AoIP技術的發展及其在廣電領域的應用

□鹿 猛

一、AoIP技術的發展

最基本的音頻傳輸技術主要采用模擬信號，隨著技術的發展，在長距離音頻傳輸中，其易受干擾，易產生噪聲；復雜系統布線難度大、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字音頻傳輸的方式發展，相比于模擬傳輸的方式，數字音頻的干擾更少，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字音頻的音質方面的差異，數字化音頻技術傳輸方式更先進。

計算機技術的飛速發展，帶動了數字音頻技術在2000年后取得了快速發展。同時伴隨著網絡技術的發展，出現了在以太網內以IP網絡化方式傳輸音頻的技術，即AoIP技術。AoIP即Audio over IP的縮寫，其布線簡潔，使用一條線纜傳輸數個通路的信號，能夠實現遠距離傳輸、數據備份、自動冗余等。其采用網絡化傳輸的方式，更加靈活、兼容性強，同時在傳輸多路高質量無損音頻基礎上，能夠做到很低的延時。在遠距離傳輸時，AoIP可以做到20ms以內的延時。

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

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

其基于OSI網絡二層協議，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。在當時的音頻專業領域得到了廣泛的發展和應用。

隨著網絡帶寬的進一步發展及AoIP新技術的出現，各種協議如Dante、Livewire、Ravenna、Q-LAN等大量出現。以目前應用最多的Dante協議為例，其是一個集硬件、軟件和通信協議為一體的協議集。它繼承了CobraNet與EtherSound所有的優點，基于OSI三層網絡協議，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網絡上運行的現代化高性能數字媒體傳輸系統。

2013年國際音頻工程協會（AES）制定并頒布了AES67標準，同時互聯網帶寬技術也進入了千兆網（1Gbps）普及的時代，這些技術及標準極大地推動了AoIP技術發展。AES67作為一個公開的、統一的、兼容的開放協議，它定義了開放的、通用的網絡音頻交互格式。其包含音頻傳輸的最基本內容，各個廠家可以根據這個基礎，封裝各自需要的東西。不同廠家的協議只要兼容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標準規范,旨在支持來自不同廠商的AoIP設備組建統一的媒體控制網絡。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，用于對系統進行統一的連接管理、控制和監測。其與AoIP協議配合使用，是AES67協議的補充。至此，兩個協議一起基本上完成了AoIP在網絡中的所有技術細節。

AES60標準和AES70標準是AoIP技術發展道路上的重要里程碑。作為與協議無關的標準，開放的、兼容的架構能夠讓制造商和用戶實現不同設備和系統的搭建和操作，能夠創造出創新和諧的AoIP混合系統。

二、AoIP技術在廣電領域的應用

1.AoIP技術在廣播播控系統中的應用

傳統廣播音頻播控系統歷經從模擬化向數字化變更，未來由數字化遞進為IP網絡化是其技術變革的趨勢之一。廣播播控系統在傳統音頻技術的基礎上，有效融入AoIP技術，可以構建更加簡潔化、清晰化的系統，同時實現多元化的數據采集、數據交換、數據監測等功能。

①數據的采集與監測。通過AoIP技術，將各種音頻信號統一轉化為IP數據流信號，在連接層、協議層和音頻層進行全面的實時分析及監測，再將相應節點采集及分析到的各類監測數據，通過系統中的各類控制軟件，可以實現各種應用：將電平、相位、頻譜信息通過監看軟件以圖形等的形式作直觀的呈現；將采集到的音頻信號通過監聽軟件實施監聽；通過報警軟件實現信號過載、反相、靜音等各項報警；通過流程圖實現故障點排查定位及預案提示等。利用AoIP技術搭建的播控系統，可以實現對整個播控網絡關鍵節點的全方位監測，縮短了播出事故發現周期，提高了排障的效率，整體系統安全性大大增強。

②數據的交換與調度。AoIP網絡數據流有單播、多播、廣播、組播等多種傳輸方式。相關設備通過交換機組網后，任意音頻節點都可以與網內的其他節點完成數據傳輸、通信與交互，通過設置路由和切換軟件可以輕松地實現音頻的矩陣化調度，同時信號傳輸無延時、質量好，即使軟件關閉及網絡故障都不會影響已建立的音頻傳輸路由；可以實現對實體矩陣的冗余備份。

2.AoIP技術在演播室、轉播車等系統中的應用

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

三、結語

當下IP網絡技術、5G通信技術正在飛速發展，AoIP技術也必然會伴隨這股浪潮，以比現在更快的速度發展與進步。未來其一定會為專業音頻領域系統的構造與搭建提供更加完善的技術指向與方案，帶來更大的變革與創新。