AOIP技術(shù)在主控播出系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、.AOIP技術(shù)在主控播出系統(tǒng)中的應(yīng)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(jī)房輸出信號除了應(yīng)用于傳統(tǒng)的廣播播出之外，還要應(yīng)用于多個(gè)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(shí)際應(yīng)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(yīng)廣播電臺播出業(yè)務(wù)靈活多變的趨勢，需要運(yùn)用新技術(shù)重新進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)。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(dāng)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(shè)計(jì)中的應(yīng)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AES

2、3技術(shù)基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)音頻網(wǎng)絡(luò)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(luò)層傳輸，并很好的解決了音頻網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)难訒r(shí)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(yīng)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(shí)分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)目交換，這種技術(shù)穩(wěn)定性高，但是每增加一個(gè)輸入輸出接點(diǎn)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(shí)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Peak

3、Audio公司推出了CobraNet網(wǎng)絡(luò)傳輸音頻技術(shù)，可以在100M以太網(wǎng)下單向可以傳輸64個(gè)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(yīng)了靈活多變的音頻業(yè)務(wù)，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(luò)化時(shí)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(shí)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)化播出需求和靈活多變的業(yè)務(wù)趨勢。2.當(dāng)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(yīng)用市場比較大

4、，目前三家公司均支持AES67協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)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(shè)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(shí)現(xiàn)AOIP設(shè)備研發(fā)。RAVENNA由德國的ALCNetwork研發(fā)，其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)免費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)。上述公司的AOIP技術(shù)均能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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)

5、協(xié)議不同，這些公司之間的設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，在這種背景下，AES（美國音頻工程師協(xié)會(huì)）代號為SC-02-12-H的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)了可互通方案，簡稱AES67。AES67是高性能音頻流網(wǎng)絡(luò)互操作協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)本身并沒有什么創(chuàng)新性，該標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)在高性能網(wǎng)絡(luò)上傳輸高質(zhì)量、大容量、低延時(shí)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(biāo)：如表3所示，AE

6、S67支持24bit的線性非壓縮音頻編碼，采用率支持48KHZ，已經(jīng)達(dá)到了AES3的音頻信號基本標(biāo)準(zhǔn)，音頻采樣數(shù)據(jù)在傳輸層封裝成RTP數(shù)據(jù)包進(jìn)行端到端的傳輸，RTP協(xié)議（Real-timeTransportProtocol）是實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)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(shí)間戳。傳輸通過UDP協(xié)議進(jìn)行控制，UDP協(xié)議包括源端口號和目的端口號及校驗(yàn)信息，UDP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)層封裝成IP包，加入IP地址進(jìn)行傳輸。整個(gè)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(shè)備發(fā)送最高級時(shí)間實(shí)現(xiàn)同步，時(shí)鐘精度低于25ns，為了達(dá)到廣播級標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備有效同步和數(shù)

7、據(jù)的有效傳輸，通過QOS實(shí)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(kuò)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(jī)的級聯(lián)可以輕松組建音頻網(wǎng)絡(luò)。這對于音頻信號播出擴(kuò)展和監(jiān)控、應(yīng)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(luò)中，如果需要擴(kuò)展一路輸出音頻信號，需要音頻信號分配器分配，該設(shè)備分配音頻數(shù)量有限，且需要點(diǎn)對點(diǎn)布線，導(dǎo)致增加通路的工作即繁瑣又增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。運(yùn)用AOIP技術(shù)可以極大地簡化系統(tǒng)擴(kuò)展工作，播出通路的擴(kuò)展只

8、需要在交換機(jī)中接入一根網(wǎng)線即可完成，后級級聯(lián)交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多路播出通路擴(kuò)展，因此只要在系統(tǒng)搭建過程中部署好網(wǎng)絡(luò)路由，預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口即可輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展工作，這樣使系統(tǒng)擴(kuò)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(shí)現(xiàn)輕松實(shí)現(xiàn)音頻信號的定向傳輸。所有播出設(shè)備接入在網(wǎng)絡(luò)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(shí)在設(shè)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(fù)故障。在路由器級聯(lián)的系統(tǒng)中，任意節(jié)點(diǎn)的音頻信號可以傳輸?shù)饺我夤?jié)點(diǎn)，打破了傳統(tǒng)廣播播出系

9、統(tǒng)單向傳輸?shù)奶匦?，靈活運(yùn)用路由功能，可以打破傳統(tǒng)思維，在節(jié)目監(jiān)控和應(yīng)急策略設(shè)計(jì)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(kuò)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(wù)需求。3.便于監(jiān)控、管理、應(yīng)急在組播和路由功能基礎(chǔ)上搭建的系統(tǒng)，監(jiān)控和應(yīng)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(diǎn)的監(jiān)控必須通過信號采集設(shè)備完成，即每一個(gè)播出節(jié)點(diǎn)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(shè)備采集才能完成該節(jié)點(diǎn)的輸出監(jiān)控工作。這導(dǎo)致如果要監(jiān)控系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的輸出，勢必需要非常多的信號采集通路和設(shè)備，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)過于復(fù)雜，增加了

10、系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)的播出系統(tǒng)的應(yīng)急信號由專門的補(bǔ)樂設(shè)備提供，由于播出系統(tǒng)的單向性，補(bǔ)樂音頻信號只能對其后級接入的設(shè)備補(bǔ)樂，這樣如果要增加系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)樂就需要在系統(tǒng)中加入更多補(bǔ)樂設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)構(gòu)架過于臃腫。以上監(jiān)控和補(bǔ)樂節(jié)點(diǎn)分布在系統(tǒng)各處，不利于系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)取得任意點(diǎn)輸出的音頻信號，因此系統(tǒng)的信號采集點(diǎn)可以靈活部署，同時(shí)系統(tǒng)補(bǔ)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(bǔ)樂池的概念，通過計(jì)算機(jī)集群構(gòu)架處理采集的音頻信號，這樣還可以擴(kuò)大運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)音頻信號深度監(jiān)測，補(bǔ)樂池通過計(jì)算機(jī)集群提供補(bǔ)樂信號，結(jié)合節(jié)目表和路由策略可以提供更加有針對

11、性的補(bǔ)樂節(jié)目，運(yùn)用基于云計(jì)算構(gòu)架的計(jì)算機(jī)集群完成監(jiān)控和補(bǔ)樂工作可以使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，同時(shí)便于系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和故障恢復(fù)。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(diǎn)進(jìn)行主控播出系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，在構(gòu)架設(shè)計(jì)中，需要兼顧安全性與先進(jìn)性，即保留傳統(tǒng)的安全播出系統(tǒng)構(gòu)架和應(yīng)急功能，擴(kuò)展未來網(wǎng)絡(luò)化播出接口，基于這兩點(diǎn)原則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)即有穩(wěn)定運(yùn)行、快速應(yīng)急的安全基因，又有配合業(yè)務(wù)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(shè)計(jì)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

12、AOIP系統(tǒng)構(gòu)架，通過交換機(jī)、路由器級聯(lián)音頻設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)通過統(tǒng)一的監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。下面簡單介紹該架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：1.運(yùn)行穩(wěn)定、應(yīng)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(shè)計(jì)，采用這種路由基于兩點(diǎn)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(shí)的考慮。二是保留原有的節(jié)目交換、應(yīng)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?jiǎng)?wù)，因此要應(yīng)用經(jīng)過長時(shí)間實(shí)踐考驗(yàn)的技術(shù)，保留AES3系統(tǒng)的播出可以對新技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展起到支撐和保障作用，切采用AES3應(yīng)急所有的播出節(jié)點(diǎn)均可以人工

13、跳線進(jìn)行應(yīng)急，在系統(tǒng)崩潰的情況下，是唯一可靠的應(yīng)急手段。2.構(gòu)架靈活擴(kuò)展系統(tǒng)的備播出路由采用交換機(jī)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(luò)將任一節(jié)點(diǎn)的信號輸出至任一節(jié)點(diǎn)，且路由是雙向的，理論上可以無限擴(kuò)展輸出通路，基于這種構(gòu)架可以根據(jù)業(yè)務(wù)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(jī)，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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)播出時(shí)，可以在系統(tǒng)中任一節(jié)點(diǎn)取信號，進(jìn)行轉(zhuǎn)播時(shí)也可以在系統(tǒng)中任一節(jié)點(diǎn)送信號，

14、因此系統(tǒng)支持自由的業(yè)務(wù)組合。3.監(jiān)控點(diǎn)多、集中處理、針對性補(bǔ)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(diǎn)輸出的AOIP音頻信號，AES3采集器的告警信號，播出設(shè)備的狀態(tài)信號，機(jī)房環(huán)境狀態(tài)信息等信息，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸監(jiān)控信號的特性可以實(shí)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(shè)計(jì)可以采用云計(jì)算計(jì)算機(jī)集群構(gòu)架，用虛擬機(jī)完成不同的監(jiān)控任務(wù)，這樣可以增強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性同時(shí)還可以加大運(yùn)算量，完成如節(jié)目質(zhì)量監(jiān)控等深度監(jiān)控工作。在補(bǔ)樂方面，因?yàn)锳OIP的靈活性，結(jié)合告警信息和節(jié)目表，可以引入補(bǔ)樂池的集中補(bǔ)樂概念，可以根據(jù)節(jié)目表進(jìn)行針對性補(bǔ)樂（比如可以補(bǔ)前一天的節(jié)目），加強(qiáng)節(jié)目播出的安全性。綜上所述，AOI