基于SIP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)音頻傳輸淺談
2014-04-18 11:14:22薛勇
視聽 2014年3期
薛勇
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，廣電行業(yè)音頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)也日益更新。特別是近年來(lái)IP技術(shù)普遍應(yīng)用，使得研究IP技術(shù)在專業(yè)廣電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字音頻實(shí)時(shí)傳輸勢(shì)在必行。使用低成本、適應(yīng)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、高可用性的SIP協(xié)議，通過(guò)成熟而容易獲得的互聯(lián)網(wǎng)寬帶將外場(chǎng)直播的音頻信號(hào)高質(zhì)實(shí)時(shí)回傳到直播室，是一種高質(zhì)量、低成本的音頻傳輸手段。
一、常用外場(chǎng)直播音頻傳輸方式簡(jiǎn)介
1.光纖：傳輸質(zhì)量高，安全度較高，通信容量大，抗干擾能力強(qiáng)，但費(fèi)用高，且必須在有光纖接入點(diǎn)的地方才可以使用。
2.微波：帶寬較大，穩(wěn)定性較高，但城市里高樓林立，容易受到遮擋，可行性不高。
3.ISDN：用MPEG-1、MPEG-2等編解碼方法，傳輸高質(zhì)量的音頻（立體聲）。缺點(diǎn)是申請(qǐng)繁瑣，調(diào)試也比較復(fù)雜，中國(guó)電信已經(jīng)停止新申請(qǐng)布點(diǎn)了。
4.電話線：方便容易獲取，但傳輸質(zhì)量不高。
5.基于IP的音頻傳輸：IP 傳輸是完全建立在Internet 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的傳輸模式，可以認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)實(shí)用且高效的傳輸模式，缺點(diǎn)是延時(shí)比較大，有些設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，需要用電腦進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)穩(wěn)定性容易受網(wǎng)絡(luò)狀況影響。
圖1 系統(tǒng)連接框圖
6. 3G傳輸：3G和IP在傳輸模式和工作原理上是完全相同的，具有靈活、不受場(chǎng)地限制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)外場(chǎng)傳輸線路幾乎沒(méi)有要求。但3G 傳輸方式受制于基站的信號(hào)強(qiáng)度和上行速率，在基站附近人數(shù)眾多、使用量較大的時(shí)候容易受帶寬和基站負(fù)荷等各種外在干擾的影響，對(duì)于音頻傳輸而言會(huì)出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象。
本單位在近年每年都有不少外場(chǎng)活動(dòng)，實(shí)時(shí)音頻信號(hào)根據(jù)具體活動(dòng)的需求，采取了光纖、ISDN以及電話線來(lái)進(jìn)行回傳。許多活動(dòng)節(jié)目部門需要進(jìn)行成本核算，因而選取一種既有優(yōu)秀的傳輸質(zhì)量，成本又不太高的傳輸方式尤為重要。經(jīng)過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的SIP網(wǎng)絡(luò)傳輸比較符合我們的要求。
二、SIP協(xié)議簡(jiǎn)介
SIP協(xié)議是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)制定的應(yīng)用層控制協(xié)議，主要功能是完成多媒體的呼叫控制，它借鑒了HTTP和SMTP等互聯(lián)網(wǎng)上成功的應(yīng)用層控制協(xié)議，是一種基于文本的應(yīng)用層控制信令協(xié)議，獨(dú)立于底層協(xié)議，可以使用TCP或UDP作為底層傳輸協(xié)議。SIP 協(xié)議和其他協(xié)議一起給用戶提供完整的服務(wù)，用于建立、修改和終止IP網(wǎng)上的雙方或多方多媒體會(huì)話。SIP協(xié)議支持代理、重定向、登記定位用戶等功能，支持移動(dòng)用戶，與RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS 等協(xié)議配合，可支持和應(yīng)用與語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)。隨著SIP協(xié)議及其應(yīng)用的不斷完善，3GPP組織已經(jīng)將SIP作為3G 全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)多媒體子系統(tǒng)(IMS)的控制協(xié)議，下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)中SIP協(xié)議也成為核心協(xié)議。
三、基于SIP服務(wù)的音頻傳輸?shù)墓ぷ髁鞒?/h2>
以往基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)音頻傳輸?shù)姆绞蕉即嬖谝恍﹩?wèn)題，如設(shè)置比較繁瑣，需要用電腦對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與調(diào)整，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求比較高，如果一方或雙方不在同一個(gè)局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸，容易被防火墻阻隔，難以穿透局域網(wǎng)NAT等。
而基于SIP服務(wù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸優(yōu)勢(shì)在于其便利性。去到新的直播場(chǎng)地，只要接上寬帶網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備自動(dòng)登陸SIP服務(wù)器，連接成功后，即可連接當(dāng)前在該服務(wù)器上登記注冊(cè)地址的另一臺(tái)SIP設(shè)備進(jìn)行傳輸。
1.基于SIP服務(wù)的音頻傳輸?shù)倪B接方式
外場(chǎng)信號(hào)→ZIP音頻編解碼設(shè)備1→【互聯(lián)網(wǎng)】→ZIP音頻編解碼設(shè)備2→電臺(tái)播控室→電臺(tái)直播室。系統(tǒng)連接圖如圖1。
2.工作流程
和以往基于IP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)音頻傳輸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接連接不一樣的是，SIP采取通過(guò)第三方服務(wù)器的方法獲得連接。
SIP協(xié)議采用邏輯帳號(hào)與物理地址相分離的方式，先給設(shè)備設(shè)定名稱，這個(gè)作為該設(shè)備的邏輯賬號(hào)，一個(gè)邏輯帳號(hào)可以對(duì)應(yīng)若干真實(shí)的物理地址，SIP 用戶可以在不同的地方注冊(cè)到SIP服務(wù)器，將當(dāng)前物理地址存儲(chǔ)在位置服務(wù)器中，因此，即使每次在不同地點(diǎn)直播，也不需要手動(dòng)設(shè)置客戶端的物理地址。
SIP服務(wù)器的功能就是接受SIP終端的注冊(cè)請(qǐng)求，將用戶的邏輯帳號(hào)和物理地址在位置服務(wù)器中建立綁定關(guān)系，當(dāng)有對(duì)該用戶的呼叫時(shí)，從服務(wù)器中獲取被叫用戶的物理地址，然后將呼叫請(qǐng)求轉(zhuǎn)移到被叫用戶。連接流程如圖2。
從流程框圖可以看到，基于SIP服務(wù)的實(shí)時(shí)音頻傳輸方式，設(shè)備A和B只需要連接到互聯(lián)網(wǎng)，它們會(huì)自動(dòng)連接到服務(wù)器，連接成功后，呼叫另一方即可建立連接。將網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、連接工作交給服務(wù)器及設(shè)備端去自動(dòng)執(zhí)行，簡(jiǎn)化了技術(shù)人員的工作流程，使得易用性大大增加。由于SIP有著這樣的便利性，因此各大廠商也研發(fā)出通過(guò)SIP協(xié)議對(duì)音頻進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸?shù)脑O(shè)備，用于簡(jiǎn)化操作流程。
3.音頻編解碼方式的選擇
采用IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸，延時(shí)較大是它的一個(gè)不足之處。因此應(yīng)該選取合適的編解碼方式盡量減少延時(shí)，既要提供高質(zhì)量的音頻，同時(shí)也要保證延時(shí)不能太大。我們采用的是AAC-ELD系列通信編解碼。
傳統(tǒng)的窄帶電話僅能傳輸最高3.5kHz的音頻帶寬，而AAC全高清語(yǔ)音系統(tǒng)則能傳輸從14kHz到人耳能聽到的全部音頻頻譜。通過(guò)這種方法，我們可以做到利用較小的帶寬得到優(yōu)秀的音質(zhì)。AAC系列的全高清語(yǔ)音編解碼器包括低延遲AAC(Low Delay AAC，AACLD)、增強(qiáng)型低延遲AAC(Enhanced Low Delay AAC，AAC-ELD)。
AAC-LD是高品質(zhì)視頻會(huì)議的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可提供全帶寬、低延遲的音頻編碼。理論上僅有20毫秒的算法延遲，同時(shí)為所有類型的音頻信號(hào)提供良好的壓縮率和高聲質(zhì)。
AAC-ELD是AAC-LD的增強(qiáng)型版本，結(jié)合了MPEG-4AAC-LD和頻譜復(fù)制。AAC-ELD也是所有要求在24kbps低數(shù)據(jù)速率下?lián)碛腥纛l帶寬的延遲敏感型應(yīng)用的最佳選擇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，AAC-ELD在同樣的碼率情況下，比MP3的延遲要減少三分之一。
AAC-LD和AAC-ELD目前已經(jīng)用于專業(yè)及消費(fèi)級(jí)視頻會(huì)議，例如，蘋果的Face Time應(yīng)用就是基于AACELD。
4.穩(wěn)定性測(cè)試
經(jīng)過(guò)測(cè)試和研究，我們使用Telos公司的Z/IP ONE音頻傳輸設(shè)備，遠(yuǎn)程連接后，音頻傳輸延遲在1秒以內(nèi)，在可接受范圍內(nèi)。對(duì)于必須使用雙向傳送的節(jié)目直播，可使用模擬電話作為返送傳輸，以減少傳輸延時(shí)。
在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，這套系統(tǒng)的性能主要決定因素是網(wǎng)絡(luò)狀況，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況來(lái)選擇設(shè)備的編碼碼率，緩沖時(shí)間的上下限等，以保證傳輸不中斷。在正常情況下4M Adsl就能夠滿足本系統(tǒng)的要求，傳輸延時(shí)一方面取決于設(shè)備設(shè)定的緩沖時(shí)間，另一方面取決于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)。
在今年全國(guó)兩會(huì)期間，深圳廣播新聞?lì)l率先鋒898使用本套系統(tǒng)進(jìn)行直播音頻的傳輸主路，以數(shù)字電話?cǎi)詈掀魍ㄟ^(guò)電話線作為傳輸備路，北京直播室使用電信寬帶，深圳直播室通過(guò)單位局域網(wǎng)連接，設(shè)備連接成功后，10天內(nèi)持續(xù)通電保持連接未有中斷，穩(wěn)定性還是比較高的。需要注意的是，當(dāng)處于同一局域網(wǎng)的電腦或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行大量的下載時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)，延遲增大，嚴(yán)重的話甚至?xí)兄袛嗟那闆r，因此建議申請(qǐng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)帶寬由傳輸設(shè)備獨(dú)享，不要連接其他設(shè)備或電腦，以保證播出的安全可靠。
1.彭煥峰：《SIP注冊(cè)服務(wù)器的研究與設(shè)計(jì)》，《電腦知識(shí)與技術(shù)》，2010年第32期。
2.趙軍：《基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)距離音頻傳輸應(yīng)用》，《中國(guó)傳媒科技》，2010年第5期。
圖2 SIP協(xié)議連接流程
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