AoIP技术在广播电视播控系统中的应用分析

徐 宝

（安徽广播电视台，安徽 合肥 230000）

0 引 言

随着IP技术的发展，我国广电技术加速进入全面IP化阶段。IP化音频（Audio over IP，AoIP）技术作为第三代IP技术（第一代为IP网络技术，用于音频压缩编码；第二代为CobraNet与EtherSound技术），其主要功能是专业音频领域系统的网络化。目前，我国各级广电中心都在加强数字化改造，其中，利用AoIP技术进行播控系统的新一轮网络化改造，成为趋势和必然。对此，本文以AoIP技术为切入点，详细介绍该技术在广电播控系统中的有效应用。

1 AoIP技术概述

1.1 技术概念

AoIP是基于IT设备构建的标准以太网基础设施，可以实现高品质的音频信号传输功能。AoIP采用3层IP网络传输技术，网内各节点音频数据通过高精度时间同步协议（Precision Time Protocol，PTP）实时同步；服务质量（Quality of Service，QoS）与高速局域网配合使用，确保音频数据的传输质量。

1.2 主流AoIP技术

目前专业音频领域内较为成熟、常用的AoIP技术有Livewire+，Dante，WheatNet-IP以及Ravenna等，其中Dante是应用最广、最具代表性的AoIP技术[1]。Dante技术作为封闭的传输标准，主要特点是能够在以太网上进行时钟信号和音频信号的高质量传输，同时支持、实现有效的调度管理。表1概括了各主流AoIP技术的基本情况。

表1 各主流AoIP技术情况

由表1可知，各主流AoIP技术在同步协议、OSI、发布时间等方面具有较大一致性。OSI都为Layer3，于2006年发布，同步协议主要使用IEEE 1588和RTP/UDP等协议，其中Dante的延时时间最短。然而，由于技术线路的不同，这几类AoIP技术彼此独立，互联性不高，在缺少统一规范的情况下，无法共建一个健康的网络音频技术体系。

2 AoIP技术在广电播控系统中的应用

AoIP技术不断成熟，顺利发展成为未来音频传输的关键技术支撑。广播电视台需要紧跟发展形势，引入AoIP技术对现有的播控系统进行完善和强化。目前，很多广播电视台基于系统安全性和稳定性的考虑，大多数采用传统数字音频矩阵加AoIP网络矩阵的混合模式。以AoIP网络音频为备份矩阵的广播电视播控系统，搭建了一个集MADI、AES/EBU和AoIP为一体且相互冗余的多元传输框架[2]。此外，AoIP网络也是实现对各节点的监听控制的重要支撑。该技术主要有以下应用。

2.1 AoIP技术应用于播出系统

广播电视播控系统可以基于AES67-2015高性能网络音频标准，设计双网络架构，通过将各终端双网络接口进行独立网络对接，由此保证整个网络的链路冗余。在多台AoIP音频路由器和千兆以太网交换机的共同作用下，既能将音频流转化成AES信号、模拟信号并传递给传统音频设备，也可以把多种模拟信号、AES信号转为IP信号并传输，以此让缺乏网络接口条件的传统音频设备也加入到AoIP系统中来[3]。AoIP技术支持音频信号在网络内各节点之间的有效路由，以此确保局域网中节目播出信号的实时、高质量传输。

广播电视台总控系统信号流程如图1所示，以AES和MADI为主要传输链路，数字调音台、数字音频矩阵和网络智能切换器等多个AoIP接口互通互联，在AoIP网络下实现了从直播间到总控机房和发射机房间的直播和转播信号、节目直播、路由调度及应急备份等冗余链路传输。由于AoIP网内播出设备按照并联方式进行布置，可以按需任意分配，因此能够有效提升设备的容错度，大幅减少故障排除的时间耗损。

图1 广播电视台总控系统信号流程图

2.2 AoIP技术用于监测管理

播控中心作为整个广播电视台的中枢部分，声音监听监测则是技术运维的一大核心功能。在以AoIP技术构建的网络系统中，可以随时采集播出链路上的任意信号，确保对每个监测点特别是核心监测点的音频信息的实时、准确监听。

广电播控系统AoIP播出与监测管理网络框架如图2所示。通过音频设备的AoIP接口，可以实时采集直播延时信号、矩阵输入输出信号、转播信号及末级数字音分输出信号等设备本身的内部信号，全面了解设备的运行状态。这种简单、直接的采集方式，无需其他额外采集工作的配合，不仅有效提高信号采集效率，而且简化和优化了监听监测系统，加强了对设备故障的监测，可以降低系统风险[4]。采集工作中，配合使用IT技术，可以将多种设备及各设备节点的初始信号汇集到处理运算单元，便于进行深度分析；可以结合算法提供精确的频谱、相位、电平及李萨如矢量图等数据信息，例如，基于特征值相似度算法可以分析音频信号的延时量及一致性，有助于在播出链路上准确采集对应关键节点的信号并进行音频比对，从而避免出现误播或错播情况。

图2 广电播控系统AoIP播出与监测管理网络框架

2.3 AoIP技术用于构建机房同步系统

以AES11标准为基础的传统播控系统内置Word clock时钟同步系统。Word clock的主要功能是：当传输链条上两个数位机器出现取样时准不匹配时，取其中一台的频率来作为准则，使另一台机器自动升、降低自身的取样频率以达到准确匹配。使用不相匹配的数字信号进行连接，虽然也有声音信号输出，但是效果不佳。然而，Word clock也存在不稳定性，一旦发生故障，有可能给整个系统安全带来影响，这是数字化系统的一个典型弊端。由于AoIP本身具有同步功能，因此使用AoIP技术来构建音频网络，在无需增加其他的设备的情况下也可以得到一个完整而高效的同步系统，并且能够在同一网络中发出时钟同步信号、音频信号、传输控制数据等。IEEE 1588同步协议下，AoIP脱离对其他音频数据包的依赖，独立运转中不会干扰音频信号的传输质量。联合使用QoS，能够提高网络时钟协议的准确性，解决同步时钟数据包的抖动问题。

实际上，出于对安全性和稳定性的考虑，可以在播控系统建设时设计标准数字同步设备，并与AoIP同步系统异构备份。系统中，所有的AoIP设备皆从AoIP网络中获取同步源时钟，由具备Word clock字时钟输出功能的数字调音台、数字音频矩阵等AoIP设备，对网络时钟进行转化处理，使其与AES11标准下的字时钟信号相一致。将转化后的信号及时传送给其他网外音频设备，从而实现不同音频的同步源同步[5]。不同于传统系统，AoIP网络是一个双层物理架构，其同步系统也是冗余的，如果出现突发性系统设备故障，还能够依托Word clock数字同步时钟系统，采用传统方式予以替换，从而保证广播电视台播控系统的稳定运行，保证高质量的音频信号传输和监测。

3 结 语

AoIP技术的不断发展和在广播电视领域中的充分应用，可以推动我国广播电视行业的全新突破。AoIP技术在广播电视播控系统中的应用，一可以有效简化布线结构，节省线材，提高经济性；二可以对全网核心设备进行实时监测监听，预防播出事故风险并提高排障效率和准确度，确保高质量的音频信号；三可以实现音频信号的完全共享。此外，就容灾应急来看，AoIP技术支持下的播出网络可以在系统遭受突发状况时，快速迁移、备份重要数据，避免造成较大损失。未来，随着IP技术不断迭代升级，整个广播电视行业都将实现全面IP化。