關(guān)于ATM技術(shù)在廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用思考

【摘要】本文主要分析ATM技術(shù)在實時音頻傳輸信號應(yīng)用的優(yōu)勢進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)實時音頻對于延時需要，通過比較ATM技術(shù)和IP技術(shù)傳輸音頻信號方面的特點，最后就ATM技術(shù)在某廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

【關(guān)鍵詞】ATM；AES47；IP；音頻直播網(wǎng)絡(luò)

1、引言

要使得廣播中心的信號通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效傳輸，廣播機(jī)構(gòu)在某一地區(qū)中的傳輸需要采用相關(guān)靈活好用且效果明顯的傳輸音頻數(shù)據(jù)的方式。目前，有些問題存在于通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)傳輸音頻數(shù)據(jù)，主要表現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)對于實時廣播要求的高穩(wěn)定性和低延遲性能不能很好滿足。本文主要探討為了滿足這樣實時廣播傳輸要求的一種開放式的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

2、延時產(chǎn)生分析

對于延時來說，主要包括包延時、傳輸延時和緩沖延時。這種延時在PCM（Pulse Code Modulation）音頻中傳輸經(jīng)常存在，也就是指在抽樣輸入網(wǎng)絡(luò)的這個過程，以及后續(xù)的在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸過程，同時，還包括抽樣在網(wǎng)絡(luò)中輸出的時間等等方面。

包延時主要是指從第一抽樣接受一直到包裝載完成傳輸?shù)倪@個過程中的所有時間，其中，包越大也就是意味著包延時的時間越長，這也是說明包延時和相關(guān)包里面的抽樣多少具有直接的影響關(guān)系[1]。

對于傳輸延時來說，這個過程包括從一個包準(zhǔn)備在傳輸單元中傳輸，一直到最后接受準(zhǔn)備拆包之間的延時過程?？梢詫τ趥鬏斞訒r進(jìn)行控制，利用調(diào)整線路長度以及線路上的信號傳輸速度來控制，一般情況下為5納米每秒。

對于緩沖延時來說，主要是指在到達(dá)目的地以后的包的第一個抽樣信號輸出時間。為了保證這個過程中的每個信號都能夠在一定時間內(nèi)按照一定順序到達(dá)，相關(guān)的接受設(shè)備則需要有序地和等間隔要求下進(jìn)行輸出抽樣信號準(zhǔn)備工作。為了保證接收設(shè)備在處理晚到的數(shù)據(jù)包的情況下，能夠具有足夠的等待時間而不影響正常輸出，相關(guān)的定量的數(shù)據(jù)應(yīng)該在緩沖器中。一個包的最遲到達(dá)時間決定了包延時，所以說，音頻信號的可靠傳輸直接影響到最小的緩沖延時。

3、IP網(wǎng)和ATM比較

“連接”和“非連接”往往是網(wǎng)絡(luò)的兩種形式。連接形式最好的例子就是電話服務(wù)，再打電話的過程中，這就是你的電話和所接通電話之間的建立起來的連接服務(wù)。非連接服務(wù)就是指像郵局提供那樣的服務(wù)過程，比如，信封地址決定郵件所經(jīng)過的郵局，但是這些郵局往往是不固定的，所以也就是從出發(fā)地到目的地之間的信件的路程存在不固定性。對于采用非連接的形式的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）來說，郵局可以看作是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議IP在處理傳輸像網(wǎng)頁這樣包含信息量較少的數(shù)據(jù)的過程中，往往與采用連接形式方法相比而具有更大的可行性。但是可以看到非連接的形式的最大優(yōu)勢就是能夠有效提高線路的使用率，因為數(shù)據(jù)不會一直占有某一線路。但是，在對于傳輸實時音頻信號的過程中，能傳輸連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流則是基本要求，在這樣的情況下，地址信息在非連接形式的網(wǎng)絡(luò)的形式下都應(yīng)該在每一個數(shù)據(jù)包中加載。對于這些數(shù)據(jù)到達(dá)目的地的時間來說，由于存在不同的包經(jīng)過不同的路徑的可能性，數(shù)據(jù)包必須被分開傳送，這樣的到達(dá)時間就不能保證相同，因此，要求需要接受器需要更多的時間去處理這個情況，在重新排列輸出這些包的情況下，緩沖延時自然有所增加。

連續(xù)到達(dá)并且不可破壞則是音頻信號數(shù)據(jù)流進(jìn)行實時傳輸?shù)幕疽?，壓縮過的音頻信號在帶寬的限制下才能在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸，對于傳輸非壓縮的專業(yè)音頻信號則存在一定的困難，這樣就更別說傳輸相關(guān)的不可感知延時的直播音頻信號。

目的地地址在太網(wǎng)中都插入在每個數(shù)據(jù)包的頭部，這樣只有足夠大的有用數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)頭才能保證帶寬的使用率，相比固定長度的數(shù)據(jù)頭增加不少，致使擁堵現(xiàn)象往往容易在傳輸過程中產(chǎn)生。為了通過路由器選擇一個最佳的傳輸路徑而進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)包的包頭在沒經(jīng)過路由器后都要進(jìn)行被提取分析的操作，這無疑增加了傳輸延時。

基于以太網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的異步傳輸模式ATM（Asynchronous Transfer Mode），目前應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，一方面能夠使得網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用率大幅度提高，另外一方面能夠提供更好的服務(wù)質(zhì)量。對于音頻信號和視頻信號的傳輸來說，ATM技術(shù)在實時信號的傳輸上具有很大優(yōu)勢和很多應(yīng)用成功案例。與以太網(wǎng)相比，ATM技術(shù)雖然是同樣采用數(shù)據(jù)塊的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，但是在源到目的地之間的路徑上卻具有不同性質(zhì)。

為了把包延時減少到最小，滿足設(shè)備進(jìn)行快速的打包和解包，ATM信元只有53個字節(jié)[2]。一條虛擬路徑會在源和目的地之間建立，ATM在傳輸過過程中就類似打電話時建立起的連接，著這樣的在傳輸前協(xié)商好的傳輸線路，同時還具有連續(xù)性和穩(wěn)定性，這樣能夠有效提高帶寬的使用率且減少傳輸延時，是因為ATM信元頭的地址信息也比IP協(xié)議中地址信息少。

4、AES47標(biāo)準(zhǔn)介紹

處理專業(yè)音頻信號在ATM這種通用技術(shù)中考慮并不全面，如何在專業(yè)音頻信號上利用ATM對音頻信號傳輸?shù)膬?yōu)點，則是AES工作小組在AES47標(biāo)準(zhǔn)里的重點工作。為了保證服務(wù)質(zhì)量的虛音頻線路，AES47指出在數(shù)字音頻信號的帶寬被建立之后，在這個連接被中斷之前，其不會被其他數(shù)據(jù)所占用。多種傳輸模式在AES47標(biāo)準(zhǔn)定義中定義，包括相關(guān)的常用的透明地傳輸AES3信號和一些其他相關(guān)的信息，以及相應(yīng)的傳輸5.1聲道的環(huán)繞立體聲的傳輸模式等等。相比A/D、D/A轉(zhuǎn)換所用的延時來說，AES47標(biāo)準(zhǔn)下所建立的連接過程則延時小得多。AES47傳輸?shù)姆菈嚎s的音頻數(shù)據(jù)量在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下具有較大的彈性。對于相同的線纜情況來說，只有2路音頻流在不采用AES47形式下傳輸。同一個網(wǎng)絡(luò)中可以同時存在AES47信號和ATM信號。通過ATM進(jìn)行傳輸相關(guān)的視頻信號、使用對講等設(shè)備產(chǎn)生的音頻信號等等，在同一個網(wǎng)絡(luò)下同時存在這些信號和AES47信號，甚至可以與以太網(wǎng)信號同時存在。音頻、視頻和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)也可以在單一的網(wǎng)絡(luò)中傳輸。

5、某電臺ATM系統(tǒng)介紹

隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，廣播電臺工藝系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變化。除了數(shù)字設(shè)備的大量使用外，更主要的是系統(tǒng)逐漸向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。某電臺在綜合考慮各種新技術(shù)的特點后，最終決定采用英國Audix Broadcast公司基于ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字音頻廣播產(chǎn)品和管理系統(tǒng)。下圖為電臺ATM系統(tǒng)圖，各區(qū)域ANTS控制程序通過IP服務(wù)器把要執(zhí)行的命令由ATM2221加載到ATM信號中，從而實現(xiàn)ATM中音頻信號的分配、連接的建立和清除。另外，各個ATM終端設(shè)備的狀態(tài)信息在加載到ATM信號后，經(jīng)ATM2221到IP服務(wù)器的控制線，由服務(wù)器反映到各控制電腦上。

6、結(jié)語

分析ATM技術(shù)在實時音頻傳輸信號應(yīng)用的優(yōu)勢進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)實時音頻對于延時需要，通過比較ATM技術(shù)和IP技術(shù)傳輸音頻信號方面的特點，通過對AES47標(biāo)準(zhǔn)介紹，說明ATM技術(shù)在傳輸音頻信號方面的成熟性和穩(wěn)定性，最后就ATM技術(shù)在某廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討，希望對于今后實時音頻傳輸信號技術(shù)發(fā)展具有一定幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]陳華南.流媒體技術(shù)原理與應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2005，（1）.

[2]莊劍.基于ATM和快速以太網(wǎng)的電臺音頻采編播系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2003，（11）.