CN115225942A - 一种异地排练厅排练系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种异地排练厅排练系统，所述排练系统包括：主控系统、音频信号处理系统、视频信号处理系统、多个DANTE音频采样与回放系统和多个NDI视频采样与回放系统。本发明通过设置DANTE音频采样与回放系统、音频信号处理系统、NDI视频采样与回放系统、视频信号处理系统分别对不同排练厅的音频信号和视频信号进行采集、混合和回放，通过设置主控系统实现音频信号处理系统、视频信号处理系统、DANTE音频采样与回放系统和NDI视频采样与回放系统的同步，实现了异地排练厅排练。

Description

一种异地排练厅排练系统
技术领域
本发明涉及音视频交互技术领域，特别是涉及一种异地排练厅排练系统。
背景技术
由于现有的乐队排练方式通常是将所有的排练者聚集在一起进行排练，而且由于个人因素(与其他排练者距离较远等)或环境因素(排练厅、疫情、户外演出天气不佳等)的影响有些情况下无法将所有的排练者均聚集在同一排练厅。如何实现异地排练厅排练成为一个亟待解决的技术问题，
发明内容
本发明的目的是提供一种异地排练厅排练系统，以实现异地排练厅排练。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种异地排练厅排练系统，所述排练系统包括：
主控系统、音频信号处理系统、视频信号处理系统、多个DANTE音频采样与回放系统和多个NDI视频采样与回放系统；
多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统分别设置在处于不同位置的多个排练厅；多个所述排练厅包括一个主排练厅和多个异地排练厅；
所述主控系统分别与所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统连接，用于向所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统发送同步时钟信号，向所述音频信号处理系统发送音频信号编组信息，向所述视频信号处理系统发送视频信号编组信息；向多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统发送采样和回放指令；
所述音频信号处理系统分别与多个所述DANTE音频采样与回放系统连接，所述音频信号处理系统用于根据所述音频信号采样指令控制多个所述DANTE音频采样与回放系统采集音频信号，获得多个音频信号，并对多个所述音频信号进行处理、编码和混频生成多组音频混缩信号，分别发送给多个所述DANTE音频采样与回放系统，进行音频回放；多个所述音频混缩信号包括单声道混缩信号和双声道立体声混缩信号；
所述视频信号处理系统分别与多个所述NDI视频采样与回放系统连接，所述视频信号处理系统用于根据所述视频信号采样指令控制多个所述NDI视频采样与回放系统采集视频信号，获得多个视频信号，并对多个所述视频信号进行编辑处理、画面切割和画面合成，生成多组视频组合画面，分别发送给多个所述NDI视频采样与回放系统，进行视频回放。
可选的，所述主控系统包括：同步时钟子系统和设备及信号控制子系统；
所述同步时钟子系统分别与所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统连接，用于向所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统发送同步时钟；
所述设备及信号控制子系统用于控制与每个所述DANTE音频采样与回放系统连接的音频采样设备的状态，并为每个所述DANTE音频采样与回放系统的数字音频信号进行编组，形成音频信号编组信息；
所述设备及信号控制子系统还用于控制与每个所述NDI视频采样与回放系统连接的视频采集设备的状态，并为每个所述NDI视频采样与回放系统的视频信号进行编组，形成视频信号编组信息。
可选的，所述音频信号处理系统包括第一网络交换机子系统、数字调音台子系统和数字混音台子系统；
所述第一网络交换机子系统分别与所述数字调音台子系统、所述数字混音台子系统和多个所述DANTE音频采样与回放系统连接；
所述数字调音台子系统还与所述数字混音台子系统连接；
所述数字调音台子系统用于分别对每个DANTE音频采样与回放系统采集的数字音频信号进行降噪、响度调节和频率均衡调节，并根据音频信号编组列表进行信号编组，获得N+1组音频信号；其中，N为排练厅的数量，前N组音频信号中的第n组音频信号为除了第n个排练厅的DANTE音频采样与回放系统采集的数字音频信号之外的N-1个数字音频信号的组合，n＝1,2，…，N，分别用于N个排练厅的音频回放；最后一组音频信号为N个排练厅的所有数字音频信号的组合，用于指挥；
所述数字混音台子系统用于分别将前N组音频信号混缩为N个单声道混缩信号，将最后一组音频信号混缩为双声道立体声混缩信号，并将N个所述单声道混缩信号和所述双声道立体声混缩信号通过第一网络交换机子系统发送给多个所述DANTE音频采样与回放系统。
可选的，所述视频信号处理系统包括第二网络交换机子系统、视频分配子系统和视频编辑合成子系统；
所述第二网络交换机子系统分别与所述视频分配子系统、所述视频编辑合成子系统和多个所述NDI视频采样与回放系统连接；
所述视频分配子系统用于根据视频信号编组列表对多个所述NDI视频采样与回放系统采集的视频信号进行分配，获得N+1组视频信号；N为排练厅的数量，前N组视频信号中的第n组视频信号为除了第n个排练厅的NDI视频采样与回放系统采集的视频信号之外的N-1个视频信号的组合，n＝1,2，…，N，分别用于N个排练厅的视频回放；最后一组视频信号为N个排练厅的所有视频信号的组合，用于指挥；
所述视频编辑合成子系统用于分别对N+1组视频信号进行画面切分和组合，获得N+1个视频组合画面，并将N+1个视频组合画面通过第二网络交换机子系统分别发送给多个NDI视频采样与回放系统。
可选的，所述视频信号处理系统还包括摄像机控制子系统；
所述摄像机控制子系统分别与每个排练厅的摄像机连接，用于控制每个所述摄像机的焦距和拍摄角度，获得每个排练厅的视频信号。
可选的，所述DANTE音频采样与回放系统包括音频采样端口、DANTE编码器、音频回放端口和DANTE解码器；
所述音频采样端口分别与排练厅内的音频采集设备和DANTE编码器连接，所述DANTE编码器与音频信号处理系统连接；
所述DANTE解码器分别与音频信号处理系统和音频回放端口连接，所述音频回放端口与排练厅内的音频播放设备连接。
可选的，主排练厅和异地排练厅的音频采集设备均包括录音麦克风，异地排练厅的音频播放设备包括异地排练厅内每位演奏者佩戴的单耳蓝牙耳机，主排练厅的音频播放设备包括主排练厅内每位演奏者佩戴的单耳蓝牙耳机和主排练厅内指向指挥的强指向性音箱，所述强指向性音箱的水平辐射角小于40度，所述强指向性音箱的垂直辐射角小于60度。
可选的，所述NDI视频采样与回放系统包括视频采样端口、NDI编码器、视频回放端口和NDI解码器；
所述视频采样端口分别与排练厅内的视频采集设备和NDI编码器连接，所述NDI编码器与视频信号处理系统连接；
所述NDI解码器分别与视频信号处理系统和视频回放端口连接，所述视频回放端口与排练厅内的视频播放设备连接。
可选的，主排练厅和异地排练厅的视频采集设备均包括全景摄像头和移动摄像机；
主排练厅的视频播放设备包括设置在所述主排练厅内的第一LED屏幕和设置在所述主排练厅的指挥室内的第二LED屏幕；
所述异地排练厅的视频播放设备包括设置在所述异地排练厅内的第一LED屏幕。
可选的，所述排练系统还包括音视频信号存储包装系统，所述音视频信号存储包装系统分别与所述音频信号处理系统和所述视频信号处理系统连接；
所述音视频信号存储包装系统包括视频编辑合成子系统、录像机和4K字母包装机；
所述视频编辑合成子系统分别将N+1组音频信号和N+1组视频信号进行合并，获得N+1组音视频节目；
所述录像机用于记录N+1组所述音视频节目；
所述4K字母包装机用于为N+1组所述音视频节目添加字幕。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种异地排练厅排练系统，所述排练系统包括：主控系统、音频信号处理系统、视频信号处理系统、多个DANTE音频采样与回放系统和多个NDI视频采样与回放系统；多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统分别设置在处于不同位置的多个排练厅；所述主控系统分别与所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统连接。本发明通过设置DANTE音频采样与回放系统、音频信号处理系统、NDI视频采样与回放系统、视频信号处理系统分别对不同排练厅的音频信号和视频信号进行采集、混合和回放，通过设置主控系统实现音频信号处理系统、视频信号处理系统、DANTE音频采样与回放系统和NDI视频采样与回放系统的同步，实现了异地排练厅排练。
本发明通过DANTE协议和NDI协议提高传输速度，降低时延。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种异地排练厅排练系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种异地排练厅排练系统，以实现异地排练厅排练。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
要解决上述异地排练厅同步排练和演出的问题，涉及到音频和视频同步、低延时传输的技术解决方案：指挥必须同步听到其他排练厅乐手演奏的声音，看到演奏的动作；所有乐手必须同步听到其他排练厅乐手演奏的声音，看到演奏动作，特别是指挥的动作；整个系统的视频和音频信号传输必须是低延时的，以便处于不同排练厅的乐手能够实时得到指挥的手势信息和其他乐手的演奏声音信息，不能有可觉察的滞后现象，就像在同一个排练厅内排练一样。为了实现上述技术方案，必须开发一种音频和视频数字信号综合处理和交换系统，该系统能够通过音频和视频数字采样设备采集不同排练厅每个乐器的音频数字文件，以及整体场景/关键场景的视频数字文件，然后对这些音视频数字文件进行处理和编组，最后将处理好的音频和视频数据按照需要馈入不同排练厅的音频和视频数字回放系统，完成不同演奏排练厅音频和视频信息的同步和低延时交换。
在上述解决方案中，音视频数据的同步、低延时传输非常关键。保证同步的关键是音视频数据帧中的同步信息，它保证不同来源的海量音频和视频数据能够依次被同步传输、处理和播放。影响延时的关键因素是网络带宽、数据量和路由跳数，延迟时间必须要小于人们对音频和视频信号延迟感知的时间阈值，这样才能保证排练或演出的正常进行。
目前影视节目通过同期录音或后期制作，将音视信号合成在一个数据帧中，可以很方便地实现音视频同步，但是这种方式却不适合异地空间的同步排练或演出，原因如下:
排练或演出要根据节目特点随时对不同声部、不同乐器的信号进行均衡调整，避免声功率大的乐器掩盖功率小的乐器。而将音频信号加崁在视频信号中，不利于随时对音频信号进行调整；
不同演出排练厅需要听到和看到的音频和视频信息是不一样的，每个排练厅的乐手都要通过网络传输实时听到和看到其他排练厅的声音和现场实景，而本排练厅的声音和现场实景用耳朵和眼睛感知即可。即每个排练厅都有自己的音频编组和视频编组，对于所有的演出排练厅，不存在统一的音频和视频编组信号。
对于声音和现场实景的感知可以采用如下方案：对于每个乐手，可通过单耳耳机感知其他排练厅的声音信息，本人和本排练厅的乐器声音通过另外一只耳朵感知；所有乐手可以通过LED大屏幕感知其他排练厅的现场实景和指挥的手势；指挥可以通过专用的立体声音箱感知全部乐手演奏的声音，通过专用的LED屏幕看到全部乐手演奏的动作。这个方案意味着声频数据和视频数据是通过不同路径发送到不同的排练厅的。
澳大利亚的Conductor Cam开发的Audinate DANTE AudioVisual系统将现场演出以及异地乐队的音频和视频同步，使得在异地演奏的音乐家能够实时与在悉尼现场的交响乐团和演员之间实现同步演出。但是这个系统仅仅适用于两个排练厅的音视频信号同步，不适用于多个排练厅的音视频信号同步。
针对目前上述技术的缺点，本发明通过如下手段实现了多个异地演出空间实时、同步排练或演出：
利用NDI协议获得每个排练厅的视频数据流，采用视频分配器对获得的视频数据流进行编组，为每个排练/演出空间提供合适的视频数据编组。再利用视频编辑合成器将编组信号融合为画面，利用LED屏幕进行回放，为演奏者/指挥提供其他空间的现场实景。每个空间有一块LED屏幕，指挥有一块LED屏幕。
利用DANTE协议获得每个排练厅的音频数据流，利用调音台对获得的音频数据流进行降噪、均衡和编组，为每个排练/演出空间提供合适的音频数据编组。再利用数字混音台对编组信号混缩，混缩后的信号先解码，通过无线耳机向每个演奏者回放，通过音箱向指挥回放。每个演奏者有一只耳机，指挥的前方有一对立体声音箱。
利用系统同步时钟向音频信号处理系统、视频信号处理系统，以及每个房间的音频和视频采样编码、解码系统发送同步信号，实现整个系统的音频和视频信号同步。
利用NDI协议、DANTE协议、高速网络和简单的路由实现整个系统的低延时。由于数个异地演出排练厅将产生大量的音视频数据，因此整个系统必须单独组成局域网，以便减少公共网络不可控的延时和抖动。对于布局稳定的多个排练厅，音频和视频网络干线全部采用千兆光纤网络，结合低延时的NDI协议、DANTE协议，可以把整个网络的延时控制在不为人的听觉和视觉觉察的程度，大约是在30ms以内。
NDI协议广泛地应用在影视、现场演播等领域。NDI协议可以直接热靴摄像机，可将SDI或HDMI视频源编码成NDI协议流，通过有线或无线IP网络进行视频传输，在局域网内的一个设备可以通过一条网线输出或者接收多个NDI信号，不需要复杂的布线，具有低延迟、精确帧视频、数据流相互识别和通信等特性。不计网络和终端延迟，其本身延迟约1帧(20-30ms)。
DANTE协议广泛地应用在数字音频领域，是一种基于3层的IP网络技术，为点对点的音频连接提供了一种低延时、高精度和低成本的解决方案。DANTE技术可以在100-1000M以太网上传送高精度时钟信号以及专业音频信号并可以进行复杂的路由。在1000M网络带宽上，延时仅为83.3μs，采用IEEE1588精密时钟协议进行时钟同步，支持1024个双向通道的96KHz/24Bit音频数据流。
如图1所示，本发明提供了一种异地空间排练系统，包括主控系统、音频信号处理系统、视频信号处理系统、DANTE音频采样与回放系统、NDI视频采样与回放系统、异地排练厅系统以及音视频信号储存包装系统。这些系统按照图1进行连接，最终完成异地空间排练和演出所需要的音频和视频信号传输、处理和交换，以及信号和节目的保存。
所述的主控系统包括同步时钟子系统、设备及信号控制子系统。同步时钟子系统向音频信号处理系统的数字调音台子系统、视频信号处理系统的视频分配子系统、DANTE音频采样与回放系统、NDI视频采样与回放系统发送统一的时钟信号，使所有音频和视频信号的采样、编码、传输、接收和播放同步。设备及信号控制子系统通过音频设备配置模块和音频信号编组模块控制音频系统的设备状态和每个排练厅的音频信号编组，通过视频设备配置模块和视频信号编组模块控制视频系统的设备状态和每个排练厅的视频信号编组。
主控系统配置完毕后，音频和视频设备列表信息被分别发送给音频信号处理系统的调音台和视频信号处理系统的视频分配器，与异地排练厅系统中每个排练厅的音频和视频设备进行通讯应答，检测设备状态。
所述的设备及信号控制子系统包括音频设备配置模块、视频设备配置模块、音频信号编组模块和视频信号编组模块。各个模块的功能如下：音频设备配置模块负责添加/删除每个排练厅内音频采样设备、分配设备网络地址、音频采样设备的开启/关闭和采样率，然后将音频信号编组信息发送给音频信号编组模块。视频设备配置模块负责添加/删除每个排练厅内视频采样设备、分配设备网络地址、视频采样设备的开启/关闭和采样率，然后将视频信号配置列表发送给视频信号编组模块。音频信号编组模块的功能是根据得到音频设备配置列表，对每个排练厅所要回放的声频信号进行编组，形成音频信号编组列表。对于每个厅，编组的原则是：除了该厅的声频信号之外，其余各厅的信号都编入组内；对于指挥，所有声信号要按照实际声部的分布，形成完整的左右立体声。每个排练厅的音频信号编组信息被传送给音频信号处理系统的调音台。信号编组列表规定了信号交换的路由。视频信号编组模块的功能是根据得到视频设备配置列表，对每个排练厅所要回放的视频信号进行编组，形成视频信号编组列表。对于每个厅，编组的原则是：除了该厅的视频信号之外，每个厅都要看到指挥的视频，以及其他相关声部的视频；对于指挥，要看到所有演奏员按照声部位置合成的排练全景视频，包括指挥。每个排练厅的视频信号编组列表被传送给视频信号处理系统的视频分配子系统。信号编组列表规定了信号交换的路由。
所述的音频信号处理系统包括网络交换机子系统(第一网络交换机子系统)、数字调音台子系统和数字混音台子系统。网络交换机子系统负责数字调音台子系统与DANTE音频采样与回放系统之间的音频数据交换。网络交换机子系统通过千兆局域网得到音频数据后，将数据传递给数字调音台子系统。数字调音台子系统负责对接收到的数字音频信号进行降噪、响度调节、频率均衡，然后根据音频信号编组列表进行信号编组。共计有N个排练厅和1个乐队指挥，因此有N+1组信号进入数字混音台子系统，数字混音台子系统将其中N组信号混缩为单声道混缩信号，供演奏员使用；将其中1组信号混缩为双声道立体声混缩信号，供指挥使用。
N+1组混缩完毕的信号返回DANTE音频采样与回放系统，其中N个单声道混缩信号分别给N个排练厅的乐手使用，另外1个立体声混缩信号给指挥用。
其中供指挥用的双通道立体声信号还被传送给视频信号储存包装系统的音视频合成器。
所述的视频信号处理系统包括网络交换机子系统(第二网络交换机子系统)、视频分配子系统、视频编辑合成子系统和摄像机控制器子系统。
网络交换机子系统负责视频分配子系统与NDI视频采样与回放系统之间的视频数据交换。网络交换机子系统通过千兆局域网得到视频数据后，将数据传递给视频分配子系统。视频分配子系统根据视频信号编组列表，将某个厅内的视频分配到相关的厅中，形成视频信号编组。共计有N个排练厅和1个指挥，因此有N+1组信号进入视频编辑合成子系统。视频编辑合成子系统对每组视频进行亮度、饱和度和色相处理，以及图面切分和组合等编辑，形成画面，共计形成N+1个数字视频画面。
N+1个数字视频画面返回NDI视频采样与回放系统，其中N个画面给N个排练厅使用，另外1个全景画面给指挥用。
其中供指挥用的全景画面还被传送给视频信号储存包装系统的音视频合成器。
摄像机控制器子系统负责对固定全景摄影机的焦距和拍摄角度进行调整，以便获得每个排练厅合适的视频画面。
所述的DANTE音频采样与回放系统包括：音频采样端口、音频回放端口及DANTE编码器、DANTE解码器，音频采样端口与DANTE编码器相连，负责将模拟声信号转化为数字声信号，通过千兆网络将其发送给音频信号处理系统；音频回放端口与DANTE解码器相连，负责将来自音频信号处理系统的数字音频信号进行解码和回放，实现不同厅的音频信号交换。
每个排练厅都分配有音频采样端口、音频回放端口、DANTE编码和DANTE解码器。每个排练厅音频采样端口的通道数目与乐器的种类、数目相关，保证每个演奏员和指挥能够清楚听到每个声部的演奏；每个异地分厅音频回放端口的通道数目是1通道，通过蓝牙耳机向每个演奏员回放来自音频信号处理系统的单声道混缩信号，以便使每个演奏员听到其他排练厅乐器演奏的声音。每个排练厅的蓝牙耳机的数量与演奏员的数量是一样的。
在指挥所在的主排练厅，音频回放端口的通道数目是2通道，其中一个通道是单声道混缩信号，给演奏员用，另外一个通道是双声道立体声混缩信号，给指挥专用的的立体声音箱提供信号。
所述的NDI视频采样与回放系统包括：视频采样端口、视频回放端口、NDI编码器、NDI解码器，视频采样端口与NDI编码器相连，负责将模拟视频信号转化为数字视频信号，通过千兆网络将其发送给视频信号处理系统；视频回放端口与NDI解码器相连，负责将来自视频信号处理系统的数字视频信号进行解码和回放，实现不同厅的视频信号交换。
每个排练厅都分配有视频采样端口、视频回放端口、NDI编码和NDI解码器。每个排练厅视频采样端口有两个通道，分别连接固定摄像头和移动摄像机，固定摄像头负责每个厅总体排练景象摄影，移动摄像机负责主要演奏员和指挥的特写。每个排练厅视频回放端口与一个LED屏幕连接，播放其他厅排练的景象，保证每个演奏员能够看到其他厅的排练景象和动作；
在指挥所在的主排练厅，视屏回放端口的通道数目是2通道，其中1个通道连接大的LED屏幕，给演奏员用，另外1个通道连接小的LED屏幕，给指挥用。
所述的异地排练厅系统包括：指挥所在的主排练厅，以及处于其他区域的M个异地排练厅，共计有N＝M+1个厅。
每个厅设有DANTE编码器和DANTE解码器，连接录音数据端口和音乐回放端口，用于音频信号的采集和回放。采集数据端口和话筒有线连接，以便保证传输速度和信噪比，通道数根据声部、乐器和演员数量确定；音乐回放端口与单耳蓝牙耳机相连，提供单声道混缩信号，每个演奏者/演员各1只单耳蓝牙耳机。指挥所在的主排练厅有2个音乐回放端口，其中1只向演奏者/演员的耳机提供单声道混缩信号；另外1只向指挥前面的立体声有源音箱提供双声道立体声混缩信号，有线连接。
每个厅设有NDI编码器和NDI解码器，连接视频数据采样端口和视频回放端口。视频数据采样端口有2个，采用有线方式分别连接固定位的全景摄像头和移动摄像机。在异地分排练厅有1个视频回放端口，有线连接一块大的LED屏幕，给演奏员回放其他排练厅的景象；在指挥所在的主排练厅，有2个视频回放端口，其中一个连接一块大的LED屏幕，给演奏员回放其他排练厅的景象，另外一个连接指挥专用的小LED屏幕。
所述的音视频信号储存包装系统包括音视频合成器、录像机和4K字母包装机。音视频合成器与音频信号处理系统的数字混音台子系统，以及视频信号处理系统的视频编辑合成子系统相连，把指挥专用的立体声信号和全景画面合成在一起，形成完整的节目。节目被录像机记录，也可以用于播出。播出时可以用4K包装机对节目添加字幕等信息。
应用本发明的完成N个异地空间排练厅的排练和演出的方法，包括以下步骤：
主控系统向音频信号处理系统、视频信号处理系统、DANTE音频采样与回放系统和NDI视频采样与回放系统发送同步时钟信号，向音频信号处理系统发送音频信号编组信息，向视频信号处理系统发送视频信号编组信息；向DANTE音频采样与回放系统和NDI视频采样与回放系统发送采样和回放指令。
音频信号处理系统根据得到的音频设备编组列表对、DANTE音频采样与回放系统回传的音频数字信号进行处理、编组和混缩，然后向DANTE音频采样与回放系统发出N+1组音频混缩信号；
视频信号处理系统根据得到视频设备编组列表对NDI视频采样与回放系统回传的视频信号进行编组、处理和画面合成，然后向NDI视频采样与回放系统发出N+1组画面信号；
DANTE音频采样与回放系统根据得到的音频信号采样指令，对每间异地排练厅的声音进行采样、编码，形成音频数字文件，传送给音频信号处理系统，并对来自音频信号处理系统的混缩音频信号进行解码和回放；
NDI视频采样与回放系统根据得到的视频信号采样指令，对每间异地排练厅的场景进行采样、编码，形成视频数字文件，传送给视频信号处理系统，并对来自视频信号处理系统的视频信号进行解码和回放；
异地排练厅系统由1间有乐队指挥的主排练厅和M间分排练厅组成，共计N个厅，向与DANTE采样端口连接的录音麦克风提供模拟声信号，同时位于排练厅内的每位演奏员通过与DANTE回放端口连接的蓝牙耳机接收其他厅的声音信息；N间分排练厅向与NDI采样端口连接的录像机提供模拟场景信号，同时排练厅内的指挥和每位演奏员通过与NDI播放端口连接的LED大屏幕接收其他厅的场景信息。
音视频信号储存包装系统接收来自音频信号处理系统指挥专用的双声道立体声信号，以及来自视频信号处理系统指挥专用的全景画面信号，将其合成为完整的音视频节目，进行存储和字幕包装，供电视台或网络节目播放使用。
本装置可在整个演奏或演出人员位于异地排练厅的条件下，实时得到异地排练厅内的音频和视频信息，保证排练或演出像所有演出人员位于同一排练厅内一样顺利进行。
由于各种原因，当所有演员、音乐演奏家和指挥不能位于同一排练厅时，利用音频和视频的同步低延时传输、处理和交换，使所有参与演出的人员实时获得其他排练厅完整的声音和场景信息，达到像位于同一排练厅进行排练或演出的效果，完成总体的排练和演出，以及信号和节目的保存，特别适合于疫情期间人员不能自由聚合时，音乐、歌剧等大型节目的排练和演出。本发明的装置也适合于缺乏乐队演出空间的老旧剧场排练和演出大型节目的情形，把演出和乐队分置于不同的排练厅内。也适合于室外演出时，因为天气不好，把乐队放到室内的情形。
本发明具有如下优点：
多厅数据交换：可实现多个排练/演出厅之间大量的音频和视频数据的同步、低延时交换。已有的技术构架只能在两个空间之间实现信号的交换；
低延时：采用千兆局域网、DANTE音频数据协议和NDI视频数据协议，可以有效控制系统的延时，将其控制在不为听觉和视觉觉察的范围内，约为30ms以内。其原因是DANTE音频数据协议和NDI视频数据协议是两种低延时协议，千兆局域网由于速度快、路由跳数少，网络延时极短。
严格同步：整个系统采用公共时钟，可以保证所有的音频和视频信号的采样、传输和播放同步；
数据处理方便：音频数据和视频数据独立传输、处理和交换，便于分别对音频数据和视频数据单独处理，这种技术构架优于目前音频和视频数据合并于一个文件的传输方式；
兼容性强：音频数据系统和视频数据系统分别采用了得到广泛使用的DANTE协议和NDI协议，保证本技术与市场上主流音视频设备兼容，容易搭建。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种异地排练厅排练系统，其特征在于，所述排练系统包括：
主控系统、音频信号处理系统、视频信号处理系统、多个DANTE音频采样与回放系统和多个NDI视频采样与回放系统；
多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统分别设置在处于不同位置的多个排练厅；多个所述排练厅包括一个主排练厅和多个异地排练厅；
所述主控系统分别与所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统连接，用于向所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统发送同步时钟信号，向所述音频信号处理系统发送音频信号编组信息，向所述视频信号处理系统发送视频信号编组信息；向多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统发送采样和回放指令；
所述音频信号处理系统分别与多个所述DANTE音频采样与回放系统连接，所述音频信号处理系统用于根据所述音频信号采样指令控制多个所述DANTE音频采样与回放系统采集音频信号，获得多个音频信号，并对多个所述音频信号进行处理、编码和混频生成多组音频混缩信号，分别发送给多个所述DANTE音频采样与回放系统，进行音频回放；多个所述音频混缩信号包括单声道混缩信号和双声道立体声混缩信号；
所述视频信号处理系统分别与多个所述NDI视频采样与回放系统连接，所述视频信号处理系统用于根据所述视频信号采样指令控制多个所述NDI视频采样与回放系统采集视频信号，获得多个视频信号，并对多个所述视频信号进行编辑处理、画面切割和画面合成，生成多组视频组合画面，分别发送给多个所述NDI视频采样与回放系统，进行视频回放。
2.根据权利要求1所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，所述主控系统包括：同步时钟子系统和设备及信号控制子系统；
所述同步时钟子系统分别与所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统连接，用于向所述音频信号处理系统、所述视频信号处理系统、多个所述DANTE音频采样与回放系统和多个所述NDI视频采样与回放系统发送同步时钟；
所述设备及信号控制子系统用于控制与每个所述DANTE音频采样与回放系统连接的音频采样设备的状态，并为每个所述DANTE音频采样与回放系统的数字音频信号进行编组，形成音频信号编组信息；
所述设备及信号控制子系统还用于控制与每个所述NDI视频采样与回放系统连接的视频采集设备的状态，并为每个所述NDI视频采样与回放系统的视频信号进行编组，形成视频信号编组信息。
3.根据权利要求1所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，所述音频信号处理系统包括第一网络交换机子系统、数字调音台子系统和数字混音台子系统；
所述第一网络交换机子系统分别与所述数字调音台子系统、所述数字混音台子系统和多个所述DANTE音频采样与回放系统连接；
所述数字调音台子系统还与所述数字混音台子系统连接；
所述数字调音台子系统用于分别对每个DANTE音频采样与回放系统采集的数字音频信号进行降噪、响度调节和频率均衡调节，并根据音频信号编组列表进行信号编组，获得N+1组音频信号；其中，N为排练厅的数量，前N组音频信号中的第n组音频信号为除了第n个排练厅的DANTE音频采样与回放系统采集的数字音频信号之外的N-1个数字音频信号的组合，n＝1,2，…，N，分别用于N个排练厅的音频回放；最后一组音频信号为N个排练厅的所有数字音频信号的组合，用于指挥；
所述数字混音台子系统用于分别将前N组音频信号混缩为N个单声道混缩信号，将最后一组音频信号混缩为双声道立体声混缩信号，并将N个所述单声道混缩信号和所述双声道立体声混缩信号通过第一网络交换机子系统发送给多个所述DANTE音频采样与回放系统。
4.根据权利要求1所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，所述视频信号处理系统包括第二网络交换机子系统、视频分配子系统和视频编辑合成子系统；
所述第二网络交换机子系统分别与所述视频分配子系统、所述视频编辑合成子系统和多个所述NDI视频采样与回放系统连接；
所述视频分配子系统用于根据视频信号编组列表对多个所述NDI视频采样与回放系统采集的视频信号进行分配，获得N+1组视频信号；N为排练厅的数量，前N组视频信号中的第n组视频信号为除了第n个排练厅的NDI视频采样与回放系统采集的视频信号之外的N-1个视频信号的组合，n＝1,2，…，N，分别用于N个排练厅的视频回放；最后一组视频信号为N个排练厅的所有视频信号的组合，用于指挥；
所述视频编辑合成子系统用于分别对N+1组视频信号进行画面切分和组合，获得N+1个视频组合画面，并将N+1个视频组合画面通过第二网络交换机子系统分别发送给多个NDI视频采样与回放系统。
5.根据权利要求4所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，所述视频信号处理系统还包括摄像机控制子系统；
所述摄像机控制子系统分别与每个排练厅的摄像机连接，用于控制每个所述摄像机的焦距和拍摄角度，获得每个排练厅的视频信号。
6.根据权利要求1所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，所述DANTE音频采样与回放系统包括音频采样端口、DANTE编码器、音频回放端口和DANTE解码器；
所述音频采样端口分别与排练厅内的音频采集设备和DANTE编码器连接，所述DANTE编码器与音频信号处理系统连接；
所述DANTE解码器分别与音频信号处理系统和音频回放端口连接，所述音频回放端口与排练厅内的音频播放设备连接。
7.根据权利要求6所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，主排练厅和异地排练厅的音频采集设备均包括录音麦克风，异地排练厅的音频播放设备包括异地排练厅内每位演奏者佩戴的单耳蓝牙耳机，主排练厅的音频播放设备包括主排练厅内每位演奏者佩戴的单耳蓝牙耳机和主排练厅内指向指挥的强指向性音箱，所述强指向性音箱的水平辐射角小于40度，所述强指向性音箱的垂直辐射角小于60度。
8.根据权利要求1所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，所述NDI视频采样与回放系统包括视频采样端口、NDI编码器、视频回放端口和NDI解码器；
所述视频采样端口分别与排练厅内的视频采集设备和NDI编码器连接，所述NDI编码器与视频信号处理系统连接；
所述NDI解码器分别与视频信号处理系统和视频回放端口连接，所述视频回放端口与排练厅内的视频播放设备连接。
9.根据权利要求8所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，主排练厅和异地排练厅的视频采集设备均包括全景摄像头和移动摄像机；
主排练厅的视频播放设备包括设置在所述主排练厅内的第一LED屏幕和设置在所述主排练厅的指挥室内的第二LED屏幕；
所述异地排练厅的视频播放设备包括设置在所述异地排练厅内的第一LED屏幕。
10.根据权利要求1所述的异地排练厅排练系统，其特征在于，所述排练系统还包括音视频信号存储包装系统，所述音视频信号存储包装系统分别与所述音频信号处理系统和所述视频信号处理系统连接；
所述音视频信号存储包装系统包括视频编辑合成子系统、录像机和4K字母包装机；
所述视频编辑合成子系统分别将N+1组音频信号和N+1组视频信号进行合并，获得N+1组音视频节目；
所述录像机用于记录N+1组所述音视频节目；
所述4K字母包装机用于为N+1组所述音视频节目添加字幕。
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