IP音頻：如何在基于IP的環境中克服其復雜性

奧利弗·胥阿爾

近年來，在向IP廣播制作轉換的過程中，由于視頻傳輸需要大量帶寬，所以廣播公司主要關注視頻傳輸。然而，音頻也存在挑戰。與視頻相比，音頻不僅包含更大量的碼流，而且在制作中使用了多種標準。

基于以太網的專業音頻在世紀之交之前就已經出現了，廣播電臺是標準網絡技術的早期采用者。多年來，出現了幾種相互競爭的IP音頻專有方式和標準，包括DANTE、REVENA MADI（AES10）和AES67。然而，在音頻傳輸和處理中，各種方式甚至特定格式的實現之間的兼容性一直是一個長期存在的問題。隨著越來越多的廣播公司轉向IP設施，確保音頻兼容性的問題變得至關重要。

廣播公司在向IP轉換的過程中，要克服音頻帶來的復雜性，必須考慮以下幾個關鍵問題：

流傳輸面

流傳輸面是指音頻在網絡上的基本傳輸。在這方面，AES67已成為關鍵。AES67標準于2013年首次頒布，已被大多數制造商采用和集成，包括基于專有方法的產品供應商。至關重要的是，AES67也是最近的 SMPTE ST 2110-30標準的基礎，這意味著在流傳輸面上大多數流行解決方案之間的兼容性基本上得到了保證。

即便如此，在SMPTE ST 2110-30標準中，定義了三個級別的一致性——其中只有一些目前得到了廠商的支持。強制性的A級提供了對有1到8個音頻通道、包時間為1ms的48 kHz流的支持。B級增加對125μs包時間的。C級將每個流允許的最大音頻通道數量增加到64個。后者意味著MADI（依然很受歡迎）可能照樣通過音頻網絡傳輸。

廣播公司在考慮其IP轉換時經常沒有注意的是許多IP音頻系統目前只能處理基本的A級。在支持的音頻網絡碼流總數以及可供使用的通道數和碼流數組合方面，他們還可能有限制。因此，雖然制造商可以宣稱真正支持SMPTE ST 2110-30，但在選擇音頻設備時，應該仔細考慮其合規的有限范圍，因為它們可能會限制整個工作流程的靈活性。

定時

作為實現AES67兼容性的一部分，精確時間協議（PTP）版本2或IEEE 1588-2008，現在可以由不同的制造商用于網絡定時。這也適合強制要求使用PTP v2的SMPTE ST 2110-10標準。SMPTE還發頒布了ST-2059標準，該標準將AES67的媒體時鐘概念擴大到任何類型的周期性媒體時鐘，包括視頻和時間碼。

控制面

常見的制作環境具有比視頻多得多的音頻源和更多的目的地。例如，一個大型體育節目制作可能會有數千個音頻通道通過網絡傳輸。因此，雖然音頻對IP網絡帶寬的要求可能不一定比視頻高，但它肯定會在控制和調度方面帶來挑戰。

音頻工程師希望能夠“即插即用”設備，不用擔心協議和標準就能連接源和目的地。另一方面，在廣播設施中，為了信號的完整性，也為了安全和訪問控制，必須集中控制演播室間的路由。

一些專有方式的明顯優點是它們包括一個全面的控制面，而像AES67或SMPTE ST-2110這樣的標準并沒有定義應該如何控制碼流。

專有方式

雖然專有控制面本身是有效的，但它們彼此并不兼容。更重要的是，它們是為本地演播室環境（局域網）設計的，因此不適合無縫的分布式制作環境，例如大的園區或園區之間或遠程制作（廣域網上）。

此外，這些控制面依賴于默認情況下可用于網絡中任何設備的音頻，這意味著不要求明確的碼流路由。這可能是一個安全問題，特別是在分布式、多部門或多機構環境中。

另外，當網絡的規模和復雜性增加時，這種方式背后的基本假設（即不需要有控制的帶寬管理）可能存在缺陷。

MADI轉接線

克服控制面互操作性問題，解決安全和穩定性問題的一種方法是使用MADI基帶轉接線，連接不同的IP音頻“島”。但是，這增加了園區內音頻路由管理的復雜性，降低了靈活性和敏捷性。本質上，這種方法在很大程度上違背了最初使用融合媒體網的目的和約定。

NMOS

由高級媒體工作流程協會（AMWA）制定的網絡媒體開放規范（NMOS）提供了一種解決音頻端點控制的方法，這種方法可以提供分布式制作的真正前途。雖然該標準在音頻設備制造商中的采用程度落后于視頻設備廠商，但它正在行業中獲得越來越多的動力。

SDN

于此同時，在IP網絡中控制音頻流最有前途的方法是使用軟件定義網絡（SDN）。這不僅為連接不同的源和目的地提供了一種簡單的方法，而且通過管理帶寬和只允許授權的目的地訪問特定的音頻網絡流，還增加了一層可預測性、性能保證和安全性。

保護

隨著制作從局域網環境過渡到廣域網，IP音頻網絡與視頻網絡融合，音頻信號保護成為一個問題。SMPTE ST 2022-7雙路保護標準現在已經擴展到視頻以外，覆蓋任何RTP媒體流，并提供了一種很好的方式來確保音頻信號的可靠性。在各方需要交換聲音信號（例如在不同的組織之間，或就在在轉播車和現場聲音系統之間）的場合，仍然可能存在兼容性和網絡尋址問題。廣播公司可以通過IP媒體邊緣設備和/或SDN控制哪些流可以跨界，以及如何跨界解決這些問題，這是一種比使用MADI轉接線來建立橋梁更好的方法。

音頻的下一步

向IP音頻轉換將使廣播公司更容易跟上最新的發展。例如，沉浸式音頻制作通常需要多達127個專用音頻對象通道，外加一個包含多達22+2個音頻通道的基本環繞信號。傳統上，MADI被用于制作階段接口這么多的通道，但IP網絡音頻具有更高的容量，可以在一根線纜中容納所有這些通道。IP音頻在路由方面也更靈活，當需要比點對點鏈路更復雜的拓撲時，不需要昂貴的專用MADI路由器。使用IP音頻意味著對專用或定制硬件的需求更少，從而支持虛擬化和靈活的工作流程。隨著采用沉浸式音頻等新趨勢的能力不斷增強，廣播公司將能夠為觀眾提供增強的觀看體驗。B&P