AOIP技術(shù)在主控播出系統(tǒng)中的應用

1、AOIP技術(shù)在主控播出系統(tǒng)中的應用一.引言在新媒體背景下，廣播電臺向媒體融合方向發(fā)展，播出形式多樣化，廣播電臺主控播出機房輸出信號除了應用于傳統(tǒng)的廣播播出之外，還要應用于多個播出平臺，且播出平臺本身也在不斷調(diào)整變化，因此無論在實際應用角度還是安播保障角度，傳統(tǒng)的廣播播出系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)難以適應廣播電臺播出業(yè)務靈活多變的趨勢，需要運用新技術(shù)重新進行系統(tǒng)構(gòu)架設計。近年來快速發(fā)展的AOIP技術(shù)可以很好的解決廣播電臺當前面臨的問題，本文第一部分介紹AOIP技術(shù)，第二部分闡述AOIP構(gòu)架優(yōu)勢，第三部分探討AOIP技術(shù)在主控構(gòu)架設計中的應用。二.AOIP技術(shù)發(fā)展簡介1.音頻傳輸技術(shù)發(fā)展AOIP技術(shù)是在AES3

2、技術(shù)基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)音頻網(wǎng)絡化傳輸而發(fā)展起來的技術(shù)，顧名思義，AOIP技術(shù)的優(yōu)勢在于IP化，該技術(shù)可以保證音頻在網(wǎng)絡層傳輸，并很好的解決了音頻網(wǎng)絡化傳輸?shù)难訒r與同步問題，下表為音頻技術(shù)的發(fā)展歷程。如表1所示，早期的音頻接口及傳輸技術(shù)采用的端對端傳輸，應用比較廣泛的AES3接口可以傳輸兩路立體聲信號，采用字同步技術(shù)可以有效地解決同步問題，在廣播領(lǐng)域通過TDM時分復用技術(shù)實現(xiàn)節(jié)目交換，這種技術(shù)穩(wěn)定性高，但是每增加一個輸入輸出接點就需要部署音頻線纜，且傳輸距離受限。后期的MADI技術(shù)（AES10）采用時鐘同步，用光纖傳輸音頻，增加了通道數(shù)量，但是仍然難以解決靈活性差的問題。1996年美國的PeakA

3、udio公司推出了CobraNet網(wǎng)絡傳輸音頻技術(shù)，可以在100M以太網(wǎng)下單向可以傳輸64個48kHz、20bit的音頻信號通道（48kHz、24bit信號為56路），該技術(shù)良好的適應了靈活多變的音頻業(yè)務，但雖然都能夠基于以太網(wǎng)傳輸音頻信號，但是由于工作在數(shù)據(jù)鏈路層（OSI二層）的低層傳輸協(xié)議，只能在局域網(wǎng)中傳遞，不能穿過路由器傳輸。在網(wǎng)絡化時代，基于IP的音頻技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢，因此許多公司研發(fā)了相關(guān)產(chǎn)品，目實現(xiàn)傳輸高質(zhì)量音頻，具有路由功能的音頻傳輸技術(shù)，以適應網(wǎng)絡化播出需求和靈活多變的業(yè)務趨勢。2.當前主要的發(fā)展AOIP技術(shù)的公司如表2述三家公司在目前行業(yè)中處于領(lǐng)先地位且應用市場比較大，

4、目前三家公司均支持AES67協(xié)議，可以實現(xiàn)設備之間的互連互通。Dante由澳大利亞Audinate公司研發(fā)，目前市場占有率最高，Dante設備使用統(tǒng)一的AOIP接口卡、并提供管理控制接口，適用于統(tǒng)一管理，可以較簡單的實現(xiàn)AOIP設備研發(fā)。RAVENNA由德國的ALCNetwork研發(fā)，其協(xié)議標準免費開放，但是缺少硬件系統(tǒng)解決方案，目前市場占有率較低。Livewire有Telos聯(lián)盟研發(fā)，開始同步方案為專用協(xié)議，后期升級為Livewire+，支持IEEE1588同步協(xié)議，符合了AES67-2013同步標準。上述公司的AOIP技術(shù)均能實現(xiàn)網(wǎng)絡化、高質(zhì)量的音頻傳輸，且同步性能較好，但是初期由于技術(shù)協(xié)

5、議不同，這些公司之間的設備難以實現(xiàn)互聯(lián)互通，在這種背景下，AES（美國音頻工程師協(xié)會）代號為SC-02-12-H的標準化工作組，在2010年12月開始在現(xiàn)有的AOIP技術(shù)基礎(chǔ)之上設計了可互通方案，簡稱AES67。AES67是高性能音頻流網(wǎng)絡互操作協(xié)議，標準本身并沒有什么創(chuàng)新性，該標準制定是為了集成現(xiàn)有的AOIP技術(shù)體系，使不同的AOIP系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，實現(xiàn)在高性能網(wǎng)絡上傳輸高質(zhì)量、大容量、低延時的數(shù)字音頻信號。因此AES67的目的是規(guī)范現(xiàn)有技術(shù)體系。目前大部分音頻技術(shù)公司如RAVENNA,Livewire+，Dante等均支持AES67協(xié)議。下表2為AES67具體技術(shù)指標：如表3所示，AES

6、67支持24bit的線性非壓縮音頻編碼，采用率支持48KHZ，已經(jīng)達到了AES3的音頻信號基本標準，音頻采樣數(shù)據(jù)在傳輸層封裝成RTP數(shù)據(jù)包進行端到端的傳輸，RTP協(xié)議（Real-timeTransportProtocol）是實時傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡中傳輸音、視頻流媒體信息，AES67中，RTP數(shù)據(jù)包包括音頻數(shù)據(jù)、時間戳。傳輸通過UDP協(xié)議進行控制，UDP協(xié)議包括源端口號和目的端口號及校驗信息，UDP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡層封裝成IP包，加入IP地址進行傳輸。整個協(xié)議的同步通過PTP協(xié)議完成，該協(xié)議向系統(tǒng)中所有級聯(lián)設備發(fā)送最高級時間實現(xiàn)同步，時鐘精度低于25ns，為了達到廣播級標準，實現(xiàn)設備有效同步和數(shù)據(jù)

7、的有效傳輸，通過QOS實現(xiàn)質(zhì)量控制，該協(xié)議將同步數(shù)據(jù)包傳輸定義為最高優(yōu)先級，音頻數(shù)據(jù)包傳輸其次，最后傳輸其他信息。三.AOIP構(gòu)架優(yōu)勢1.帶有組播功能，支持更多通路AOIP技術(shù)的優(yōu)勢之一是帶有組播功能，理論上可以無限擴展通路，一根5類網(wǎng)線可以傳輸1000路音頻信號，而且通過交換機的級聯(lián)可以輕松組建音頻網(wǎng)絡。這對于音頻信號播出擴展和監(jiān)控、應急帶來的極大地便利性。在傳統(tǒng)的AES3構(gòu)建的音頻網(wǎng)絡中，如果需要擴展一路輸出音頻信號，需要音頻信號分配器分配，該設備分配音頻數(shù)量有限，且需要點對點布線，導致增加通路的工作即繁瑣又增加了系統(tǒng)的復雜性。運用AOIP技術(shù)可以極大地簡化系統(tǒng)擴展工作，播出通路的擴展只需

8、要在交換機中接入一根網(wǎng)線即可完成，后級級聯(lián)交換機可以實現(xiàn)多路播出通路擴展，因此只要在系統(tǒng)搭建過程中部署好網(wǎng)絡路由，預留網(wǎng)絡接口即可輕松實現(xiàn)系統(tǒng)擴展工作，這樣使系統(tǒng)擴容更加方便，并且使附加的錄音信號采集、監(jiān)控信號采集更加便利。2.帶有路由功能AOIP技術(shù)構(gòu)架優(yōu)勢之二是帶有路由功能，通過路由功能，可以實現(xiàn)輕松實現(xiàn)音頻信號的定向傳輸。所有播出設備接入在網(wǎng)絡層，通過路由器和切換軟件可以代替矩陣系統(tǒng)完成節(jié)目切換工作?？梢圆捎秒p路由構(gòu)架保證節(jié)目切換的安全性，同時在設備異常的情況下，更換路由器的操作比較簡便，可以快速恢復故障。在路由器級聯(lián)的系統(tǒng)中，任意節(jié)點的音頻信號可以傳輸?shù)饺我夤?jié)點，打破了傳統(tǒng)廣播播出系統(tǒng)

9、單向傳輸?shù)奶匦裕`活運用路由功能，可以打破傳統(tǒng)思維，在節(jié)目監(jiān)控和應急策略設計上有更大的發(fā)揮空間。且通過路由器搭建的系統(tǒng)構(gòu)架更加簡潔，系統(tǒng)未來的擴展更加方便，使主控播出中心的音頻信號可以便捷的與其他系統(tǒng)對接，更能適合未來廣播電臺靈活多變的業(yè)務需求。3.便于監(jiān)控、管理、應急在組播和路由功能基礎(chǔ)上搭建的系統(tǒng)，監(jiān)控和應急管理更加便捷。在傳統(tǒng)的播出系統(tǒng)中，對系統(tǒng)各節(jié)點的監(jiān)控必須通過信號采集設備完成，即每一個播出節(jié)點的輸出必須經(jīng)過音頻分配器分配出音頻信號，由音頻信號采集設備采集才能完成該節(jié)點的輸出監(jiān)控工作。這導致如果要監(jiān)控系統(tǒng)各節(jié)點的輸出，勢必需要非常多的信號采集通路和設備，導致監(jiān)控系統(tǒng)過于復雜，增加了系

10、統(tǒng)負擔。傳統(tǒng)的播出系統(tǒng)的應急信號由專門的補樂設備提供，由于播出系統(tǒng)的單向性，補樂音頻信號只能對其后級接入的設備補樂，這樣如果要增加系統(tǒng)各節(jié)點的補樂就需要在系統(tǒng)中加入更多補樂設備，導致系統(tǒng)構(gòu)架過于臃腫。以上監(jiān)控和補樂節(jié)點分布在系統(tǒng)各處，不利于系統(tǒng)進行統(tǒng)一的監(jiān)控管理。采用AOIP的系統(tǒng)構(gòu)架，理論上可以在系統(tǒng)中任意點取得任意點輸出的音頻信號，因此系統(tǒng)的信號采集點可以靈活部署，同時系統(tǒng)補樂也可以集中部署，可以在系統(tǒng)中引入信號集中監(jiān)控和補樂池的概念，通過計算機集群構(gòu)架處理采集的音頻信號，這樣還可以擴大運算能力實現(xiàn)音頻信號深度監(jiān)測，補樂池通過計算機集群提供補樂信號，結(jié)合節(jié)目表和路由策略可以提供更加有針對性

11、的補樂節(jié)目，運用基于云計算構(gòu)架的計算機集群完成監(jiān)控和補樂工作可以使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，同時便于系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和故障恢復。四.AOIP主控播出系統(tǒng)構(gòu)架基于上述介紹，可以充分利用AOIP的技術(shù)優(yōu)點進行主控播出系統(tǒng)的架構(gòu)設計，在構(gòu)架設計中，需要兼顧安全性與先進性，即保留傳統(tǒng)的安全播出系統(tǒng)構(gòu)架和應急功能，擴展未來網(wǎng)絡化播出接口，基于這兩點原則進行系統(tǒng)設計，這樣設計的系統(tǒng)即有穩(wěn)定運行、快速應急的安全基因，又有配合業(yè)務變化快速組成的靈活基因，這樣的構(gòu)架符合廣播電臺的現(xiàn)狀和未來發(fā)展規(guī)劃，因此設計構(gòu)架可以如下圖所示：上圖1中主采用傳統(tǒng)的音頻播出系統(tǒng)構(gòu)架，即節(jié)目源，音頻分配器，音頻矩陣，切換器的節(jié)目路由，備采用A

12、OIP系統(tǒng)構(gòu)架，通過交換機、路由器級聯(lián)音頻設備和監(jiān)控設備，整個系統(tǒng)通過統(tǒng)一的監(jiān)測網(wǎng)進行統(tǒng)一監(jiān)控。下面簡單介紹該架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)點：1.運行穩(wěn)定、應急迅速上述構(gòu)架主路播出路由保留了傳統(tǒng)的AES3播出路由設計，采用這種路由基于兩點考慮，一是與原有的錄播、直播節(jié)目制作系統(tǒng)對接，目前大部分錄播、直播播出系統(tǒng)仍然采用原有的AES3輸出，這也是基于穩(wěn)定性和低延時的考慮。二是保留原有的節(jié)目交換、應急和監(jiān)控管理手段，因此作為廣播電臺的節(jié)目交換中心，保障安全仍然是第一要務，因此要應用經(jīng)過長時間實踐考驗的技術(shù)，保留AES3系統(tǒng)的播出可以對新技術(shù)的應用擴展起到支撐和保障作用，切采用AES3應急所有的播出節(jié)點均可以人工跳

13、線進行應急，在系統(tǒng)崩潰的情況下，是唯一可靠的應急手段。2.構(gòu)架靈活擴展系統(tǒng)的備播出路由采用交換機和路由器及切換軟件級聯(lián)組成的AOIP音頻播出系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)架可以通過網(wǎng)絡將任一節(jié)點的信號輸出至任一節(jié)點，且路由是雙向的，理論上可以無限擴展輸出通路，基于這種構(gòu)架可以根據(jù)業(yè)務類型自由配置播出通路。前級的音頻分配器可以將AES3信號轉(zhuǎn)換為AOIP信號輸入交換機，也可以將AOIP信號轉(zhuǎn)換為AES3信號輸出，這樣不論節(jié)目源是AES3輸出還是AOIP輸出播出通路中均具備AES3和AOIP兩路播出路由，保證了系統(tǒng)的安全性。且在進行網(wǎng)絡播出時，可以在系統(tǒng)中任一節(jié)點取信號，進行轉(zhuǎn)播時也可以在系統(tǒng)中任一節(jié)點送信號，因

14、此系統(tǒng)支持自由的業(yè)務組合。3.監(jiān)控點多、集中處理、針對性補樂。在AOIP的系統(tǒng)構(gòu)架中，可以引入監(jiān)測網(wǎng)的概念，監(jiān)測網(wǎng)可以分為數(shù)據(jù)接入層和邏輯判斷層，數(shù)據(jù)接入層的輸入為各節(jié)點輸出的AOIP音頻信號，AES3采集器的告警信號，播出設備的狀態(tài)信號，機房環(huán)境狀態(tài)信息等信息，基于網(wǎng)絡傳輸監(jiān)控信號的特性可以實現(xiàn)各種監(jiān)控信息的集中分析處理，因此邏輯判斷層的監(jiān)控系統(tǒng)設計可以采用云計算計算機集群構(gòu)架，用虛擬機完成不同的監(jiān)控任務，這樣可以增強監(jiān)控系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性同時還可以加大運算量，完成如節(jié)目質(zhì)量監(jiān)控等深度監(jiān)控工作。在補樂方面，因為AOIP的靈活性，結(jié)合告警信息和節(jié)目表，可以引入補樂池的集中補樂概念，可以根據(jù)節(jié)目表進行針對性補樂（比如可以補前一天的節(jié)目），加強節(jié)目播出的安全性。綜上所述，AOIP的技術(shù)非