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仅用一根网线传输500路音频信号的“AoIP”技术了解一下?

2019-09-26 11:00:00 来源:技术运营中心

——广播技术部吉祥参观 “BIRTV 2019”分享(三)

带着“音频IP化和基于AoIP技术的广播系统应用场景设计”的课题任务,我踏上了北京“BIRTV 2019”参观之旅,我现在所在的广播播出科有一项工作是专注于高质量音频信号的汇聚、分发和传输,时隔4年再次来北京,观展的重点自然是高质量音频传输相关的内容。在现今“全媒融合”的大背景下,播出形式多样化,广播电台总控输出信号除用于传统调频和调幅播出外,还要应用于多个平台,因此现在的音频传输技术已难适应新媒体的需求,近些年来,一项名为“AoIP”的技术应运而生,如果用一句话来通俗地解释“AoIP”的话,那就是“用一根普通的以太网线来传输500路双向音频信号”的技术。我想就“AoIP”技术结合本次“BIRTV”观展作些分享。

 

(一)  现在的音频传输遇到了什么样的问题?

我们现在使用的音频传输技术主要是:“AES/EBU”(AES3)、“MADI”(AES10)和“SDI”。

I)AES/EBU(AES3)

AES/EBU的全称是Audio Engineering Society/European Broadcast Union(音频工程师协会/欧洲广播联盟),现已成为专业数字音频较为流行的标准,大量民用产品和专业音频数字设备如CD机、DAT、MD机、数字调音台、数字音频工作站等都支持AES/EBU。

 

AES/EBU是一种通过基于单根绞合线对来传输数字音频数据的串行位传输协议。它无须均衡即可在长达100m的距离上传输数据,如果均衡,可以传输更远距离。它提供两个信道的音频数据(最高24比特量化),信道是自动计时和自同步的。它也提供了传输控制的方法和状态信息的表示和一些误码的检测能力。它的时钟信息是由传输端控制,来自AES/EBU的位流。它的三个标准采样频率是32kHz、44.1kHz、48kHz,当然许多接口能够工作在其它不同的采样率上。

AES/EBU的普通物理连接媒质有:(1)平衡或差分连接,使用XLR(卡农)连接器的三芯话筒屏蔽电缆,参数为阻抗110Ω,电平范围为0.2V~5Vpp,抖动为±20ns。(2)单端非平衡连接,使用RCA插头的音频同轴电缆。(3)光学连接,使用光纤连接器。

II)MADI(AES10)

MADI(多通道音频数字接口)是由音频工程协会(AES)标准AES-10所描述的一个接口标准,它是依托数字调音台通信接口建立的传输网络。

 

MADI采用时分多路传输技术,该接口采用75Ω同轴电缆或光纤传输数字信号,分辨率为24bit,是一种适合48通道,单点连接双向传输的音频数字串行接口,传输速率最高可达100Mb/s。但在使用SC多模光纤或BNC线缆传输时,信号数量可达到56/64路。

III)SDI

SDI接口是数字分量串行接口(Serial Digital Interface)的首字母缩写。而HD-SDI接口是一种广播级的高清数字输入和输出端口,其中HD表示高清信号。由于SDI接口不能直接传送压缩数字信号,数字录像机、硬盘等设备记录的压缩信号重放后,必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统。

 

SDI在广播电视领域应用非常广泛,其是根据SMPTE292M协议标准,在1.485Gb/s的信号速率条件下传输的接口规格。该协议标准规定了数据格式、信道编码方式、同轴电缆接口的信号规格、连接器及电缆类型与光纤接口等。HD-SDI接口采用同轴电缆,以BNC接口作为线缆标准。有效距离为100M。这里特别需要指出的是,SDI是视音频复合信号,广播电台使用的是从SDI解嵌信号中提取的音频信号。

以上是现在广播电台主要使用的三种音频传输技术,它们具有如下四个显著的共同特点:

①均是基于电路交换技术;

②都是为广播电视演播室设计的,且只能用于音频和视频;

③传输需要使用专门的接口和路由器;

④扩展性较差,使用不灵活,无法随意扩容,应用场景不丰富

(二)  音频传输技术的发展历程

音频传输技术的发展十分缓慢,主要可以分为三个阶段:传统的音频线路时代、局域网音频时代和网络音频时代,如表一所示:

表一、音频传输技术发展的三个时代

 

由表一可见,早期的音频接口及传输技术采用的是端对端传输,应用比较广泛的AES3接口可以传输两路立体声数字信号,采用字同步技术可以有效地解决同步问题,在广播领域通过TDM时分复用技术实现节目交换,这种技术稳定性高,但是每增加一个输入输出节点就需要部署音频线缆,且传输距离受限。

后期的MADI技术(AES10)采用时钟同步,用光纤传输音频,增加了通道数量,但是仍然难以解决灵活性差的问题。

 

1996年美国的PeakAudio公司推出了CobraNet网络音频技术,可以在100M以太网下单向传输64个48kHz、20bit的音频信号通道(48kHz、24bit信号为56路),该技术良好的适应了灵活多变的音频业务,但由于其工作在数据链路层的低层传输协议,因此只能在局域网中传输,不能通过路由器传输。

由此可见,在网络化时代,基于IP的音频技术是必然的发展趋势,因此许多公司都研发了相关产品,目的是实现高质量的音频传输,以适应网络化播出需求和灵活多变的业务媒体趋势。

(三)  什么是“AoIP”技术?

AoIP(Audio over IP),是指在普通局域网内以IP方式传输不压缩音频信号的技术,其具有高保真(48K 24bit)、低延时(100μs~10ms)、大容量(千兆网大于400通道)的特征。AoIP使用成熟的IP协议,其关键技术包括:

 

采用IEEE1588作为媒体时钟同步方案,实现网内各节点音频数据的同步传输,消除了因采样差异而导致的数据损失和延迟;

在高速局域网内利用DSCP等QoS手段控制流量,以保证音频流等时间敏感数据的实时通行。

(四)  “AoIP”技术的优点在哪里?

      AoIP网络音频技术具备跨网段传输的能力,甚至能够在广域网上进行传输。AoIP充分利用现有的网络架构和网络基础设施,从而达到音频数据的网络传输这一最终目的。较之传统音频传输技术,AoIP网络音频传输技术具备如下显著优点:

I)布线简单,成本低廉

与传统的音频线缆的布线结构相比,采用AoIP网络音频技术节约了大量的线材,节省了施工工作量。该技术应用了开放标准的网络技术,是以现有的网络架构为基础,在其中进行开发设计。采用AoIP技术,不会对现有的网络架构做出改变,就可以使得音频数据的网络传输得以实现。

II)传输距离远

在广播电台的工作流程中,大多是在电台的大楼或者是在发射台进行网络布线,以现有的网络基础为依据,在其中部署AoIP的网络音频设备,能够促使节目音频的网络传输得以实现,从而节约了投资成本。

III)传输通道多

与传统的音频设备相比,AoIP技术支持的多通道网络音频传输的通道数要更多。传统音频设备如AES3标准下利用单条音频线最多传输两路数字音频信号,而MADI协议最多为64路,但是AoIP技术使用一根普通千兆带宽的网线可以传输512路双向数字音频信号。与此同时,AoIP支持网络多播技术,而这种技术也是音频数据进行网络传输的一大利器。通过该技术,能够在不多占用网络宽带的情况之下,可以将广播节目数据传输到多个目的地。

(五)  “BIRTV 2019”上展出的“AoIP”设备有哪些?

本届BIRTV上展出的广播电视设备非常丰富,但绝大部分都集中在“智能”、“全媒体”和“超高清”领域,和“AoIP”相关的设备并不多,下面为大家展示和介绍部分具有代表性且新颖的“AoIP”音频设备。

 

I)        DHD Series 52带AoIP功能的数字调音台

 

由德国DHD.audio带来的这款52/MX系列数字调音台配备了新的DSP核心模块具备足够强大的处理能力,足以满足最大的广播应用需求,作为矩阵,其可以处理8700×7400的音频切换或者支持64路推子的全通路处理调音台。此外,这款数字调音台提供诸多的接口模块供选择:AES67或Dante AoIP数据流、MADI、模拟和数字音频等等I/O模块,所有的控制模块和TFT触摸屏也是通过以太协议与核心进行通信。

II)      福川(FITCAN)DB3000F带AoIP功能的超融合矩阵

 

所谓“超融合”是福川科技面向未来提出的一种新型数字音频架构,随着IP化时代的到来,广播音频的传输方式正在向IT方向演化,然后,传统音频设备及接口还将在一定时期和范围内继续存在,“超融合矩阵”正是为迎合此类应用而设计开发的,可视为IP化音频与传统音频的深度融合体,它的存在将最大限度地发挥两者特长,一方面能使现有设备能与AoIP技术快速结合,发挥更强大的功效;另一方面,对音频IP化本身来说,只有与各类设备的深度融合,才能获得真正的落地和被实例化,使系统更加精简、高效和实用。

III)     福川(FITCAN)DDS0210带AoIP功能的插卡式数字音分

 

DDS0210智能数字音频分配器是福川科技在成熟的DB3000F超融合矩阵基础上,升级完成的新一代自带AoIP采集分析功能的音频分配器。DDS0210成功地实现了基于AoIP技术的集中式回采监测、并首创了对每一路分配输出进行内容对比和基带阻抗分析,从而有效解决了普通有源音分存在伪监测、无源音分存在信号弱和隔离度差的弊端,是广播中心满足总局62号令安全播出需求的利器。

IV)      GENELEC 8430 IP智能监听音箱

 

GENELEC的这款8430 IP智能监听音箱符合AES67行业标准,且全面支持AoIP,还具备以下独特优势:兼容传统的模拟音频信号输入、IP监听音箱作为信号链路的最终端,意味着整个系统实现了从端到端的全网络传输。利用真力的SAM智能技术,实现灵活的监听控制和自动的监听系统测量校准。另外,配合真力的GLM套件,用户可以对多达30只音箱进行监听控制,便捷搭建从两声道立体声到多声道3D沉浸式环绕声等各种主流及实验制式的监听系统。

 

供稿:广播技术部   图、文:吉祥