理智能化广播台网的建设工作是以广电总局发布的《广播电台数字化网络化建设白皮书》的理论基础为指导，采用SOA标准设计理念，全面、合理、先进地规划整个广播台网系统，建立一个以全媒体内容产业为主体的数字化网络平台，实现素材采集、节目制作、资料存储、播出分发等各环节优化的生产方式、有效的资源整合和精细的流程管理；通过互联互通、信息共享、资源共享，实现海量的节目生产能力，低成本制作，可控的市场化运作；通过全媒体内容管理平台的构建，实现新媒体与传统媒体的融合，为各种全媒体业务提供内容支持，开辟新的赢利模式，拓展新的产业空间。

　　一．建立电台全媒体内容管理智能化广播台网的必要性

　　电台经过几十年的发展，其录音制品库和音频数据库积累了大量自解放以来录制或购置的资料，这些节目资料只有通过版权管理的相关确权之后才有实际应用价值，否则节目内容的使用将存在版权纠纷风险。

　　近两年电台事业发展突飞猛进，新闻报道追求快速、权威，文艺节目制作追求精品、质量，以手机广播、网络为代表的新媒体业务发展迅猛，电台已逐步由传统走向多媒体传媒机构。在新的技术变革和媒体发展形势要求下，电台需要结合《广播电台数字化网络化建设白皮书》，切实推进电台技术区数字化、网络化改造。

　　二．电台全媒体内容管理智能化广播台网的技术特点

　　1.统一生产管理体系

　　统一生产管理体系由基于SOA的全台异构数据三层模型的跨网络、跨系统、跨业务交换的互联互通平台、可定制双向服务IP广播新媒体系统、全域统一智能化自动管理控制系统、多媒体服务型媒体资产管理系统、全程全网一体化节目制播分离生产系统和全域统一用户管理系统等组成。

　　采用了嵌入式智能化自动应急处理技术、基于数据粉碎、音频再生、重构的安全传输技术、混合模式网络优先型播出技术、全媒体柔性智能编目技术和物理隔离异构冗余多播技术等多种创新性技术。使节目生产方式从传统的半网络化制播和存储方式转型为全程数字化、网络化的节目生产和存储方式。全面推进了广播电台的现代化管理，为实现可持续发展的战略目标提供了强有力的技术支持。

　　2.基于KOI技术的广播台网智能化全景统一监测体系

　　全媒体内容管理智能化广播台网系统中，以关键对象指标（Key Object Indication ）为基础，规范化、立体化地进行全网运行监测。关键对象指标包括：设备运行的关键性能与告警指标、广播音频信号的技术指标、台网内业务流程运行的管理节点指标。监控对象的监测指标采用分布式探针收集与故障告警主动报告方式，经中央处理系统集中处理、综合分析，并与多媒体监测信息展现平台联动。

　　3.面向统一转码架构的多格式音频混编技术

　　多格式音频混编技术是通过对音频编码层的分析，发现各种音频信源编码在心理声学模型分析（预测）、频域（变换与量化）以及统计域（熵编码）等方面存在的结构化共性，最终归纳为有限的几种处理方式。根据上述特点，进行相应的变换算法研究，建立对多种音频编码系统的基于离散余弦变换的同结构内部转换模型、同类变换伸缩参数的集合化模型、变换类型间的转换模型、滤波算法转换模型和基于概率的统计编码变换模型。按照信源分层的架构，实现对等层转码。在应用平台中对多种音频格式进行实时、离线混编处理，实现音频节目的无缝输出。

　　4.面向对象的媒体组管理发布技术

　　在三网融合复杂应用趋势下，全媒体内容管理智能化创造性地提出媒体组的概念。采用面向对象技术和系统论的方法，将媒体的内容、特征、应用、传输方式等进行重组。通过智能自适应组合挂接不同特征值的方式将单一内容与多种复杂应用进行智能化对应，实现媒体组智能化转码、智能化信道匹配、智能化应用发布等功能。

　　SOA架构的引入，为系统工程提供了清晰的应用开发图谱，并且提升应用系统实施质量，将业务需求的变化快速分解到对应层级，这样就可以快速应对未来系统业务需求变化并保障快速实施。媒资系统、音频制作系统、信息采编系统、播出系统，数字总控系统、广告管理系统、多媒体制作及发布系统、自动供电及监控管理系统、统一监控系统等9大分系统与广播台网技术基础平台均有良好的链接，实现了利用SOA架构和ESB、EMB双总线形式的互联互通体系，通过物理连接逻辑隔离和物理隔离、逻辑连接两种方式，完成对服务的统一调度以及对实体数据的统一迁移。全媒体内容管理智能化全域智能化广播台网基础平台技术稳定成熟，为全媒体内容管理智能化全程全网的统一内容生产管理体系奠定了坚实的基础。

　　在全域智能化广播台网技术框架下，构建了全台全业务贯通的多个业务系统，实现了节目采、录、编、播、存的全数字化和网络化，建立四级安全防范区域，在确保系统安全的情况下，取代了过去音源1：1对录的方式，使得节目和稿件能够无损高效地进入到制作和播出区域，实现业务系统的正常流转。通过技术系统对业务系统进行严格的规范化，为广播行业的制度化管理提供有力的措施和手段。

　　全媒体音频媒资管理系统对版权管理系统的基本信息进行记录，对于版权使用不做权限控制，只负责对版权情况进行提示。具体版权使用的控制通过管理制度来实现。

　　媒资系统部署在制播网内，版权管理系统部署在外部办公网，两系统间的交互采用离线光盘数据导入方式，且数据流向是单向：媒资流向版权管理系统。

　　三．电台全媒体内容管理智能化广播台网技术创新点介绍

　　根据全媒体内容管理智能化广播台网系统的业务特点，参照多元异构融合体系的理念，遵照业务驱动、整体规划、分步实施的原则，全面、合理地建设广播台网统一生产管理体系。

　　1.建设全媒体内容管理智能化广播台网基础平台

　　（1）广播台网基础网络支撑平台，实现广播台网络干线的物理联通；

　　（2）广播台网互联互通平台，实现各生产业务系统的互联互通；

　　（3）广播台网全域统一用户管理平台；

　　·广播台网全域统一访问门户；

　　·广播台网全域等级化安全信息安全保护体系；

　　·广播台网全域统一监控平台(音频域/I T域/全流程域)，实现各个环节的统一监控

　　2.重点考虑高可用性、高性能与应急恢复机制设计全媒体内容管理智能化广播台网承担了全台全程网络化制播流程的关键环节，为了保障全台生产安全，整个系统架构设计重点考虑高可用性，并针对各类型故障确定应急恢复机制。

　　3.采用SOA体系架构

　　（1）系统间架构松耦合

　　互联互通平台采用ESB、EMB双总线方式实现子系统间的松耦合连接，降低了相互的依赖程度，能灵活应对广播电台的业务需求，将变化限制在局部。

　　（2）系统内部SOA松耦合设计

　　在子系统内部采用SOA设计，将技术架构分层，依据需求定义各层级应该具备的组件模块及各层级之间的接口衔接关系，通过逐层分解的深化设计思路，确保总体框架设计的落实。这种设计能够提供清晰的应用开发路线图，并且提升应用系统实施质量，将业务需求的变化快速分解到对应层级，将变化限制在局部，能够快速应对未来系统业务需求的变更。

　　电台全媒体内容管理智能化广播台网统一生产管理体系是多个不同厂家基于不同标准研发的多种应用子系统，整合在广播台网体系的框架下，既可以独立地持续发展，互相之间又不会产生冲突或同化。子系统的发展为整体带来性能和理念上的提高，同时也不会产生垂直型一体化网络中整体对局部的束缚作用，真正实现了松耦合。

　　按照广播电台的业务特点，遵循“开放、安全、松耦合”的设计理念，将广播台网划分为五个层次：基础网络层、数据交换层、生产业务层、管理业务层和企业门户层等。

　　电台全媒体内容管理智能化广播台网系统在互联互通的深度方面实现了台内总编室业务、内容管理业务、文稿采编业务、综合制作业务、播出分发业务和新闻制作业务的互联互通；在互联互通的广度方面实现了网络层、信号层、媒体数据层、媒体信息层和应用层间的互联互通；在业务流程上实现了全程文件化的网络制播方式，优化了广播电台人才配置，调整组织结构，实现了业务流程的优化再造。系统的建设过程中，取得了许多创新性的成果。

　　结合数据粉碎、音频再生和重构的安全传输技术和物理隔离异构冗余等技术，率先建立针对全域智能化广播台网纵深防护体系。

　　随着广播电台工艺流程的数字化、网络化进程，音频柔性广播台网络架构已发展成为支撑全台节目制播业务和日常管理业务的大型综合性媒体网络。系统具有规模大、用户数多、系统全而复杂等特点。信息安全作为多元异构网络的重要组成部分，负责保障广播电台各业务系统涉及物理、网络、系统、应用、终端等各I T层面的安全方面。其核心任务是综合运用技术、管理等手段，保障广播电台广播台网络和各业务系统的正常运行，保证业务的连续性。信息安全是广播电台运营与发展的基础和核心，是保障客户利益的基础。多维多层媒体系统安全纵深防护体系是一个全方位的信息安全与防护系统，包含了策略、防护、监控、应急、审计等多个方面。

　　坚持面向业务（以业务为基础）、面向数据（以数据为核心）、面向用户（以人为本），以标准规范和安全高效为灵魂设计系统，实现统一的广播台网络、统一的信息资源、统一的信息标准、统一的安全标准、统一的应用支撑平台。

　　节目安全播出与发布是广播电台各业务系统的核心目标，各业务系统是实现节目安全的技术平台和数据承载者，因此系统安全建设围绕着保证节目生产安全业务系统展开，而且与广播电台业务系统建设特点相适配。整个信息系统安全从系统部署位置上涉及全台的各个业务系统，从业务领域上涉及综合管理、节目生产管理、新闻和综合节目制作、节目播出、媒体资产管理、资源监控和对外内容合作等领域。各业务域为保障日常节目生产播出要实现高效稳定的业务信息交互。

　　四．音频数据传输技术的应用

　　在互联网接入非信任区、办公终端接入区、业务区和核心播出区域分别引入了数据粉碎、音频再生和重构的物理隔离规范准则。

　　在音频数据全程文件化的传输过程中，独创性地采用纯音频网间媒体数据过滤器技术深入解析到网络协议层，从协议层上对数据进行非常严格的格式检查和数据检查，为应用程序提供了更透明的方式来通过网间媒体数据过滤器。比如在外网可以用任何一个FTP客户端软件向一个位于内网的FTP服务器上传输文件，而位于内外网之间的纯音频网间媒体数据过滤器则透明地对从外网传输到内网的数据进行检查和过滤，只允许特定格式和内容的数据进入内网，比如MPEG-1LayerII音频数据。除了支持对格式和内容的检查外，还对WAVE格式提供了强大的‘病毒粉碎机’功能，也就是通过在PCM码上的最低位上进行0/1转换，粉碎了病毒体，而几乎不影响声音本身。

　　为了防止子网之间的安全威胁通过TCP/IP协议在网间流窜，一个基本的技术手段就是阻断TCP/IP协议在高安全等级和低安全等级的子网之间的传播。只有从O S I模型上的物理层、数据链路层、网络层以及其上层采取技术手段阻断TCP/IP协议在高安全等级和低安全等级子网之间的传输。

　　1.基于数据粉碎、音频再生和重构的工作原理

　　在综合业务网的各个子网之间摒弃了标准的网络连接，基于数据粉碎、音频再生和重构的网间媒体数据过滤器的核心原理就是采用专用的数据摆渡电路来实现基于白名单的数据审核和过滤。系统由两个主机组成，分别运行网间媒体数据过滤器专用的操作系统，该操作系统是经过优化和裁剪的嵌入式Linux系统，其软件固化在半导体存储器中，操作系统和网间媒体数据过滤器软件本身是硬件写保护的，从硬件上保证了系统本身不受侵犯和感染。两个主机系统之间通过PCI扩展槽上的硬件高速摆渡电路实现数据的交互，其原始数据传输率高达4Gbps。

　　需要说明的是，基于数据粉碎、音频再生和重构的连接的两个子网具有不同的安全等级，其设备从高安全等级的子网向低安全等级的子网摆渡数据时并不经过严格的数据过滤。

　　显然，由于加上了硬件摆渡电路，而该电路是完全私有的，和IEEE802.3标准以及TCP/IP没有任何关系，两个子网间是不可能有任何TCP连接的，所以通过TCP连接的黑客操纵和攻击就从硬件上给予阻断。

　　基于数据粉碎、音频再生和重构的采用了先进的新一代的SGAP技术和协议完全监控技术，成功地实现了既保证可信网络与不可信网络的物理隔断，又保证两个网络间的数据实时访问，能防止针对应用层、网络层和OS层已知和未知的攻击。

　　2.对音频数据和文本数据的白名单过滤机制

　　广播电台综合业务网中的各个子网的数据交流和其业务特点有关系，需要传递的数据包括音频数据和文本数据。在进行数据摆渡时就严格对音频数据和文本数据进行白名单过滤。

　　4.2.1文本数据的过滤

　　文本的过滤是较容易的，依据字符集进行严格的审核和摆渡即可，对二进制形式的音频数据则需要采用更多的技术手段。

　　4.2.2音频数据的过滤

　　（1）通过帧格式来判断

　　基于数据粉碎、音频再生和重构的的白名单只需可S48、MP3、Wave等少数音频编码格式数据通过。MPEG音频格式都有特有的帧格式，帧有帧头和数据体，基于数据粉碎、音频再生和重构的就通过分析帧头和数据体来判断。每个MPEG帧的帧头都有固定的同步字，具有一定的帧格式，这些都不可能是一般二进制数据能遵循的，如果一个病毒二进制数据体满足了MPEG帧格式，其就不可能是Active的病毒体。

　　（2）通过音频特性来判断

　　除了通过数据的格式来判断二进制数据是音频还是非音频之外，基于数据粉碎、音频再生和重构的还通过数据的特性来判断数据是否是音频数据，因为音频数据具有和普通二进制数据不同的特性，基于数据粉碎、音频再生和重构的采用多种判据来判断数据是否是音频数据，因为作为病毒体的二进制数据不可能严格地具有音频数据特性：

　　频域特性：音频数据经过频谱转换后其频谱有固定的特性，各个频谱分量只较连续的，而且高频部分基本上不会超过22KHz。如果二进制数据经过频谱转换后不满足这些条件时域特性：音频数据在时间轴上是连续的，在样点（Sample）级上具有较强的连续性，普通的二进制数据基本不可能具有这样的特性，也不存在作为病毒体的二进制数据也具有这样的连续性特征。

　　声波的过零特性和周期特性：音频数据是声波的具体表现，作为波的物理特性，音频数据的PCM值具有周期性和过零性，普通的二进制数据极难满足这个特性点。

　　（3）对二进制数据进行扰动

　　音频数据的特点是：样点的PCM值的最低位基本是量化噪声阈，从AD/DA原理来看，样点PCM值的最低位对音频本身的影响极小。基于数据粉碎、音频再生和重构的正是基于音频数据的这个特点，在过滤传输音频二进制数据的同时，间隔不固定数量的样点就抽取某个样点，对其最低位进行修改，而且这样的抽取和间隔数量具有一定的随机性，外部攻击无法预知。对音频数据做了这样的修改是无关紧要的，但对病毒数据则是完全的破坏。

　　五．结束语

　　电台全媒体内容管理智能化广播台网系统建设是充分利用当前主流的先进技术，切合电台的实际需求，整理保存珍贵的历史资料的和现有的播出节目及素材，满足电台制作业务节目的归档、检索回调，实现媒体内容的共享中心和媒体内容的交换平台，整体系统实现任务化、流程化管理，为电台节目制作提供技术和内容支撑，同时也为电台的数字广播、手机电视、手机广播、网络广播等新媒体业务的可持续发展提供多媒体资源的共享平台。

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　　赵玉峰