发射台网络化数字化自动化讲解.docx

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发射台网络化数字化自动化讲解

[提要]进入新世纪，广播电台按照广电总局的要求，纷纷加快台内数字化网络化的进程，但是如何实现数字化，实现真正意义上的数字化、网络化，仍然是电台同行关注的的话题。

本文通过对广东电台双网结构的播、控、传输系统的详细介绍，希望能够对电台同行提供可供参考的经验和体会，共同推进电台数字化、网络化的发展。

[关键词]广播电台播控传输数字化、一体化双网结构

一．前言

广东人民广播电台于2002年4月22日开始搬迁到5月11日结束，完成了新旧大楼的迁移工作，至此，标志着广东电台在播、控、传输上率先完成了模拟向数字化、网络化的转变。

世纪之交，正是广电系统面临由模拟向数字化的转变过程之中，但是如何实现数字化、网络化，实现真正意义上的数字化、网络化，是摆在广东电台技术人员面前的重大课题。

广东电台根据数字设备的特点和数字化发展的情况，考虑到本台的实际，在充分比较现实存在的种种模拟向数字化转变过程中的探索模式和各种模式的利弊，大胆摸索、勇于创新，形成了一个适合广东电台实际，又具有超前创新的数字化、网络化的构成模式，形成了一个不仅适合广东电台，而且也适合国内广播中心数字化、网络化的整体解决方案。

不仅使播控实现了数字化、网络化，而且也使传输实现了数字化、网络化。

经过两年多的运行，证明该系统运行稳定、配置合理、操控灵活、性价比高、扩展性好，是广播电台实现播、控、传输数字化、网络化的较为理想的选择方案之一。

二．   广东电台系统构成

1．广东电台播控系统的业务需求

广东电台播控系统包括8套自办节目的直播室，9套中央台、国际台节目接收自动切换系统，满足多个户外现场直播、三方联播的节目调度系统（外转系统），2套新闻直播室，一套OB室，多个录音室具备直播功能（信号能切换到直播室或直接送发射台），多频道节目同播，实现对所有经总控室信号的集中调度分配，以及能将8套直播节目和8套中央、国际台节目共16路立体声信号送往发射台。

要求对进入矩阵的多路信号进行彩条显示以及停播报警、自动补乐、信号监听，能与所有与直播有关的房间对讲，并且要有良好的扩展性，能适应扩展到16套自办节目的规模。

2．系统方案的选择

上世纪末，本世纪初，电台实现数字化的方式有两种，主流应用的是传统构成模式的数字化方案，即把模拟调音台换成数字调音台，模拟播放设备换成数字播放设备，模拟矩阵改成数字矩阵，其连接方式与传统的模拟播控方式一样，一条音频线传送一路信号。

系统的稳定性好，技术方案成熟，易于理解，对人员的技术要求不高。

但各技术用房之间需要敷设大量的数字音频电缆，因而电磁干扰、接地等影响声音质量的因素较多，线路复杂，系统扩展性不强。

系统由各独立功能的设备组成，设备的通用性不够好，资源利用率较低。

整合成一套播控系统后，要购买不同设备的各类备件，因而维护成本较高。

另外一种是新兴的数字化、网络化模式，把整个播控系统作为一个有机整体，基于传输音频的光纤网络和交换控制信息的计算机控制网构成。

用光纤可传输多路音频信号，通过计算机控制网可以对整个播控系统的音频路由进行监控。

这类系统国内尚无应用，国际上有个别应用例子。

广东电台实际业务需求多，节目套数多，不仅要求矩阵切换容量大，而且有些业务对设备功能需求特别（中央台信号自动切换和外转调音台等），同时还要考虑系统的可扩展性，用传统构成模式实现，需在各技术用房之间敷设大量的音频线缆，矩阵的容量也难以确定，考虑过大，造成浪费，只考虑当前的需求，将来扩展受到限制。

通过对数字技术在国外广播领域的应用情况、以及国内电台数字化改造实例方面进行广泛深入的调研基础上，决定在新建广播中心采取从播出到传输全系统整体数字化一步到位的策略，根据我台业务需求，考虑到系统功能、性能价格比、安全性、扩展性等综合因素后，我们确定以德国KLOTZ公司的VADIS为核心构建数字化、网络化播控系统，以满足广东电台播控系统的技术业务需求，实现广电总局提出的广播电视中心要实现数字化网络化的目标，同时为将来的发展留有扩展的余地。

3．VADIS简介

VADIS的全称是可变音频分配接口系统（VariableAudioDistributionInterfaceSystem），主要由主机箱、I/O模块、插件程序、控制界面等组成，其主要功能是音频信号传输、处理和分配。

3.1主机箱硬件部分

主机箱的核心部分TDM（TimeDivisionMultiplex）总线，每个采样周期分成256个时隙，I/O卡、DSP处理卡可以从这些时隙读取

或放入数据。

如图1。

图1

主机箱装配有电源、同步卡、控制卡、总线背板，可根据需要插入多种插卡，承担音频矩阵，信号处理和信号分配等作用。

以下是常用的各类插卡：

A/D和D/A卡，24比特的4/8通道模数、数模转换卡，用于模拟音频信号的输入输出；

MICAD卡，2/4通道带话筒前置放大器的24比特模数转换卡,用于话筒输入；

AESIN或AESOUT卡，用于AES/EBU和SPDIF数字音频信号的输入或输出；

光纤卡RX或TX卡，可接收/发送64通道、字长为32比特的信号，用于在多个VADIS机箱间传输信号；

LEVEL卡，产生64路音频的电平数据，配合软件，可用于电平显示、自动报警等；

MIX卡，将信号混合，相当于传统调音台的音频总线，每块卡可处理16X16通道；

各种DSP处理卡，有GAIN（增益卡）、动态卡、EQ卡，用于对音频进行处理。

3.2控制软件

有配合各类DSP插卡使用的插件程序，如数字混合（MIX）、增益控制（GAIN）、动态处理（DYN）、均衡（PEQ）等。

还有根据功能需要定制的控制程序，如控制界面的上某个按键的功能定义，信号电平的彩条显示，某通道停播后的触发动作等。

3.3控制界面

3.3.1DCII控制界面

也叫调音台控制面板，模仿传统调音台的外形，实现调音台的控制功能。

由软件定义的推子和按键，将推子和按键的动作转换成控制信号，通过控制网络和控制PC对VADIS机箱的音频信号进行处理和调度。

有一体式和左右分离式设计，可根据需要选用。

3.3.2LCD按键选择面板

一个带网络接口、有24个按键的19英寸控制器，如图2。

按键的功能由控制PC的软件设定，将按键的动作转换成控制信号，通过控制网络和控制PC，可以改变VADIS机箱的信号路由，一般用于监听选择器和矩阵（X-Y）控制器。

图2

3.3.3GPI（通用接口）－generalpurposeinterface

一个带网络接口的I/O设备，有32个输入和32个输出接口，输入接0或5V的控制信号，输出是一个长开的继电器接点。

GPI将外部电压信号转换成VADIS的网络控制信息用于在以太网中传递，也可接受来自以太网的控制信息，使相应的继电器吸合（能产生闭合或脉冲式吸合动作），用于报警和对CD等外部设备实施播放与停止等操作控制。

图3为I/O接口线路示意图。

图3

3.3.4对讲面板

带以太网接口和音频放大器的装置，内置话筒放大器和扬声器，有话筒输入和线路输入、输出接口，面板有32个按键，对讲地点可通过软件定义到按键上。

4．系统构成

广东电台整个播控系统由总控系统、直播室子系统、外转子系统、传输子系统、中央台节目自动切换子系统和新闻直播室/OB子系统等构成，整个播控系统以VADIS机箱为核心，构成从直播室到总控直至传输链路的完整数字化、网络化播控系统。

见图4。

图4

4.1系统特点

广东电台的全数字化播控系统有个明显的特点是双网结构。

一个是以VADIS主机为节点的大容量音频传输光纤网络。

各分系统以VADIS主机箱为中心构建，各分系统与总控矩阵间采用光纤传输音频信号，见图5，遵循FDDI（FiberDistributedDataInterface光纤分布式数据接口）光纤数据通讯标准，对音频数据进一步NRZ编码后，实现VADIS设备之间多路（64路）数字音频和同步信号的光纤集成传输。

具有容量大、传输可靠、传输的距离远、抗电磁干扰的特点，避免使用模拟或数字音频电缆带来的布线繁多，强弱信号串扰，声音质量受影响等问题。

图5

另一个网络是基于以太网的计算机控制网络，以RJ45为接口，采用5类线分别与系统各节点的VADIS进行数据通信的计算机以太网，见图6，完成对VADIS设备的设置、控制与监管，主要实现下述的功能：

⑴在控制界面、计算机与主机间交换控制数据，实现对音频传输的路由管理和音频处理；

⑵在GPI、计算机与主机间交换控制数据，控制GPI动作或解析从GPI取得的信号；

⑶在计算机上显示VADIS设备的运行状态、以及相关信号的电平等；

⑷对讲系统信号路由的选择控制。

图6

双网均通过VADIS机箱实现其各自的功能，即控制信号通过VADIS机箱对音频信号进行控制。

VADIS的设备状态、信号电平数据通过控制网络反映到计算机并通过屏幕上显示出来。

4.2分系统构成

4.2.1总控系统：

主要包括矩阵系统，监听系统、信号电平彩条监测、监控系统（具备停播报警、应急CD补乐功能），还包括对讲系统、标准时间报时系统、数字同步系统、智能长时间播出记录子系统。

4.2.1.1矩阵系统：

由1－4号VADIS机箱构成主矩阵、5－7号机箱构成备矩阵，2号机箱主要通过RX卡接收各个子系统VADIS机箱TX卡送来的光纤信号，3号机箱通过TX卡将光纤信号送到各个子系统VADIS机箱的RX卡上，4号机箱将信号通过TX卡送往发射台，以及输出总控室需要的其他信号，5－7号机箱与2－4号机箱作用基本一致，一号机箱主要用于接收其它子系统送来的模拟和AES的信号。

机箱之间通过光纤连接，矩阵的信号容量为216×344路。

为确保安全，配了两台控制PC，可互相检测、自动互倒。

通过增加一些附属设备和通过软件控制，还实现下述的监听、信号电平彩条显示、自动停播报警、自动补乐等功能，见图7。

图7

4.2.1.2监听系统：

在矩阵定义一块D/A卡作为监听输出，通过矩阵控制PC可调出矩阵的任一路信号监听，常用的监听通过监听选择器（由LCD控制面板通过软件定义而成）按键选择，设计常用监听共有43路立体声，还可通过软件设置方便地增加监听点数。

4.2.1.3电平监测系统：

在矩阵上的LEVEL卡生成信号电平信息，由机箱的以太网接口送入以太网中，通过4台计算机获取这些信息后在4个TFT屏幕显示48路立体声信号，若15秒没信号就在该通道显示红色停播提示并通过GPI动作接通蜂鸣器发出报警声，信号电平过大会发出红色削波警告。

若直播室28秒没信号会由GPI相应接点启动应急CD补乐，矩阵中应急CD的音频自动切换到无信号通道上（这一系列的动作皆由矩阵控制PC的软件设定），保证不停播。

4.2.1.4对讲系统：

由于系统用于传输音频的光纤容量大，对讲的音频信号可以附加在光纤上传输，而以太网用于控制信息的传递，通过矩阵完成对讲路由的切换。

广东电台的对讲音频通过光纤第64号通道传输，没有使用VADIS机箱的地方用模拟音频线传输对讲音频。

在使用DCII的地方通过定义DCII上的按键，实现与多个地点的对讲，没有使用DCII的地方，增设一台对讲面板，由矩阵控制PC设定对讲

图8

面板的按键，实现与多个地点的对讲，见图8。

4.2.1.5同步子系统：

与模拟系统不同，数字系统需要同步。

广东台播控系统中，VADIS机箱是唯一需要数字同步的设备，VADIS机箱有两种外同步方式。

一个是BNC外接同步接口，用于外接数字同步源，还有一个方式是从光纤输入卡获取，VADIS光纤输出的信号中包含了同步信号，所以可以从上一个机箱输出的光纤信号里获取同步信号，这大大简化了数字同步的布线工作。

广东电台播控系统中，在总控室安装了一台同步信号发生器，同步信号分别接距离近的VADIS机箱，如矩阵的机箱、外转分系统机箱和中央台/国际台信号切换子系统的机箱，距离稍远如各个直播室和发射台的VADIS机箱，则通过矩阵传送音频信号的光纤传送同步信号来同步。

4.2.1.6标准时间报时系统：

配置了高稳钟、报时器、时码处理器、时码分配器、三十多个子钟，可通过卫星接收中央电视台电视逆程中传送的时钟信号和GPS卫星接收系统作为主钟的校准信号，时码处理器送出EBU时间码同步音频工作站系统及整套播控系统计算机的时间，正、半点报时信号送入矩阵分送各个直播室用于报时，见图9。

图9

4.2.1.7智能长时间播出记录子系统：

由三台计算机组成，通过以太网相连，其中两台用于24（12X2）路录音，将直播室左、右声道节目及开路接收的节目内容全部存储于硬盘中，24小时录音，内容保留一个月。

一台查询放音，可通过输入时间快速查询所需要的播出音频记录。

录音的音频信号取自主矩阵模拟信号。

见图10。

为了保持智能长时间播出记录系统电脑的时间准确，1号录音计算机工作站时间同步于标准报时系统的时钟脉冲，其他计算机工作站同步于1号录音计算机工作站时间。

图10

4.2.2直播室子系统：

共有9个直播室（8＋1），配有VADIS的V880机箱和左右分体式DCII操作面板，以及GPI用于外设的控制，如门灯的开关，CD的启停等。

直播室与总控室通过主备共四根光纤相连。

通过光纤每个直播室送出4路立体声信号（延时前、后信号）和两路对讲信号给总控室矩阵，总控矩阵通过光纤向每个直播室传送8路立体声信号、2路对讲信号及一路报时信号。

通过总控矩阵切换，备用直播室可替代任一套节目播出。

如图11。

图11

4.2.3外转子系统：

为了工作方便，该系统设在总控机房一侧，配有VADIS的V880机箱和16路DCII控制面板，集中了常用的传输设备，如数字电话桥、定向FM接收系统、ISDN传输器、DDN传输器、卫星接收系统等，见图12，可以实现8套节目的同时转播以及实现4套节目的同时多地联播。

通过主备光纤与矩阵间互传音频信号，送8路立体声信号和一路对讲信号到矩阵，可接收8个直播室的12路立体声信号、从网络公司回传的4路用于转播的节目信号和一路对讲信号。

图12

4.2.4中央台节目自动切换子系统/开路接收子系统：

这是广东电台和其他电台不一样的地方，不仅接收中央台的信号提供给各直播室作转播用，而且担负着中央台、国际台9套节目的接收、传送和切换，通过省局微波或光纤传送给部分发射台作为信号源。

系统设在总控机房内，来自光纤和卫星的中央台、国际台信号进入以V880和DCII调音台构成的自动切换系统，该系统可根据信号源的有无自动选择光纤（或卫星）信号送出，并能实现其中两套节目定时切换成一路输出。

广东电台播控系统在总控室设立统一的开路接收系统，接收下来的开路信号送入矩阵，通过矩阵分送各个直播室监听。

中央台节目自动切换子系统/开路接收子系统的送出信号，通过主/备光纤接入矩阵，在光纤里，共传送8路立体声的中央台、国际台信号和开路接收的27路信号到矩阵，见图13。

图13

4.2.5传输子系统：

主要是将广东台8套节目和8套中央台/国际台节目送往发射台和网络公司，在构成矩阵的V880机箱上有单模光纤发送卡，通过两路光纤，将节目信号送到发射台，在发射台放置两台V880机箱分别接收主、备矩阵送来的光纤信号，通过AES或D/A卡取出数字或模拟音频信号经过二选一自动选择一路音频给发射机，同时在这两个VADIS机箱上设有光纤发送卡，用不同的光纤路由将8套节目信号再送到网络公司，在网络公司的机箱上输出节目信号，并再送入有线网。

在网络公司和发射台的VADIS机箱上通过光纤发射卡和回传光纤将送到上述地点的信号返回总控室，在总控室彩条显示屏上能观察到发射台和网络公司的信号情况。

为了满足转播信号的回传及其它功能要求，又在网络公司附近的较高的楼上放置了VADIS机箱，可把接收到的现场转播的FM信号，通过网络公司回传光纤送到总控矩阵，再分送外转分系统，供各系列台转播用。

见图14。

从矩阵送往发射台的光纤里有16路立体声信号，发射台到网络公司的光纤里有8路立体声信号，从发射台返回总控室的光纤里有11路立体声信号，网络公司返回总控室的光纤里有6路立体声信号。

图14

4.2.6OB/新闻直播室子系统：

为了增强新闻的时效性，满足各系列台对新闻播出的互动要求，在新闻中心设立两个新闻直播室（与播出区相隔较远），用两台模拟调音台和其它附属设备构成两个新闻直播系统，调音台输出信号经VADIS机箱，送入矩阵，通过矩阵可将新闻直播室的信号送到各个直播室用于新闻播出。

通过矩阵也可将所有直播室的播出信号传送到新闻直播室，在新闻直播室选择监听，可实现互动播出，如图15。

OB直播室设在广播大楼一层，用于与听众的现场交流节目，技术实现同新闻播音室一样，也是用传统调音台通过VADIS机箱接入矩阵，可与各个直播室进行互动联播或直接将信号送到发射台。

图15

各个子系统通过音频光纤网和控制以太网有机地连接在一起，数字音频通过光纤传输，控制数据通过以太网传送，形成了具有特色的双网结构。

三．广东电台在系统设计上的创新点

1．中央台/国际台节目自动切换系统。

广东电台承担着中央台、国际台9套节目的接收、传送和切换任务，我们使用光纤和卫星两种手段分别接收中央台、国际台9套节目。

要求这个分系统满足：

（1）主用光纤信号源，备用卫星，主信号中断自动倒备用，主信号恢复自动切回主信号；

（2）能调整送出的信号电平；

（3）按预定的时间自动切换不同的信号源为一路输出（不同信号分时段播出），能手动切换，且手动优先；

（4）  能预听fader前后信号；

（5）  能显示所有输入信号电平；

对于上述要求，如果用常规设备实现，要用到二选一、定时切换开关，彩条监视设备、多路输出的调音台等多种设备的组合。

而我

们只用了一个VADIS机箱，一张DCII控制面板，8块A/D输入卡用于接入信号，一块LEVEL卡产生电平信息，一块GAIN卡调整信号电平，一块D/A卡输出监听信号，一块光纤卡将8路立体声输出信号接入矩阵，通过软件设置，完美实现了主/备信号源自动切换，定时切换不同信源为一路输出，电平显示等功能。

值班人员也从过去的人工定时切换的重复工作中解脱出来，提高了播出质量，避免了人为差错，如图16是切换示意图。

图16

2．外转分系统

广东电台户外直播节目多，有时同时有三场现场转播，还经常性地与兄弟台进行多地联播（过去称“三地联播”），所以设立独立的外转分系统，将常用的转播传送设备如ISDN、卫星接收、高质量FM接收器集中在外转分系统，统一调配。

送来的信号既有来自现场的（16立体声＋2路单声道），又有8个直播室来的N-1反送信号（共12路立体声），送出的信号既有到8个直播室的（共8路立体声），又有传送给现场的（6立体声＋2单声道）。

对调音台的要求高，有多路输入、多路输出，能对多路信号进行频响、相位等处理，若用常规的调音台，需要具备多路输入、多路输出的大型录音台才能满足需要。

而我们用了两个VADIS主机箱（一个机箱插槽不够），4块D/A卡、3块AES卡分别接不同的输入信号，一块光纤卡接收来自矩阵的8个直播室的共12路立体声N-1信号，2块D/A卡、3块AES卡输出信号分别通过传送设备反送现场，一块光纤卡将8路立体声信号经矩阵分送各直播室；用4块EQ卡完成16通道的参量均衡，不但完全满足使用要求，而且使用光纤与矩阵相接，大大减少了与矩阵间的线缆数量。

见图12。

过去，进行“三地联播”时，技术人员需要到直播室的调音台上调整哪些通道的信号需返回给对方，常会影响主持人做节目，十分不便。

现在基于我们的网络化的控制系统，我们在外转室设立一台“N-1”控制计算机，一个人在外转室就能调度8个直播室调音台的任意信号源返送给现场或“多地联播”时返送给对方，无需到直播室调音台调整返送信源，提高了工作效率，还不会干扰主持人主持节目。

3．矩阵－传输一体化设计

广东电台共有16套节目（自办8套、中央台8套）要送往发射台，两个重要的发射台距广播中心5－10公里。

按照传统的做法一般是由矩阵输出AES或模拟信号，接入光端机或其他传输设备，通过光纤其他媒介将信号送往发射台。

我们在主备矩阵各插上一块单模光纤卡，通过两根不同路由的光纤送到发射台，在发射台一端，设有主、备两个机箱，各自通过AES卡输出AES信号，分别送入二选一，自动选择一路数字信号直接进音频处理器或发射机，实现了播出－总控－传输整个链路上的数字化、一体化，见图14。

我们还在发射台一端的机箱插上光发射卡，将广播中心送来的信号再返回广播中心矩阵，通过矩阵能监视、监听到送至发射台的信号情况，使值班人员坐在总控室就能清晰地知道远在5公里外的到发射台的信号是否正常，为技术人员及时地全面掌握系统的运行状况提供了技术条件。

矩阵－传输一体化的方案，不但经济地实现了双向的音频传输，而且备件统一，减少了采用不同设备所需购买备件的费用，单根光纤能传输达64路音频，为今后的扩展打下坚实基础。

4．备份直播室1备8

在广东电台播控系统中，综合考虑直播室出现较大问题的概率和经济性后，采用一个备份直播室备份8个直播室的技术方案。

在备份直播室中配备了全套的调音台、CD、MD电话桥等播出设备，在备份直播室的音频工作站上通过登陆不同服务器，能调出我台任意一套节目的播出节目单，可替代播出。

同样也配备了上网的计算机，通过网络共享上互联网，并通过电话跳线，能将任一直播室的热线电话线接入备份直播室。

总之，备份直播室能完成任一直播室的直播功能。

在总控室通过矩阵，把备份直播室的输出切换到送往发射台的通道上，就能完全取代任一直播室播出。

直播室1备8的方案，在经济和安全方面取得平衡。

四．系统的安全策略

1．安全性的提出

广播系统对设备的安全性有较高的要求，要求设备的可靠性高，稳定性好，数字化的过程中，人们对安全性提出了质疑，尽管人们已经认识到数字化网络化是技术发展的必然趋势，但是由于数字化、网络化后，技术理念有了根本的变化，以及人们对数字化、网络化认识的局限性，人们更习惯保留模拟的方式作为备份，或倾向采用传统构成模式下的简单数字化方案。

在模拟信号的播控系统中，信号传输是一对一的，技术人员很容易理解，可以通过耳机等简单的设备和手段来判定信号的有无甚至优劣。

数字化后就没那么简单了，尽管可使用D/A转换器、数字测试仪等设备加以简单判别，但对于光纤集成传输、网络化控制，看不见摸不着，就会增加技术人员的担心。

我们对现在使用的系统的认识也是逐步深化的，由于是第一次大规模使用，我们也有同样的担心，也在不断的提出问题和疑问并寻求答案。

光纤集成传输在通信中已广泛使用，技术是成熟的，但光纤设备故障会不会导致多个信号中断？

可以通过增加备份手段来解决；网络化控制系统采用的是广泛使用的以太网技术，但会不会由于网络故障或网络阻塞造成广播的大面积中断呢？

通过认真分析，担心是多余的；会不会由于网络数据量大导致控制迟缓呢？

通过合理组网，这个问题可以得到解决。

数字化网络化系统与传统的概念有显著的不同，技术人员如何判断故障点呢？

这个系统能监测自身的运行状况，给出相应的提示，帮助技术人员判定故障点。

经过深入了解，比较，探索，增强了信心，从而确立了从直播室到总控室主、备矩阵到传输全数字化的系统方案。

2．系统在安全上考虑到的应对措施

实际上，针对人们的顾虑和担心，系统在构成上已经有了相应的措施。

2.1双网结构

音频信号是连续性的音频数据流，通过光纤传输，稳定可靠。

控制信息、设备运行信息具有突发性的特点，把音频信号与控制信息分开传输，充分利用两种网络的优点，即便控制网络有故障也不会影响音频的传输，若音频传输部分有故障，可以通过控制网络反映、提示。

2.2同步方式

前面介绍同步子系统时已提到VADIS机箱有两种外同步方式，即BNC和光纤输入同步，实际上，机箱还能同步于自身的石英振荡。

在同步的选择方式上，可以设定机箱同步的次序。

对系统的中心－矩阵，我们设置成首选BNC同步、次选本机振荡顺序。

对其他不在矩阵附近的机箱（如直播室