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行政辦事廳錄音系統(tǒng)設(shè)計方案
一、項目概述
1.1項目概況
為滿足行政辦事廳系統(tǒng)在拾音方面的個性化需求，方便客戶更加靈活的運用在不同的環(huán)境中。我司針對行政辦事廳需求針對項目使用特殊性建議采用我司的網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)拾音器。智能網(wǎng)絡(luò)拾音器，他是集語音降噪、多路音頻混音、音頻智能分析、遠程開關(guān)控制、遠程背景音樂廣播、10段EQ均衡設(shè)置等功能為一體的全新網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化拾音器產(chǎn)品。它具有數(shù)字化傳輸、抗干擾能力強、音頻高采樣率、可強力消除動態(tài)噪音和靜態(tài)噪音、高保度真、智能控制、可編程等特點突破了傳統(tǒng)拾音器只能單一拾音的缺點，智能型網(wǎng)絡(luò)拾音器可根據(jù)用戶使用場景的不同設(shè)置不同的參數(shù)，從而帶到最佳的采音效果。
傳統(tǒng)的音視頻解決方案是錄音設(shè)備的模擬音頻輸入信號和拾音器的音頻信號直接連接至錄音設(shè)備的音頻接口后數(shù)字化存儲設(shè)備，錄入視頻和音頻以達到同步錄音錄像的要求。
隨著各行各業(yè)對采音需求的普遍應(yīng)用，拾音器的音頻信號被接入到各種設(shè)備中，通過數(shù)字化處理后和數(shù)字視頻一起打包傳輸。在實際的應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)無論是那種數(shù)字錄音設(shè)備，由其采集和壓縮后的聲音品質(zhì)都不理想，尤其是經(jīng)過采用8KHz/16bit采樣的音頻甚至出現(xiàn)聲音失真、對環(huán)境噪音和動態(tài)噪音不能有效減弱，嚴重影響到客戶使用效果。怎么才能做到高采樣率的聲音采集合成和不同用戶對功能的需求成為業(yè)內(nèi)需要重點解決的問題。
隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)全面向全數(shù)字化的轉(zhuǎn)變以及在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，對音視頻同步錄音錄像提出了更高更嚴的要求，對聲音品質(zhì)提高的呼聲越來越高。但現(xiàn)實情況是，監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)廠家不重視音頻質(zhì)量，加上生產(chǎn)廠家在音頻方面技術(shù)的缺失，提高采樣率不僅增加設(shè)備生產(chǎn)成本，技術(shù)上也達不到我們理想的要求。
為適應(yīng)新的應(yīng)用需求與要求，需要研制一種全新的數(shù)字降噪網(wǎng)絡(luò)拾音器解決方案，從傳輸和數(shù)字降噪及音頻壓縮等幾個方面著手，徹底的解決目前傳統(tǒng)拾音器的音質(zhì)以及傳輸?shù)葐栴}。
1.2需求分析
經(jīng)過前期應(yīng)用與調(diào)研發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的音頻解決方案存在一些問題：音質(zhì)差、聽不清，對查處提供證據(jù)不足、對人員對話內(nèi)容無法分辨，等等……，究其原因如下：
傳統(tǒng)攝像機內(nèi)嵌拾音器音質(zhì)差：傳統(tǒng)的設(shè)計方案，利用攝像機內(nèi)嵌的拾音器收集聲音，與攝像機視頻同步傳輸，導致音質(zhì)差有以下原因：
- 拾音器部署在邊緣：攝像機為了滿足視頻覆蓋無盲點的布置要求，多數(shù)在考點的邊緣，這樣導致聲音采集范圍覆蓋范圍不夠，拾音器應(yīng)該在部署在場景中心
- 內(nèi)嵌拾音器音頻采樣率不夠：早期攝像機是為了解決監(jiān)控看的問題，對聲音的重要性關(guān)注度不夠，因此采用的拾音器比較低端，采樣率低，音頻失真
常見拾音器沒有采用特殊技術(shù)處理：如拾音器沒有采用降噪、回聲抑制、抗干擾等專業(yè)技術(shù)處理，無法獲取高保真音源。
隨著傳統(tǒng)電子考場陸續(xù)建設(shè)與實踐應(yīng)用，僅僅看得見已經(jīng)不能滿足當前的建設(shè)需求，如何在看的清的同時也要聽得清，因此高音質(zhì)、高靈敏度的拾音器的選擇勢在必行……
二、系統(tǒng)設(shè)計原則
本項目必須使用科學的方法來進行規(guī)劃、設(shè)計與建設(shè)，以保證系統(tǒng)建設(shè)的成功。主要包括以下原則：
2.1 統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署
充分考慮本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的關(guān)系，統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、部署，避免短期行為，避免未來的投資浪費。
2.2 適合性原則
“適合的才是最好的”，在系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計中始終堅持這個原則，避免系統(tǒng)建設(shè)的盲目性。保真系統(tǒng)的可用性、好用性和可管理性。
2.3 前瞻性原則
在進行系統(tǒng)設(shè)計時，規(guī)模上既考慮到當前的需求，又充分考慮到今后幾年的需求；技術(shù)上要考慮到今后的發(fā)展趨勢；應(yīng)用上要考慮其他相關(guān)系統(tǒng)互聯(lián)的要求。
2.4 經(jīng)濟性原則
在方案設(shè)計和產(chǎn)品選型時，注重合理性和建設(shè)成本，降低系統(tǒng)建設(shè)成本；在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時，考慮減少系統(tǒng)建成后的運維成本。
三、系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)
方案設(shè)計中參考以下標準：
GB4943-2001 信息技術(shù)設(shè)備的安全
GB8898-2001 音頻、視頻及類似電子設(shè)備安全要求
GB16796-1997 安全防范報警設(shè)備安全要求和試驗方法
GB50057-1994 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范
GB50198-1994 民用閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范
GB50348-2004 安全防范工程技術(shù)規(guī)范
GA308-2001 安全防范系統(tǒng)驗收規(guī)則
GA/T74-2000 安全防范系統(tǒng)通用圖形符號
GA/T75-94 安全防范工程程序與要求
ISO/IEC-11172-3 MPEG音頻編碼標準
四、關(guān)鍵技術(shù)
關(guān)鍵技術(shù)的深入研發(fā)與突破是高保真音質(zhì)、高靈敏度拾音器根本保障，本項目中采用的產(chǎn)品有如下技術(shù)特色：
4.1 DSP主動降噪技術(shù)
所謂DSP主動降噪技術(shù)，實際上就是實現(xiàn)DSP的電磁兼容，
符合下面三個條件，則該系統(tǒng)是電磁兼容的:
- 對其它系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾
- 對其它系統(tǒng)的發(fā)射不敏感
- 對系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾
本項目采用降低噪聲的技術(shù)有三種：
- 抑制源發(fā)射
- 使耦合通路盡可能地無效
- 使接收器對發(fā)射的敏感度盡量小
4.2 DSP束形拾音技術(shù)
產(chǎn)品由多個麥克風排成線形或環(huán)形陣列，通過DSP陣列信號處理，以“電子瞄準”方式實現(xiàn)智能語音信號處理。麥克風陣列實現(xiàn)增強語音、環(huán)境降噪、音源定位等功能，使輸出語音的信噪比大幅度提高，從而獲取高質(zhì)量的語音信號。
陣列麥克風—“電子瞄準” 麥克風陣列增加了一個空間域，對拾取的多路語音信號進行分析與處理，使陣列形成的波束方向圖主瓣對準目標語音，“零點”指向干擾源以抑制干擾信號，從而盡可能地獲取目標語音。 系統(tǒng)采用自適應(yīng)降噪和語音增強算法，以“電子瞄準”方式自動跟蹤說話人的方向和位置，同時抑制其他說話人的聲音及環(huán)境噪聲，具有很好的空間選擇性。
4.3 AFR 反饋抑制技術(shù)
AFR 反饋抑制技術(shù)是指音頻信號經(jīng)揚聲器系統(tǒng)發(fā)出聲音后，由傳聲器拾音將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎胫练糯笃鞣糯�，然后由揚聲器系統(tǒng)產(chǎn)生聲音輸出，形成揚聲器系統(tǒng)、傳聲器、放大器、揚聲器系統(tǒng)之間的正反饋，導致放大器的輸出信號幅度不斷地增加而產(chǎn)生某一頻率的振蕩，出現(xiàn)嘯叫。
在室外擴聲系統(tǒng)中，聲反饋主要由音箱的直達聲引起。在室內(nèi)擴聲系統(tǒng)中，除了音箱的直達聲外，還有來自各壁界面的反射聲。
4.4 AEC回聲抑制技術(shù)
AEC回聲抑制技術(shù)的基本原理就是：用一個人為干預(yù)的信號波，去消除通訊過程中產(chǎn)生的回音信號，同時保留其它正常的語音信號，以達到通訊的正常使用。
目前各品牌回音消除器產(chǎn)品的方案，基本都是在會場聲源的輸出端，同步獲取一個音頻信號，對此信號做一定延時的位移＋反相，同時根據(jù)使用條件的不同，將該信號的幅度放大到“二次聲源”平均的幅度值范圍。處理后的信號與會場聲源（話筒）輸入端的信號進行邏輯加的處理，從而抵消回音信號。會場其它的語音信號，因為沒有抵消信號，所以正常輸入系統(tǒng)
五、采音系統(tǒng)目標
根據(jù)項目總體業(yè)務(wù)需求模式，在項目中采用我公司提供的“網(wǎng)絡(luò)拾音器系統(tǒng)” （以下簡稱系統(tǒng)）實現(xiàn)監(jiān)控中心與各個采音終端實現(xiàn)通信互通等業(yè)務(wù)。
隨著行政辦事廳對采音質(zhì)量的需求越來越大，傳統(tǒng)模擬拾音器已經(jīng)不能達到現(xiàn)有需求，急需一個突破性的產(chǎn)品。針對行政辦事廳的特殊性，選擇的產(chǎn)品能更加靈活的運行在不同的環(huán)境中。此次項目中采用廣州峰火科技生產(chǎn)研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)拾音器。
在辦事大廳中，拾音器可實現(xiàn)與視頻同步錄音錄像，能接入支持標準onvif協(xié)議的攝像機，實現(xiàn)同步存儲。
拾音器采集聲音后首先是存儲在終端的內(nèi)置SD卡中，然后通過相互之間互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)把各個窗口的語音數(shù)據(jù)傳送到中心管理存儲服務(wù)器上存儲，本次方案采用前端+后端存儲功能，可實現(xiàn)中心斷網(wǎng)后不會導致數(shù)據(jù)丟失。采用次種結(jié)構(gòu)可有效的節(jié)省施工和設(shè)備成本利于維護人員管理。
5.1 系統(tǒng)特點：
傳輸方式：系統(tǒng)采用網(wǎng)線連接純數(shù)字信號傳輸方式，支持TCP/IP協(xié)議，真正實現(xiàn)音頻信號網(wǎng)絡(luò)化傳輸方式。
高清音質(zhì)：音質(zhì)高清流暢網(wǎng)絡(luò)延時20ms以內(nèi)、采樣率可達16K-48K多采樣率可選。實現(xiàn)了真正高清音質(zhì)無延時傳輸。
高降噪比：通過強大的服務(wù)器處理能力所有終端設(shè)備采集的聲音通過網(wǎng)絡(luò)全部傳輸?shù)胶蠖朔⻊?wù)器降噪處理再回傳到前端網(wǎng)絡(luò)攝像機或其他錄音設(shè)備，可完美還原現(xiàn)場真實的聲音。
開放的標準協(xié)議及完善的SDK開發(fā)接口：開放清晰的二次開發(fā)接口解決了不同系統(tǒng)互聯(lián)的問題，面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)，解決了資源管理的問題，資源的可視化、自動化管理，結(jié)合協(xié)議的狀態(tài)查詢和自動化音頻質(zhì)量檢測，實現(xiàn)高效的系統(tǒng)資源管理。第三方系統(tǒng)可通過提供的SDK接口對接，實現(xiàn)高品質(zhì)的音視頻同步功能，提升系統(tǒng)整體應(yīng)用能力。
加密保護：系統(tǒng)對語音編碼進行過加密處理，數(shù)字化的音頻文件需要用專用播放器才能播放。防止竊聽，更好的保護用戶的隱私安全。
系統(tǒng)擴容方便：只需在IP能網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方將IP對講終端接入即可實現(xiàn)擴容。
5.2功能點特
- 單服務(wù)器可實現(xiàn)1-300路音頻同時存儲轉(zhuǎn)發(fā)的功能，支持多臺服務(wù)器級聯(lián)擴展，使設(shè)備接入量無限擴展。
- 16K-48K音頻高保真采樣滿足不同客戶對音質(zhì)的需求
- 可實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)語音傳輸功能和云存儲功能。滿足客戶不同網(wǎng)絡(luò)的音頻應(yīng)用
- 可精確控制單臺設(shè)備的工作時間，可實現(xiàn)全時錄音、定時錄音、事件錄音等錄音方式。
- 當管理服務(wù)器或設(shè)備斷網(wǎng)可實現(xiàn)內(nèi)置SD卡脫機錄音方式，保證數(shù)據(jù)的完整性。
- 實現(xiàn)1-60分割畫面音頻點擊后實時監(jiān)聽，每個分割畫面采取聲波的方式顯示，分割窗口內(nèi)容可顯示實時分貝參數(shù)，單擊后選擇參數(shù)設(shè)置可設(shè)置前端設(shè)備增益、報警分貝、錄音方式和時間等參數(shù)。
- 聲控報警提示功能，當前端設(shè)備音頻高于設(shè)定值時，自動彈出并提示當前報警設(shè)備的實時聲音和圖像。
- 客戶端SDK，可允許其他平臺調(diào)用所有設(shè)備的實時音頻信號和報警、在線、呼叫等狀態(tài)功能.
- 10段EQ均衡設(shè)置，可對每路音頻單獨設(shè)置均衡數(shù)據(jù)，針對不同環(huán)境采用不同的處理方式，達到用戶最滿意的效果。
- 可視化管理界面，用戶可通過客戶端操作界面一覽所有設(shè)備的在線及工作狀態(tài)。
- 動態(tài)降噪算法，可強力消除或減弱特定的背景噪音和動態(tài)噪音。
- 設(shè)備自動巡檢：網(wǎng)絡(luò)拾音器采用自動巡檢報障設(shè)計方式，實時對設(shè)備系統(tǒng)運行情況（設(shè)備掉線、SD卡讀寫異常、采集端異常等）進行輪巡檢測，提高維護效率，降低設(shè)備維護成本。
- 客戶端自動升級：設(shè)備通過平臺客戶端自動升級技術(shù)可以有效解決大量用戶客戶端同步升級的問題。
5.3整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5．4 產(chǎn)品選型
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錄音主機
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錄音通道數(shù)量:8路模擬信號同時接入
模擬音頻：輸入接口：3芯端子(音頻、公共地、電源正極)；音頻輸入阻抗：1000Ω
錄音參數(shù)：
采樣：16K ，碼率：32kbps-64kbp；
采樣：32K ，碼率，64kbps-128kbp；
采樣：48K ，碼率，64kbps-128kbps
存儲格式：支持mp3格式 WAV格式同時存儲
錄音模式：支持全時錄音、定時錄音、事件錄音三種錄音方式
回放與顯示模式：
支持40路音頻同時在線監(jiān)聽，支持40路音頻波形同時在線監(jiān)視，支持40路音頻中任意一路回放
喧嘩報警：支持0-100分貝音頻喧嘩報警功能，可對設(shè)備分貝高于設(shè)定值自動報警，并聯(lián)動監(jiān)控中心
最大容量：支持2個4T硬盤接入存儲
音頻降噪：三擋降噪可調(diào)： 低檔 中檔 高檔
外殼防護等級：樣品的外殼防護應(yīng)符合GB/T 4208-2008中IP20的等級要求
功能接口：
輸入接口：8路模擬音頻輸入；輸出接口：8路模擬音頻輸出
1個RJ45 10M/100M網(wǎng)口、1個USB下載接口
主機操作系統(tǒng)：Windows 7/Windows 2003/ Windows2008
拾音器最大電流：接入拾音器最大電流100mA
電源功耗： AC220V電源，<80W；1個電源開關(guān)按鍵
工作環(huán)境：溫度-40℃ ～ 75℃
機箱尺寸：430*332*45毫米 1U機箱
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拾音器
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拾音范圍 10-100平方米（連續(xù)可調(diào)）
拾音音頭 MEMS硅麥克風
指向特性 全指向增強 靈敏度 -40dB/陣列（1 kHz@94dB SPL）
失真 ≧ 0.3% （85dB聲壓、A加權(quán)）
最大音壓 120dB 聲壓（1 kHz ≤ 3% THD、A加權(quán).）
頻率響應(yīng) 100Hz ～ 16kHz（1 kHz@94dB SPL）
輸出電平 2.5Vpp/（Line Out,1 kHz@94dB）
S/(N+D) 70dB （1 kHz@94dB SPL）
AD/DAC 16Bit, DSP Mode
語音平臺 數(shù)字信號處理器
核心算法 DSP增強版降噪算法(AGC+EQ+NC)
降噪能力 30dB(自適應(yīng)降噪）
保護電路 極性保護、錯接保護、雷擊保護
連接方式 三芯電子線：電源線（紅色）、音頻（白色）、公共地（黑色）
信號傳輸 3000米 雙絞線、屏蔽電纜（電磁復(fù)雜環(huán)境請用屏蔽電纜或傳輸器）
電源電壓 線性穩(wěn)壓電源DC 9V－15V（建議使用12V）
電源電流 45mA
工作環(huán)境 -40℃ ～ 75℃
電磁兼容性 符合GB 9254-2008
可靠性指標 MTNF≧80000小時
外殼材質(zhì) 鋁合金+ABS（本色）
外形尺寸 85mm(直徑)×24mm(高)
符合標準 符合標準歐盟CE標準,美國FCC認證,最高檢同步錄音錄像系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范
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5.5 安裝方式
根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和安裝要求。在2個辦稅人員坐席之間安裝網(wǎng)絡(luò)拾音器，辦稅人員桌面上設(shè)置桌面型拾音器，在人員流動比較少的大廳設(shè)置吸頂拾音器以達到拾音器效果的充分發(fā)揮。
5.6 錄音系統(tǒng)的供電要求
網(wǎng)絡(luò)拾音器采用12V供電的方式，音視頻同步錄像采用攝像機和拾音器公用監(jiān)控電源的方式。建議使用12V 3A的電源。網(wǎng)絡(luò)拾音器接點后自帶供電功能可以給拾音器進行供電。
5.7線路及管道敷設(shè)要求
隨建筑施工同步敷設(shè)管道時，有條件的應(yīng)將管道敷設(shè)在建筑體內(nèi)，并要求按建筑敷設(shè)規(guī)范選用管道的材料和敷設(shè)方式，對不便敷設(shè)在建筑體內(nèi)的管道，宜采用鍍鋅鋼管、PVC管，封閉金屬線槽或封閉PVC線槽（各管線之間應(yīng)該有20公分以上的間隔）。
對大型系統(tǒng)的主干線，應(yīng)采用封閉金屬橋架敷設(shè)，強電和弱電橋架應(yīng)嚴格分開（不得與照明、電力線同線槽敷設(shè)），分別走各自的弱電井。
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