AoIP技術(shù)在廣播電視播控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

徐 寶

（安徽廣播電視臺(tái)，安徽 合肥 230000）

0 引 言

隨著IP技術(shù)的發(fā)展，我國廣電技術(shù)加速進(jìn)入全面IP化階段。IP化音頻（Audio over IP，AoIP）技術(shù)作為第三代IP技術(shù)（第一代為IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于音頻壓縮編碼；第二代為CobraNet與EtherSound技術(shù)），其主要功能是專業(yè)音頻領(lǐng)域系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。目前，我國各級(jí)廣電中心都在加強(qiáng)數(shù)字化改造，其中，利用AoIP技術(shù)進(jìn)行播控系統(tǒng)的新一輪網(wǎng)絡(luò)化改造，成為趨勢(shì)和必然。對(duì)此，本文以AoIP技術(shù)為切入點(diǎn)，詳細(xì)介紹該技術(shù)在廣電播控系統(tǒng)中的有效應(yīng)用。

1 AoIP技術(shù)概述

1.1 技術(shù)概念

AoIP是基于IT設(shè)備構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的音頻信號(hào)傳輸功能。AoIP采用3層IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)音頻數(shù)據(jù)通過高精度時(shí)間同步協(xié)議（Precision Time Protocol，PTP）實(shí)時(shí)同步；服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）與高速局域網(wǎng)配合使用，確保音頻數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。

1.2 主流AoIP技術(shù)

目前專業(yè)音頻領(lǐng)域內(nèi)較為成熟、常用的AoIP技術(shù)有Livewire+，Dante，WheatNet-IP以及Ravenna等，其中Dante是應(yīng)用最廣、最具代表性的AoIP技術(shù)[1]。Dante技術(shù)作為封閉的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，主要特點(diǎn)是能夠在以太網(wǎng)上進(jìn)行時(shí)鐘信號(hào)和音頻信號(hào)的高質(zhì)量傳輸，同時(shí)支持、實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)度管理。表1概括了各主流AoIP技術(shù)的基本情況。

表1 各主流AoIP技術(shù)情況

由表1可知，各主流AoIP技術(shù)在同步協(xié)議、OSI、發(fā)布時(shí)間等方面具有較大一致性。OSI都為Layer3，于2006年發(fā)布，同步協(xié)議主要使用IEEE 1588和RTP/UDP等協(xié)議，其中Dante的延時(shí)時(shí)間最短。然而，由于技術(shù)線路的不同，這幾類AoIP技術(shù)彼此獨(dú)立，互聯(lián)性不高，在缺少統(tǒng)一規(guī)范的情況下，無法共建一個(gè)健康的網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)體系。

2 AoIP技術(shù)在廣電播控系統(tǒng)中的應(yīng)用

AoIP技術(shù)不斷成熟，順利發(fā)展成為未來音頻傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)支撐。廣播電視臺(tái)需要緊跟發(fā)展形勢(shì)，引入AoIP技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的播控系統(tǒng)進(jìn)行完善和強(qiáng)化。目前，很多廣播電視臺(tái)基于系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的考慮，大多數(shù)采用傳統(tǒng)數(shù)字音頻矩陣加AoIP網(wǎng)絡(luò)矩陣的混合模式。以AoIP網(wǎng)絡(luò)音頻為備份矩陣的廣播電視播控系統(tǒng)，搭建了一個(gè)集MADI、AES/EBU和AoIP為一體且相互冗余的多元傳輸框架[2]。此外，AoIP網(wǎng)絡(luò)也是實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)的監(jiān)聽控制的重要支撐。該技術(shù)主要有以下應(yīng)用。

2.1 AoIP技術(shù)應(yīng)用于播出系統(tǒng)

廣播電視播控系統(tǒng)可以基于AES67-2015高性能網(wǎng)絡(luò)音頻標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)雙網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過將各終端雙網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，由此保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路冗余。在多臺(tái)AoIP音頻路由器和千兆以太網(wǎng)交換機(jī)的共同作用下，既能將音頻流轉(zhuǎn)化成AES信號(hào)、模擬信號(hào)并傳遞給傳統(tǒng)音頻設(shè)備，也可以把多種模擬信號(hào)、AES信號(hào)轉(zhuǎn)為IP信號(hào)并傳輸，以此讓缺乏網(wǎng)絡(luò)接口條件的傳統(tǒng)音頻設(shè)備也加入到AoIP系統(tǒng)中來[3]。AoIP技術(shù)支持音頻信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間的有效路由，以此確保局域網(wǎng)中節(jié)目播出信號(hào)的實(shí)時(shí)、高質(zhì)量傳輸。

廣播電視臺(tái)總控系統(tǒng)信號(hào)流程如圖1所示，以AES和MADI為主要傳輸鏈路，數(shù)字調(diào)音臺(tái)、數(shù)字音頻矩陣和網(wǎng)絡(luò)智能切換器等多個(gè)AoIP接口互通互聯(lián)，在AoIP網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)了從直播間到總控機(jī)房和發(fā)射機(jī)房間的直播和轉(zhuǎn)播信號(hào)、節(jié)目直播、路由調(diào)度及應(yīng)急備份等冗余鏈路傳輸。由于AoIP網(wǎng)內(nèi)播出設(shè)備按照并聯(lián)方式進(jìn)行布置，可以按需任意分配，因此能夠有效提升設(shè)備的容錯(cuò)度，大幅減少故障排除的時(shí)間耗損。

圖1 廣播電視臺(tái)總控系統(tǒng)信號(hào)流程圖

2.2 AoIP技術(shù)用于監(jiān)測(cè)管理

播控中心作為整個(gè)廣播電視臺(tái)的中樞部分，聲音監(jiān)聽監(jiān)測(cè)則是技術(shù)運(yùn)維的一大核心功能。在以AoIP技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可以隨時(shí)采集播出鏈路上的任意信號(hào)，確保對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)特別是核心監(jiān)測(cè)點(diǎn)的音頻信息的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)聽。

廣電播控系統(tǒng)AoIP播出與監(jiān)測(cè)管理網(wǎng)絡(luò)框架如圖2所示。通過音頻設(shè)備的AoIP接口，可以實(shí)時(shí)采集直播延時(shí)信號(hào)、矩陣輸入輸出信號(hào)、轉(zhuǎn)播信號(hào)及末級(jí)數(shù)字音分輸出信號(hào)等設(shè)備本身的內(nèi)部信號(hào)，全面了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這種簡(jiǎn)單、直接的采集方式，無需其他額外采集工作的配合，不僅有效提高信號(hào)采集效率，而且簡(jiǎn)化和優(yōu)化了監(jiān)聽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)了對(duì)設(shè)備故障的監(jiān)測(cè)，可以降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)[4]。采集工作中，配合使用IT技術(shù)，可以將多種設(shè)備及各設(shè)備節(jié)點(diǎn)的初始信號(hào)匯集到處理運(yùn)算單元，便于進(jìn)行深度分析；可以結(jié)合算法提供精確的頻譜、相位、電平及李薩如矢量圖等數(shù)據(jù)信息，例如，基于特征值相似度算法可以分析音頻信號(hào)的延時(shí)量及一致性，有助于在播出鏈路上準(zhǔn)確采集對(duì)應(yīng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的信號(hào)并進(jìn)行音頻比對(duì)，從而避免出現(xiàn)誤播或錯(cuò)播情況。

圖2 廣電播控系統(tǒng)AoIP播出與監(jiān)測(cè)管理網(wǎng)絡(luò)框架

2.3 AoIP技術(shù)用于構(gòu)建機(jī)房同步系統(tǒng)

以AES11標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)播控系統(tǒng)內(nèi)置Word clock時(shí)鐘同步系統(tǒng)。Word clock的主要功能是：當(dāng)傳輸鏈條上兩個(gè)數(shù)位機(jī)器出現(xiàn)取樣時(shí)準(zhǔn)不匹配時(shí)，取其中一臺(tái)的頻率來作為準(zhǔn)則，使另一臺(tái)機(jī)器自動(dòng)升、降低自身的取樣頻率以達(dá)到準(zhǔn)確匹配。使用不相匹配的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行連接，雖然也有聲音信號(hào)輸出，但是效果不佳。然而，Word clock也存在不穩(wěn)定性，一旦發(fā)生故障，有可能給整個(gè)系統(tǒng)安全帶來影響，這是數(shù)字化系統(tǒng)的一個(gè)典型弊端。由于AoIP本身具有同步功能，因此使用AoIP技術(shù)來構(gòu)建音頻網(wǎng)絡(luò)，在無需增加其他的設(shè)備的情況下也可以得到一個(gè)完整而高效的同步系統(tǒng)，并且能夠在同一網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出時(shí)鐘同步信號(hào)、音頻信號(hào)、傳輸控制數(shù)據(jù)等。IEEE 1588同步協(xié)議下，AoIP脫離對(duì)其他音頻數(shù)據(jù)包的依賴，獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)中不會(huì)干擾音頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量。聯(lián)合使用QoS，能夠提高網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘協(xié)議的準(zhǔn)確性，解決同步時(shí)鐘數(shù)據(jù)包的抖動(dòng)問題。

實(shí)際上，出于對(duì)安全性和穩(wěn)定性的考慮，可以在播控系統(tǒng)建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字同步設(shè)備，并與AoIP同步系統(tǒng)異構(gòu)備份。系統(tǒng)中，所有的AoIP設(shè)備皆從AoIP網(wǎng)絡(luò)中獲取同步源時(shí)鐘，由具備Word clock字時(shí)鐘輸出功能的數(shù)字調(diào)音臺(tái)、數(shù)字音頻矩陣等AoIP設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，使其與AES11標(biāo)準(zhǔn)下的字時(shí)鐘信號(hào)相一致。將轉(zhuǎn)化后的信號(hào)及時(shí)傳送給其他網(wǎng)外音頻設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)不同音頻的同步源同步[5]。不同于傳統(tǒng)系統(tǒng)，AoIP網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)雙層物理架構(gòu)，其同步系統(tǒng)也是冗余的，如果出現(xiàn)突發(fā)性系統(tǒng)設(shè)備故障，還能夠依托Word clock數(shù)字同步時(shí)鐘系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)方式予以替換，從而保證廣播電視臺(tái)播控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證高質(zhì)量的音頻信號(hào)傳輸和監(jiān)測(cè)。

3 結(jié) 語

AoIP技術(shù)的不斷發(fā)展和在廣播電視領(lǐng)域中的充分應(yīng)用，可以推動(dòng)我國廣播電視行業(yè)的全新突破。AoIP技術(shù)在廣播電視播控系統(tǒng)中的應(yīng)用，一可以有效簡(jiǎn)化布線結(jié)構(gòu)，節(jié)省線材，提高經(jīng)濟(jì)性；二可以對(duì)全網(wǎng)核心設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)聽，預(yù)防播出事故風(fēng)險(xiǎn)并提高排障效率和準(zhǔn)確度，確保高質(zhì)量的音頻信號(hào)；三可以實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的完全共享。此外，就容災(zāi)應(yīng)急來看，AoIP技術(shù)支持下的播出網(wǎng)絡(luò)可以在系統(tǒng)遭受突發(fā)狀況時(shí)，快速遷移、備份重要數(shù)據(jù)，避免造成較大損失。未來，隨著IP技術(shù)不斷迭代升級(jí)，整個(gè)廣播電視行業(yè)都將實(shí)現(xiàn)全面IP化。