一、前言

　　在廣播電臺中實時的音頻傳輸通常采用AES/EBU或者是MADI來進行的，隨著以太網(wǎng)以及IP技術(shù)的不斷發(fā)展，早在十幾年前廣電技術(shù)就在嘗試采用以太網(wǎng)和IP網(wǎng)來實現(xiàn)高質(zhì)量音頻的實時傳輸。首先是以太網(wǎng)已作為一項技術(shù)設(shè)施已普遍應(yīng)用，如果能夠采用網(wǎng)絡(luò)進行音頻的實時傳輸，則系統(tǒng)的規(guī)劃、布線將比傳統(tǒng)音頻系統(tǒng)簡潔；同時音頻傳輸采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，使音頻傳輸具有了網(wǎng)絡(luò)交換特性，徹底改變了傳統(tǒng)音頻傳輸點對點的模式，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字音頻傳輸?shù)慕粨Q。本文就不斷演變的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字音頻技術(shù)做一個說明，并且以最近的AoIP技術(shù)為實例，設(shè)想構(gòu)建全網(wǎng)絡(luò)化、高可靠的電臺監(jiān)測系統(tǒng)。

二、目前在用的主要的幾種網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)

　　1、cobraNet技術(shù)

　　在上世紀九十年代，美國Peakaudio公司推出了眼鏡蛇網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)音頻傳輸方案---cobraNet，該公司被芯片廠商CIRRUS LOGIC收購，并開發(fā)了配套板卡和專用芯片將cobraNet方案推入到產(chǎn)品實現(xiàn)階段。

　　cobraNet技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)中某一個設(shè)備不斷發(fā)送時鐘包的方式提供網(wǎng)絡(luò)的采樣時鐘同步源，cobraNet中音頻信號通過bundle封裝包來傳輸，每個bundle封裝包包括8個音頻通道的20位音頻數(shù)據(jù)，每個cobraNet設(shè)備最多收發(fā)8個bundle。同時受到硬件芯片的影響，單個的cobraNet設(shè)備支持轉(zhuǎn)換通道數(shù)最大為16進和16出，在100M的以太網(wǎng)單向可以傳輸64個48kHz、20bit的音頻信號，corbNet編碼延時是固定的，有1.3ms、2.66ms和5.33ms三種選擇，出于穩(wěn)定性的考慮，廠方推薦使用了5.33ms；除此之外cobraNet還可以傳輸RS485串口通信數(shù)據(jù)以及其它非同步的IP數(shù)據(jù)包，以支持設(shè)備管理的SNMP協(xié)議。cobraNet技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)的推動起到了實踐的作用，截止目前有些電臺仍在使用cobraNet設(shè)備實現(xiàn)電臺內(nèi)音頻信號的傳輸和監(jiān)測。

　　cobraNet技術(shù)標準建立在以太網(wǎng)之上，但其同步機制、傳輸機制都是其獨有的，是一個不公開的企業(yè)標準，不管是時鐘包還是傳輸數(shù)據(jù)的bundle包，都直接封裝在網(wǎng)絡(luò)層面二層協(xié)議的MAC幀中，與IP地址不發(fā)生關(guān)聯(lián)，在數(shù)據(jù)傳輸層面沒有應(yīng)用UDP、RTP相關(guān)的傳輸協(xié)議，cobraNet技術(shù)更多的是應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)，而沒有應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通用的協(xié)議。同時cobraNet的硬件設(shè)備在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中雖然被分配了IP地址，但這個IP地址在cobraNet數(shù)據(jù)傳輸中并不發(fā)生作用，這個IP地址更多的是用來傳輸如設(shè)備管理信息等數(shù)據(jù)的。

　　如果要應(yīng)用cobraNet技術(shù)，需建立cobraNet傳輸網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當是cobraNet數(shù)據(jù)獨享的，主要是存在與其他IP數(shù)據(jù)包的沖突沒有解決，若干網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大量其他的IP數(shù)據(jù)包，cobraNet數(shù)據(jù)的傳輸將變得不穩(wěn)定，影響應(yīng)用業(yè)務(wù)的正常運行。由此可見，cobraNet技術(shù)還未充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)勢，但在向網(wǎng)絡(luò)傳輸實踐應(yīng)用中確實是邁進的重要一步。

　　2、AoIP技術(shù)

　　AoIP技術(shù)是采用IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，傳輸高品質(zhì)的音頻信號，所謂的高品質(zhì)的音頻信號的采樣率不小于44.1KHz、采樣信號的量化深度不小于16bit，傳輸?shù)囊纛l延時小于10毫秒，同時在普通的IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)就可傳輸高品質(zhì)的音頻信號，有效的解決了在網(wǎng)絡(luò)中與其它IP包些沖突問題。目前市場上采樣AoIP技術(shù)的應(yīng)用案例有Livewire、Dante、RANVENNA等多種來自不同廠家的AoIP技術(shù)。它們基本均采用了IEEE1588協(xié)議解決了實時音頻信號傳輸中的時鐘問題；延續(xù)使用了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的IP協(xié)議，在傳輸層面應(yīng)用了UDP/RTP、QoS等相關(guān)了技術(shù)。

　　在AoIP技術(shù)中是如何解決音頻數(shù)據(jù)時鐘和不同數(shù)據(jù)包沖突的呢？

　　首先AoIP技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之上，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)在建立之初是連接各個計算機，使其能夠數(shù)據(jù)交換和通信，主要的業(yè)務(wù)是非實時的，所遵循的標準是IEEE802.3標準，使用的邏輯總線型拓卜結(jié)構(gòu)和CSMA/CD載波偵聽碰撞檢測技術(shù)進行信息交換。網(wǎng)絡(luò)層上一層的TCP/IP協(xié)議，以以太網(wǎng)作為物理實體，通過發(fā)送IP數(shù)據(jù)包實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，同時也產(chǎn)生了到達目的地的數(shù)據(jù)包的順序和延時各不相同，因此這樣的數(shù)據(jù)傳輸模式適合非同步信息傳輸。隨后在傳輸中又引進了RTP傳輸協(xié)議，該協(xié)議在數(shù)據(jù)包層增加了包序列號、發(fā)包時間，并采用了UDP的傳輸方式，允許丟包，基本解決了數(shù)據(jù)包不同步的問題，可以適用于電話會議、安防通訊以及網(wǎng)絡(luò)點播等對音頻質(zhì)量和安全要求不高的業(yè)務(wù)形態(tài)。對于像電臺要求高安全、高質(zhì)量的音頻傳輸業(yè)務(wù)來講，這樣的傳輸機制還不夠。

　　在以太網(wǎng)/IP網(wǎng)實時音頻傳輸中需要解決傳輸同步時鐘的問題，用下圖（圖1）表示就便于理解：

　　在數(shù)據(jù)發(fā)送端音頻數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生了自身的采樣時鐘，一般音頻數(shù)據(jù)中有48kHz、96kHz等幾種模式，這個時鐘來自發(fā)送端設(shè)備的內(nèi)部晶體振蕩器，數(shù)字化后的音頻數(shù)據(jù)經(jīng)緩存后被打包成數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收端，經(jīng)接收緩存，再通過D/A轉(zhuǎn)換后恢復音頻數(shù)據(jù)，在接收端D/A轉(zhuǎn)換器所使用的時鐘是來自接收端設(shè)備的內(nèi)部晶體振蕩器。發(fā)送端（A/D）和接收端（D/A）所使用的時鐘來源是相互獨立的，會造成兩個時鐘的不同步，從而導致接收端的緩存發(fā)生溢出（有上溢和下溢），在音頻的傳輸層面上表現(xiàn)為“爆音”，為了減少“爆音”的出現(xiàn)，又采用了緩存區(qū)重采樣率轉(zhuǎn)換的方法，緩存越大，音質(zhì)越好，但緩存的增加傳輸?shù)难訒r也會跟著增大，倘若對實時性要求高的業(yè)務(wù)，這項解決技術(shù)就有局限性。

　　因此在網(wǎng)絡(luò)中能夠傳遞同步時鐘，使得各個音頻接收端和發(fā)送端能夠以一個標準時鐘為同步基準時鐘是一個比較理想的技術(shù)方案。整個網(wǎng)絡(luò)就避免了緩存數(shù)據(jù)溢出的問題。IEEE1588協(xié)議標準（即網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準）就為網(wǎng)絡(luò)中提供統(tǒng)一的同步基準時鐘提出了一種解決方案。在該協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)主時鐘通過周期性與網(wǎng)絡(luò)交換包含時鐘戳的信息包，不斷的傳遞主時鐘信息，在各個接收端收到時鐘信息包后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況進行時鐘偏移測量和延遲測量，并根據(jù)測量結(jié)果結(jié)合時鐘信息包來校準本地時鐘，從而實現(xiàn)各個接收端的時鐘保持同步。這個時鐘的解決方案，不僅對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不做調(diào)整，無需對原有的IP包的結(jié)構(gòu)進行改動，完全無縫銜接原有網(wǎng)絡(luò)的各項特性，最大的不同點是，各個接入網(wǎng)絡(luò)的音頻接收/發(fā)送端的硬件需能夠兼容IEEEE協(xié)議標準，能夠從該標準中提取出同步時鐘信號。目前這項標準技術(shù)的同步誤差在1μs左右，完全符合高品質(zhì)音頻的傳輸要求。在2013年發(fā)布的AES67標準中，同步時鐘的解決機制就是引用了IEEE1588協(xié)議解決的，同時在類似相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)如LiveWire、Dante、RAVENNA中同步時鐘的解決也都是參用了IEEE1588協(xié)議解決的，從目前的應(yīng)用案例，和市場反饋情況講，高品質(zhì)音頻在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的同步時鐘問題應(yīng)得到了較好解決。

　　在網(wǎng)絡(luò)中音頻數(shù)據(jù)的同步時鐘得以解決后，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包的沖突問題是面臨的下一個問題，由于以太網(wǎng)采用CSMA/CD載波偵聽碰撞檢測技術(shù)進行信息交換，當數(shù)據(jù)包沖突時重新發(fā)包，這在異步信息傳輸中不存在問題，但當遇到同步信息傳輸時往往會產(chǎn)生延時和不穩(wěn)定性，要解決這個問題基本條件是網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬能夠為同步實時信息傳輸預留獨享的帶寬，在這里就引入了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）的概念。我們把網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬設(shè)想成一條馬路上有很多的車和行人，對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中不同服務(wù)的數(shù)據(jù)包，馬路上經(jīng)常會用堵車的情況發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)中也會發(fā)生類似的情況，通過QoS技術(shù)對各類數(shù)據(jù)包劃分不同優(yōu)先級。利用DSCP(Diffrentiated Services Code Point)的QoS分類標準，將每個基準時鐘的數(shù)據(jù)報頭設(shè)定為最高優(yōu)先級，之后就是音頻數(shù)據(jù)，屬于第二高優(yōu)先級，控制信號和其它信號在更低的優(yōu)先級。其結(jié)果是保證了網(wǎng)絡(luò)音頻信號的暢通和較低的抖動。對于現(xiàn)在已廣泛使用的千兆網(wǎng)絡(luò)而言，大部分情況下帶寬冗余較大，同時應(yīng)用QoS管控，網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量音頻的實時傳輸已可以實現(xiàn)。

三、AoIP技術(shù)在電臺監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　傳統(tǒng)電臺的廣播中心使用不同種類的電纜來連接音頻設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，音頻專用線路有模擬音頻線、話筒音頻線、數(shù)字音頻線，網(wǎng)絡(luò)連接則采用5類、6類線纜，目前很多電臺的音頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)傳輸是業(yè)務(wù)獨立、管理獨立。

　　由于AoIP技術(shù)的出現(xiàn)，可以直接使用以太網(wǎng)/IP網(wǎng)來傳輸高品質(zhì)實時音頻信號，同時也不必像CobraNet那樣設(shè)置獨立專網(wǎng)，音頻網(wǎng)和計算機網(wǎng)可以實現(xiàn)一定的融合，將帶來系統(tǒng)建設(shè)的簡單、便捷，系統(tǒng)使用將變得更為靈活，系統(tǒng)管理將變得更為方便。也就為更新傳統(tǒng)電臺廣播中心的監(jiān)測系統(tǒng)提供了一種新的方向。

　　目前主流的調(diào)音臺幾乎都具備AoIP接口（如DHD的RM5200、STUDER的ONAIR 3000），很多廠商的傳輸音頻矩陣也具備AoIP接口，上述的AoIP接口的容量從8×8通道到64×64通道，已滿足臺監(jiān)測通路數(shù)量要求。在系統(tǒng)建設(shè)中需要注意在機房音頻設(shè)備、傳輸音頻設(shè)備所支持的AoIP協(xié)議要能互相兼容，目前很多廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品都在向AES67網(wǎng)絡(luò)音頻協(xié)議靠攏，并且有的廠商已宣布其AoIP接口支持AES67協(xié)議，有的廠商也已公布了其產(chǎn)品的AoIP接口支持AES67協(xié)議的未來時間表。故建設(shè)階段的設(shè)備選型中，各個節(jié)點的協(xié)議兼容需加以注意。基于AoIP技術(shù)的電臺監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)想圖參見下圖（圖2）：

　　深度網(wǎng)絡(luò)化/IP化的系統(tǒng)有著易被管理的特性，通過局域網(wǎng)，整個系統(tǒng)資源可以在統(tǒng)一的網(wǎng)管平臺下識別和調(diào)度。在傳統(tǒng)的音頻監(jiān)測系統(tǒng)中，因大量的設(shè)備不具備網(wǎng)絡(luò)接口被置于網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之外，可以采集的信息基本就是傳統(tǒng)的音頻信號，進行信號的調(diào)度和分析需要增加額外特定硬件和軟件，實施復雜、應(yīng)用不便。但基于網(wǎng)絡(luò)平臺，應(yīng)用AoIP技術(shù)后的監(jiān)測系統(tǒng)完全可以滿足更多的監(jiān)測要求，可以對監(jiān)測網(wǎng)中不同路由的同一信號進行比對分析，可以通過應(yīng)用層對同一信號的相關(guān)性、延時、噪聲、電平進行分析對比。同時對網(wǎng)絡(luò)音頻的錄制將變得更加方便，可以采用虛擬聲卡技術(shù)實現(xiàn)實時轉(zhuǎn)錄。在上述技術(shù)之上開發(fā)面向監(jiān)測人員的應(yīng)用界面，可以完成監(jiān)測系統(tǒng)觸發(fā)報警，監(jiān)測人員根據(jù)報警情況通過監(jiān)測應(yīng)用界面完成相關(guān)的處理措施。

　　通過AoIP技術(shù)建立的監(jiān)測系統(tǒng)主要有以下幾個特點：

　　1、減少了需要監(jiān)測系統(tǒng)采集硬件、整合監(jiān)測采集環(huán)節(jié)，監(jiān)測采集工作在源設(shè)備就統(tǒng)一完成。

　　2、使得監(jiān)測系統(tǒng)的底層音頻采集標準統(tǒng)一、開放，具有兼容和擴展性。

　　3、對監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的管理實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，能實現(xiàn)入網(wǎng)設(shè)備及時發(fā)現(xiàn)、配置和遠程管理。

　　4、能夠?qū)ΡO(jiān)測路由和網(wǎng)絡(luò)路由進行統(tǒng)一的分析調(diào)度，可獲取系統(tǒng)鏈路的實時狀況，為及時的應(yīng)急操作提供觸發(fā)條件。

　　5、實現(xiàn)完整的監(jiān)測記錄，包括報警信息、日志信息、文件回查等功能。

　　從目前的現(xiàn)狀來講，AoIP技術(shù)在監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用的底層條件已具備，未來重點在監(jiān)測系統(tǒng)各個應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和與實際應(yīng)用磨合，能過實現(xiàn)與用戶需求的無縫對接，在這個過程中完全可見借鑒原有傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中的功能需求，并開發(fā)出結(jié)合AoIP技術(shù)優(yōu)勢的功能點，如實時轉(zhuǎn)錄簡潔、實時鏈路模式更加準確、監(jiān)測信息發(fā)現(xiàn)更加全面。如果硬件選型得當，AoIP技術(shù)下的監(jiān)測系統(tǒng)的投資少，系統(tǒng)獨立于電臺播出業(yè)務(wù)傳輸鏈路，與實際的業(yè)務(wù)傳輸聯(lián)系緊密，操作將更加靈活、準確。