高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

【摘要】 隨著社會科技水平的不斷提高，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，隨著“三網(wǎng)融合”這一全新概念的推出，信息傳播途徑越來越多元化、立體化。廣播的收聽方式不能再局限于傳統(tǒng)的收音機收聽模式，必須順應(yīng)時代的潮流，充分利用一切可以利用的信息傳輸載體，不斷推出更便捷的收聽方式，讓廣播的聲音遍布生活的每一個角落。

【關(guān)鍵詞】 廣播 VPN虛擬網(wǎng)絡(luò) IP網(wǎng)絡(luò)傳輸

一. 引言

隨著當今社會的發(fā)展及生活水平的提高，隨著信息化建設(shè)進程越來越深入，隨著“三網(wǎng)融合”這一全新概念的推出，信息傳播途徑越來越多樣化、立體化。傳統(tǒng)的收聽廣播的模式，就是通過接收設(shè)備接收調(diào)頻、中波等信號，然后將電信號轉(zhuǎn)化成聲音信號。這樣的收聽方式，存在著極大的局限性。隨著科技的發(fā)展，不僅收音機的體積越來越小，便于攜帶，網(wǎng)絡(luò)也越來越多的進入現(xiàn)代企業(yè)工作和管理的方方面面，傳統(tǒng)的模擬廣播系統(tǒng)在應(yīng)用模式，配套功能等方面都趨于落后和淘汰，遠遠不能達到現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的需求。數(shù)字廣播逐漸取代了原來的模擬廣播系統(tǒng)，現(xiàn)在我們不僅可以通過收音機收聽廣播節(jié)目，還可以通過網(wǎng)絡(luò)在線收聽、通過手機收聽、甚至通過家庭數(shù)字機頂盒收聽，廣播節(jié)目的音頻質(zhì)量也得到了長足的進步。但是，無論你用何種方式收聽廣播節(jié)目，聽到的內(nèi)容都是統(tǒng)一的，并無法針對某一個特殊的群體的需求對于廣播節(jié)目進行相應(yīng)的改變。因此，這種交流方式的局限性就更加顯現(xiàn)出來了。我們不禁產(chǎn)生了這樣的思考：隨著數(shù)字電視機頂盒的誕生，我們可以根據(jù)我們的需求進行節(jié)目的點播。那么在廣播方面，我們是否也能實現(xiàn)類似的點播功能，或者實現(xiàn)針對某一個群體的需求播放相對應(yīng)的廣播節(jié)目呢。為了提供給公眾更豐富的廣播節(jié)目，我們決定搭建一套能夠雙向互動實現(xiàn)節(jié)目交流的音視頻傳輸系統(tǒng)。通過這套系統(tǒng)，我們不但能夠增加廣播節(jié)目的多樣化，實現(xiàn)和聽眾的互動，還能夠擴展廣播的收聽群體，提高廣播節(jié)目的收聽率。廈門旅游廣播和廈門公交公司的合作，恰好為我們提供了一個很好的機會，我們決定將廈門旅游廣播的節(jié)目，以及為廈門公交公司制作的一些特別節(jié)目，通過這套系統(tǒng)傳到廈門公交公司BRT沿線。讓乘坐廈門BRT公交的乘客，在欣賞美麗的廈門風(fēng)景的同時，一樣能夠聽到不一樣的旅游廣播的精彩內(nèi)容。

二. 相關(guān)技術(shù)簡介

1. IP網(wǎng)絡(luò)廣播

IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)是一套基于IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的純數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)。區(qū)別于傳統(tǒng)的模擬音頻廣播，IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)在物理結(jié)構(gòu)上與IP網(wǎng)絡(luò)完全融合，不僅真正實現(xiàn)基于IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化音頻的廣播、直播、點播，并借助IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，突破了傳統(tǒng)模擬廣播系統(tǒng)的內(nèi)容局限、空間局限和功能局限。IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)不僅能夠完全取代傳統(tǒng)的模擬音頻廣播系統(tǒng)，更為音頻廣播的應(yīng)用提供了更廣闊的空間。IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)存在著多方面優(yōu)勢：

·系統(tǒng)直接嵌入IP網(wǎng)絡(luò)，無需重復(fù)大量布線

·可以實現(xiàn)多任務(wù)預(yù)設(shè)管理模式，實現(xiàn)全天候無人值守

·支持跨網(wǎng)關(guān)遠程傳輸和集中控制

·嵌入式結(jié)構(gòu)的硬件終端，穩(wěn)定可靠

·服務(wù)器端可視化管理界面，滿足統(tǒng)一管理的需求

·可以隨時監(jiān)測到每個終端工作狀態(tài)，維護上非常便捷

在傳播內(nèi)容方面，模擬音頻廣播系統(tǒng)只能使用和傳送由卡座、CD機、麥克風(fēng)等設(shè)備輸出的模擬信號，對于大量的、以數(shù)字格式存儲于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和各種載體上的音頻資源無法直接應(yīng)用。IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)支持各種模擬音源的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，同時作為數(shù)字化的音頻廣播系統(tǒng)，直接應(yīng)用數(shù)字格式的音頻資源。當今社會正是以數(shù)字化的方向快速發(fā)展，越來越多的媒體資源以數(shù)字格式存在，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)是必然的發(fā)展方向。

在應(yīng)用空間方面，模擬音頻廣播系統(tǒng)從節(jié)目源到發(fā)聲單元，都需要專用的音頻線路連接，受功率和線路的限制，傳送距離、發(fā)聲單元數(shù)量都受到很大局限，難以擴展。IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)融合于IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，無需另行布線，嵌入式的硬件終端設(shè)置獨立IP地址，可跨網(wǎng)關(guān)連接，使發(fā)聲單元的使用空間隨著IP網(wǎng)絡(luò)的延伸而無限拓展。

在系統(tǒng)功能方面，模擬音頻廣播系統(tǒng)的運行平臺是一套硬件設(shè)備，決定了系統(tǒng)的應(yīng)用功能和管理功能都是固化的、有限的，諸如點播、任意點對點、任意/無限分區(qū)、多任務(wù)預(yù)設(shè)等功能，模擬音頻廣播系統(tǒng)是無法實現(xiàn)的。IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)的運行平臺是系統(tǒng)軟件，通過控制網(wǎng)絡(luò)上的音頻流信號，輕松實現(xiàn)任意路徑、同時間多任務(wù)的傳送，因此應(yīng)用功能和管理功能是開放的、靈活的，隨時按需要進行設(shè)置，真正滿足實際應(yīng)用，并能不斷擴展。

IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)在各個方面均具有明顯優(yōu)勢，勢必取代模擬音頻廣播系統(tǒng)，在學(xué)校、機關(guān)、企業(yè)、工廠和公共場所等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

2. VPN網(wǎng)關(guān)

虛擬專用網(wǎng)（VPN）被定義為通過一個公用網(wǎng)絡(luò)建立一個臨時的、安全的連接，是一條穿過混亂的公用網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定的隧道。虛擬專用網(wǎng)可以幫助遠程用戶、公司分支機構(gòu)、商業(yè)伙伴及供應(yīng)商同公司的內(nèi)部網(wǎng)建立可信的安全連接，并保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。通過將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)移到低成本的網(wǎng)絡(luò)上，一個企業(yè)的虛擬專用網(wǎng)解決方案將大幅度地減少用戶花費在城域網(wǎng)和遠程網(wǎng)絡(luò)連接上的費用。同時，這將簡化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和管理，加速連接新的用戶和網(wǎng)站。另外，虛擬專用網(wǎng)還可以保護現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)投資。隨著用戶的商業(yè)服務(wù)不斷發(fā)展，企業(yè)的虛擬專用網(wǎng)解決方案可以使用戶將精力集中到自己的生意上，而不是網(wǎng)絡(luò)上。虛擬專用網(wǎng)可用于不斷增長的移動用戶的全球因特網(wǎng)接入，以實現(xiàn)安全連接；可用于實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)站之間安全通信的虛擬專用線路，用于經(jīng)濟有效地連接到商業(yè)伙伴和用戶的安全外聯(lián)網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)。

虛擬專用網(wǎng)（VPN）系統(tǒng)的實質(zhì)就是使不同地方的專用網(wǎng)絡(luò)之間的通信能夠安全的以公共網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進行傳遞，它采用復(fù)雜的算法（IPSec VPN）來加密傳輸?shù)男畔?，使得保密的?shù)據(jù)能夠安全的傳輸。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中，可以利用VPN定義的結(jié)構(gòu)體系中不同的加密算法，進行數(shù)據(jù)加密。工作原理是：

第一、要保護主機發(fā)送的信息能夠安全連接到公共網(wǎng)絡(luò)的VPN設(shè)備

第二、根據(jù)網(wǎng)管設(shè)定的規(guī)則，VPN設(shè)備確定數(shù)據(jù)是否需要加密

第三、對需要加密的數(shù)據(jù)，VPN設(shè)備通過加密計算，對整個數(shù)據(jù)包進行加密并附上特征碼，其中包括目標VPN設(shè)備需要的安全信息和一些初始化參數(shù)；

第四、VPN設(shè)備將加密后的數(shù)據(jù)、鑒別包、源IP地址以及目標VPN設(shè)備IP地址等重新封裝，然后將封裝后的數(shù)據(jù)包通過虛擬通道在公網(wǎng)上傳輸。當數(shù)據(jù)包傳送到目標VPN設(shè)備時，將數(shù)據(jù)包解封裝，特征碼被核對無誤后，數(shù)據(jù)包被解密。

使用隧道模式的安全網(wǎng)關(guān)組成了虛擬專用網(wǎng)VPN，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

VPN隧道有一種比較實用的方法，就是把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如IP、IPX和AppleTalk等等）封裝在PPP里面，在公眾網(wǎng)絡(luò)上建立一條秘密通道，然后再把整個數(shù)據(jù)封裝到隧道協(xié)議里。這是典型的IP方式。有關(guān)隧道技術(shù)中有很多種協(xié)議，如GRE、IPSec、L2TP、PP1、L2F等。它們統(tǒng)一的標準就是如何解決封裝數(shù)據(jù)包，并在傳輸過程中保證數(shù)據(jù)包的安全。

三. 搭建VPN虛擬局域網(wǎng)

如今的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上充斥著大量的木馬、病毒、以及大量的攻擊代碼，普通的家用計算機都會安裝有效的防病毒軟件。為了確保這套系統(tǒng)在進行音頻傳輸過程中的網(wǎng)絡(luò)不受侵擾，我們也必須在系統(tǒng)內(nèi)配備一套可靠的防火墻來阻隔這些不必要的攻擊。最終我們決定采用搭建VPN虛擬網(wǎng)絡(luò)的方式。由于是采用Internet線路傳輸，為了保證安全，各個傳輸節(jié)點與我集團中心節(jié)點都使用專用的網(wǎng)絡(luò)（ADSL、專線等），然后通過VPN傳輸設(shè)備進行連接成為一個虛擬局域網(wǎng)，整個系統(tǒng)的架構(gòu)框圖如圖2：

VPN標準分為三類：IPSec VPN、SSL VPN 、Socks5 VPN。我們選用的這套VPN傳輸設(shè)備屬于SSL VPN。這套VPN虛擬網(wǎng)絡(luò)有以下五個優(yōu)勢：

·這套系統(tǒng)無論是服務(wù)器端或者是各地的接收終端，都架設(shè)在獨立的專用線路上，并無其他設(shè)備占用網(wǎng)絡(luò)資源，因此在進行網(wǎng)絡(luò)通訊的過程中很大程度上避免了因為網(wǎng)絡(luò)資源被占用而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)阻塞問題。

·目前VPN主要采用四項技術(shù)來保證數(shù)據(jù)通信安全，這四項技術(shù)分別是隧道技術(shù)（Tunneling）、加解密技術(shù)（Encryption Decryption）、密鑰管理技術(shù)（Key Management）、身份認證技術(shù)（Authentication）。在用戶身份驗證安全技術(shù)方面，VPN是通過使用點到點協(xié)議（PPP）用戶級身份驗證的方法來進行驗證，這些驗證方法包括：密碼身份驗證協(xié)議 （PAP）、質(zhì)詢握手身份驗證協(xié)議 （CHAP）、Shiva 密碼身份驗證協(xié)議 （SPAP）、Microsoft 質(zhì)詢握手身份驗證協(xié)議 （MS-CHAP） 和可選的可擴展身份驗證協(xié)議 （EAP）。在數(shù)據(jù)加密和密鑰管理方面VPN采用微軟的點對點加密算法（MPPE）和網(wǎng)際協(xié)議安全（IPSec）機制對數(shù)據(jù)進行加密，并采用公、私密鑰對的方法對密鑰進行管理。MPPE使 Windows 95、98和 NT 4.0終端可以從全球任何地方進行安全的通信。MPPE加密確保了數(shù)據(jù)的安全傳輸，并具有最小的公共密鑰開銷。以上的身份驗證和加密手段由遠程VPN服務(wù)器強制執(zhí)行。對于采用撥號方式建立VPN連接的情況下，VPN連接可以實現(xiàn)雙重數(shù)據(jù)加密，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸更安全。

·SSL VPN其實主要集中在VPN客戶端的部署和管理上， SSL VPN無需安裝客戶端，主要是由于瀏覽器內(nèi)嵌了SSL協(xié)議，也就是說是基于B/S結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)時，可以直接使用瀏覽器完成SSL的VPN建立。

·因為VPN是加密的，VPN數(shù)據(jù)包在因特網(wǎng)中傳輸時，因特網(wǎng)上的用戶只看到公用的IP地址，看不到數(shù)據(jù)包內(nèi)包含的專有網(wǎng)絡(luò)地址，因此遠程專用網(wǎng)絡(luò)上指定的地址是受到保護的。IP地址的不安全性也是在早期的VPN沒有被充分重視的根本原因之一。

·許多專用網(wǎng)對許多新興應(yīng)用準備不足，如那些要求高帶寬的多媒體和協(xié)作交互式應(yīng)用，而這又恰恰是我們的必須要滿足的條件之一。VPN則可以支持各種高級的應(yīng)用，如IP語音，IP傳真，還有各種協(xié)議，如RSIP、IPv6、MPLS、SNMPv3等，而且隨著網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的發(fā)展，新型的VPN技術(shù)可以支持諸如ADSL、Cable Modem之類的寬帶技術(shù)。

互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是一個既方便快捷又充滿了未知危險的地方。我們通過使用VPN設(shè)備，架設(shè)了一個虛擬的局域網(wǎng)絡(luò)，完全隔斷了虛擬局域網(wǎng)外部信號的進入，從而保證在傳輸音頻信號的過程中不受任何外部干擾，確保了音頻傳輸?shù)陌踩浴?/p>

四. 搭建IP網(wǎng)絡(luò)廣播的音頻傳輸平臺

廣播節(jié)目對音頻的質(zhì)量是有很高的要求的，音頻編碼解碼設(shè)備的音頻指標要滿足廣播播出要求、音頻編碼解碼設(shè)備必須可靠并且穩(wěn)定，同時還必須滿足使用種功能方面的需要。我們對多家廠家的軟硬件設(shè)備進行了全面的測試，最終選定的這一套IP網(wǎng)絡(luò)廣播傳輸系統(tǒng)可以實現(xiàn)音頻信號的實時傳輸，定時文件滾動播出，制定音頻點播播出等，音頻質(zhì)量方面也達到了廣播音頻質(zhì)量的標準。一切的操作均由服務(wù)端控制軟件完成，只要在任何一臺電腦上安裝了服務(wù)器控制軟件并設(shè)置好服務(wù)器IP地址，使用不同權(quán)限的賬號登陸后就能對權(quán)限范圍內(nèi)的功能進行管理和設(shè)置，而硬件終端只需要接通電源，就能收到高質(zhì)量的廣播音頻信號，硬件終端帶有音頻輸入和輸出接口，因此不僅可以接收服務(wù)器端制定的音頻信號，還可以將音頻信號回傳給服務(wù)器。

整套IP網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：

·服務(wù)器軟件

系統(tǒng)服務(wù)器軟件是IP網(wǎng)絡(luò)音頻廣播系統(tǒng)的核心，完成終端管理、課件管理、權(quán)限管理等管理功能，為各采播工作站及領(lǐng)導(dǎo)工作站、分工作站提供數(shù)據(jù)接口服務(wù)，為各語音終端提供定時播放和實時點播媒體服務(wù)，響應(yīng)各播控鍵盤的播放請求。音頻課件以及節(jié)目菜單經(jīng)過整理編排后，可以通過網(wǎng)絡(luò)上傳至系統(tǒng)服務(wù)器，管理員和工作人員可以通過系統(tǒng)管理軟件登錄進行修改。

·系統(tǒng)管理軟件

系統(tǒng)管理軟件主要執(zhí)行對媒體資源、定時任務(wù)、用戶權(quán)限、終端以及直播、文件廣播、電源控制、電話廣播等的統(tǒng)一管理和操作，對各類媒體資源進行預(yù)覽、審批。

·采播工作站

采播工作站，作為音源工作站，完成節(jié)目編排、播出的功能。采播工作站可以對網(wǎng)絡(luò)語音終端實時播放。

·網(wǎng)絡(luò)音頻終端

網(wǎng)絡(luò)音頻終端，完成網(wǎng)絡(luò)音頻流的同步接收及音頻解壓?；诟咝阅芮度胧接嬎銠C的網(wǎng)絡(luò)語音終端，能夠處理高速網(wǎng)絡(luò)信號。采用硬件音頻解碼，具有自動糾錯功能。高保真音效平衡，保證解碼還原的音頻信號具有CD質(zhì)量，與電腦輸出的數(shù)碼音樂具有完全相同的效果。

五. 系統(tǒng)音頻傳輸現(xiàn)狀與管理

目前該套音頻傳輸系統(tǒng)主要應(yīng)用在傳送旅游廣播提供給BRT的直播節(jié)目音頻信號，同時還提供點播服務(wù)。廈門工交公司BRT系統(tǒng)搭建了自己的音頻、視頻、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，這套網(wǎng)絡(luò)不與互聯(lián)網(wǎng)連接，是一套獨立的網(wǎng)絡(luò)。因此，我們的這套IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，僅通過終端對其提供高質(zhì)量的音頻傳輸服務(wù)，這樣的操作并不會將互聯(lián)網(wǎng)上的危害帶入到他們的獨立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去。

為了實現(xiàn)多種不同的音頻信號同時輸入，以便于將來對整套系統(tǒng)進行擴展，在網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)服務(wù)器端我們安裝了RME HDSPE_AES專業(yè)多通道數(shù)字聲卡來實現(xiàn)多路音頻輸入采集，該聲卡可以同時提供4路數(shù)字立體聲音頻信號輸入。在終端管理上，我們可以通過IP網(wǎng)絡(luò)廣播控制軟件實現(xiàn)對終端接收的音量、信號源、接受時間段等的管理，并可以隨時查看各個終端目前連接狀態(tài)，給管理帶來了方便。

六. 小結(jié)

這套架構(gòu)在VPN網(wǎng)絡(luò)上的音頻傳輸系統(tǒng)，經(jīng)過前期調(diào)研、招標、測試、安裝，已經(jīng)初步搭建完成，目前已投入使用。現(xiàn)如今在廈門的BRT沿線公交車上就能夠清晰地收聽到旅游廣播的特別節(jié)目了。整套系統(tǒng)軟硬件設(shè)備工作正常，信號發(fā)送接收正常，各項指標達到要求。這套IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的搭建，將在保證節(jié)目質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大大增加節(jié)目的多樣化，從而使旅游廣播這個創(chuàng)辦不到2年的年輕的廣播頻道獲得更多人的喜愛，促進廈門廣播事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。同時，這套系統(tǒng)有著極大的可擴展性。隨著各個廣播頻道合作單位的不斷增加，今后不僅僅是旅游廣播，我們可以通過這套越來越完善的系統(tǒng)將廈門廣播的5個頻道的節(jié)目深入推廣到廈門、全省、全國乃至全世界的每一個角落中去，讓廈門廣播更好的服務(wù)于群眾，讓群眾更喜愛廈門廣播的節(jié)目，讓廈門廣播走的更遠。不僅如此，我們還計劃將這套系統(tǒng)應(yīng)用到媒體資源傳輸?shù)念I(lǐng)域中去，并針對視頻傳輸方面對該系統(tǒng)進行升級，最終做到音頻視頻的同步傳輸，從而實現(xiàn)廣泛的節(jié)目共享、資源共享。相信在不斷的完善過程中，這套系統(tǒng)將在發(fā)揮越來越重要的功能，搭建起節(jié)目交流的堅實橋梁。