AoIP技術(shù)的發(fā)展及其在廣電領域的應用

□鹿 猛

一、AoIP技術(shù)的發(fā)展

最基本的音頻傳輸技術(shù)主要采用模擬信號，隨著技術(shù)的發(fā)展，在長距離音頻傳輸中，其易受干擾，易產(chǎn)生噪聲；復雜系統(tǒng)布線難度大、后期維護檢修成本大等缺點越來越受到詬病。之后模擬音頻傳輸向數(shù)字音頻傳輸?shù)姆绞桨l(fā)展，相比于模擬傳輸?shù)姆绞?，?shù)字音頻的干擾更少，傳輸距離也更遠。使用更少的線纜，同時集成度更高，更易于控制和管理。如果不討論模擬音頻和數(shù)字音頻的音質(zhì)方面的差異，數(shù)字化音頻技術(shù)傳輸方式更先進。

計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動了數(shù)字音頻技術(shù)在2000年后取得了快速發(fā)展。同時伴隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了在以太網(wǎng)內(nèi)以IP網(wǎng)絡化方式傳輸音頻的技術(shù)，即AoIP技術(shù)。AoIP即Audio over IP的縮寫，其布線簡潔，使用一條線纜傳輸數(shù)個通路的信號，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳輸、數(shù)據(jù)備份、自動冗余等。其采用網(wǎng)絡化傳輸?shù)姆绞?，更加靈活、兼容性強，同時在傳輸多路高質(zhì)量無損音頻基礎上，能夠做到很低的延時。在遠距離傳輸時，AoIP可以做到20ms以內(nèi)的延時。

AoIP技術(shù)的發(fā)展極度依賴于網(wǎng)絡帶寬技術(shù)的發(fā)展，在2000年左右，受限于當時網(wǎng)絡帶寬小的限制，不能傳輸高音質(zhì)的音頻。直到2005年，計算機網(wǎng)絡帶寬達到了100Mbps，其后CobraNet與EtherSound等技術(shù)出現(xiàn)，算是比較成熟的AoIP技術(shù)。

以廣泛應用的CobraNet技術(shù)為例，可以在100M帶寬的網(wǎng)絡中傳輸56路48kHz、24bit的專業(yè)非壓縮音頻信號；除音頻信號外，還可以傳輸RS485串口通信數(shù)據(jù)及其他非同步IP數(shù)據(jù)；采用開放的MIB文件，支持SNMP技術(shù)。

其基于OSI網(wǎng)絡二層協(xié)議，通過設備的MAC地址進行通信，具有成形的軟件工具包（SDK）和API。在當時的音頻專業(yè)領域得到了廣泛的發(fā)展和應用。

隨著網(wǎng)絡帶寬的進一步發(fā)展及AoIP新技術(shù)的出現(xiàn)，各種協(xié)議如Dante、Livewire、Ravenna、Q-LAN等大量出現(xiàn)。以目前應用最多的Dante協(xié)議為例，其是一個集硬件、軟件和通信協(xié)議為一體的協(xié)議集。它繼承了CobraNet與EtherSound所有的優(yōu)點，基于OSI三層網(wǎng)絡協(xié)議，設備之間使用IP地址進行通信，更加靈活、兼容性強，是一個在標準的IP網(wǎng)絡上運行的現(xiàn)代化高性能數(shù)字媒體傳輸系統(tǒng)。

2013年國際音頻工程協(xié)會（AES）制定并頒布了AES67標準，同時互聯(lián)網(wǎng)帶寬技術(shù)也進入了千兆網(wǎng)（1Gbps）普及的時代，這些技術(shù)及標準極大地推動了AoIP技術(shù)發(fā)展。AES67作為一個公開的、統(tǒng)一的、兼容的開放協(xié)議，它定義了開放的、通用的網(wǎng)絡音頻交互格式。其包含音頻傳輸?shù)淖罨緝?nèi)容，各個廠家可以根據(jù)這個基礎，封裝各自需要的東西。不同廠家的協(xié)議只要兼容AES67，之間就可以互相通信。

2015年AES組織又制定并頒布了針對IP傳輸與控制的AES70標準規(guī)范,旨在支持來自不同廠商的AoIP設備組建統(tǒng)一的媒體控制網(wǎng)絡。在傳輸過程中，解決信號的路由、信號的管理、信號的分配、電平的控制等問題，在傳輸音頻流的同時，傳輸設備的控制信號，用于對系統(tǒng)進行統(tǒng)一的連接管理、控制和監(jiān)測。其與AoIP協(xié)議配合使用，是AES67協(xié)議的補充。至此，兩個協(xié)議一起基本上完成了AoIP在網(wǎng)絡中的所有技術(shù)細節(jié)。

AES60標準和AES70標準是AoIP技術(shù)發(fā)展道路上的重要里程碑。作為與協(xié)議無關(guān)的標準，開放的、兼容的架構(gòu)能夠讓制造商和用戶實現(xiàn)不同設備和系統(tǒng)的搭建和操作，能夠創(chuàng)造出創(chuàng)新和諧的AoIP混合系統(tǒng)。

二、AoIP技術(shù)在廣電領域的應用

1.AoIP技術(shù)在廣播播控系統(tǒng)中的應用

傳統(tǒng)廣播音頻播控系統(tǒng)歷經(jīng)從模擬化向數(shù)字化變更，未來由數(shù)字化遞進為IP網(wǎng)絡化是其技術(shù)變革的趨勢之一。廣播播控系統(tǒng)在傳統(tǒng)音頻技術(shù)的基礎上，有效融入AoIP技術(shù)，可以構(gòu)建更加簡潔化、清晰化的系統(tǒng)，同時實現(xiàn)多元化的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)監(jiān)測等功能。

①數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測。通過AoIP技術(shù)，將各種音頻信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為IP數(shù)據(jù)流信號，在連接層、協(xié)議層和音頻層進行全面的實時分析及監(jiān)測，再將相應節(jié)點采集及分析到的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)中的各類控制軟件，可以實現(xiàn)各種應用：將電平、相位、頻譜信息通過監(jiān)看軟件以圖形等的形式作直觀的呈現(xiàn)；將采集到的音頻信號通過監(jiān)聽軟件實施監(jiān)聽；通過報警軟件實現(xiàn)信號過載、反相、靜音等各項報警；通過流程圖實現(xiàn)故障點排查定位及預案提示等。利用AoIP技術(shù)搭建的播控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對整個播控網(wǎng)絡關(guān)鍵節(jié)點的全方位監(jiān)測，縮短了播出事故發(fā)現(xiàn)周期，提高了排障的效率，整體系統(tǒng)安全性大大增強。

②數(shù)據(jù)的交換與調(diào)度。AoIP網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流有單播、多播、廣播、組播等多種傳輸方式。相關(guān)設備通過交換機組網(wǎng)后，任意音頻節(jié)點都可以與網(wǎng)內(nèi)的其他節(jié)點完成數(shù)據(jù)傳輸、通信與交互，通過設置路由和切換軟件可以輕松地實現(xiàn)音頻的矩陣化調(diào)度，同時信號傳輸無延時、質(zhì)量好，即使軟件關(guān)閉及網(wǎng)絡故障都不會影響已建立的音頻傳輸路由；可以實現(xiàn)對實體矩陣的冗余備份。

2.AoIP技術(shù)在演播室、轉(zhuǎn)播車等系統(tǒng)中的應用

AoIP技術(shù)不僅可以在電視演播室、轉(zhuǎn)播車等系統(tǒng)中的內(nèi)部通話、音頻鏈路等子系統(tǒng)中應用，實現(xiàn)低延時的遠距離音頻傳輸、更加靈活快捷的音頻組網(wǎng)與路由等功能，還可以結(jié)合SMPTE ST 2110標準，實現(xiàn)基于10G bps帶寬網(wǎng)絡傳輸無損音視頻流，確保音視頻同步，延時小于1幀。未來音視頻的網(wǎng)絡化傳輸技術(shù)的結(jié)合亦有著廣泛的發(fā)展前景。

三、結(jié)語

當下IP網(wǎng)絡技術(shù)、5G通信技術(shù)正在飛速發(fā)展，AoIP技術(shù)也必然會伴隨這股浪潮，以比現(xiàn)在更快的速度發(fā)展與進步。未來其一定會為專業(yè)音頻領域系統(tǒng)的構(gòu)造與搭建提供更加完善的技術(shù)指向與方案，帶來更大的變革與創(chuàng)新。