IP音頻：如何在基于IP的環(huán)境中克服其復(fù)雜性

奧利弗·胥阿爾

近年來，在向IP廣播制作轉(zhuǎn)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(guān)注視頻傳輸。然而，音頻也存在挑戰(zhàn)。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(biāo)準(zhǔn)。

基于以太網(wǎng)的專業(yè)音頻在世紀(jì)之交之前就已經(jīng)出現(xiàn)了，廣播電臺是標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的早期采用者。多年來，出現(xiàn)了幾種相互競爭的IP音頻專有方式和標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)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(zhuǎn)向IP設(shè)施，確保音頻兼容性的問題變得至關(guān)重要。

廣播公司在向IP轉(zhuǎn)換的過程中，要克服音頻帶來的復(fù)雜性，必須考慮以下幾個關(guān)鍵問題：

流傳輸面

流傳輸面是指音頻在網(wǎng)絡(luò)上的基本傳輸。在這方面，AES67已成為關(guān)鍵。AES67標(biāo)準(zhǔn)于2013年首次頒布，已被大多數(shù)制造商采用和集成，包括基于專有方法的產(chǎn)品供應(yīng)商。至關(guān)重要的是，AES67也是最近的 SMPTE ST 2110-30標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，這意味著在流傳輸面上大多數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(shù)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(wǎng)絡(luò)傳輸。

廣播公司在考慮其IP轉(zhuǎn)換時經(jīng)常沒有注意的是許多IP音頻系統(tǒng)目前只能處理基本的A級。在支持的音頻網(wǎng)絡(luò)碼流總數(shù)以及可供使用的通道數(shù)和碼流數(shù)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(shè)備時，應(yīng)該仔細(xì)考慮其合規(guī)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(xiàn)AES67兼容性的一部分，精確時間協(xié)議（PTP）版本2或IEEE 1588-2008，現(xiàn)在可以由不同的制造商用于網(wǎng)絡(luò)定時。這也適合強(qiáng)制要求使用PTP v2的SMPTE ST 2110-10標(biāo)準(zhǔn)。SMPTE還發(fā)頒布了ST-2059標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將AES67的媒體時鐘概念擴(kuò)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(huán)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(jié)目制作可能會有數(shù)千個音頻通道通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。因此，雖然音頻對IP網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求可能不一定比視頻高，但它肯定會在控制和調(diào)度方面帶來挑戰(zhàn)。

音頻工程師希望能夠“即插即用”設(shè)備，不用擔(dān)心協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)就能連接源和目的地。另一方面，在廣播設(shè)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(yōu)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(biāo)準(zhǔn)并沒有定義應(yīng)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(huán)境（局域網(wǎng)）設(shè)計的，因此不適合無縫的分布式制作環(huán)境，例如大的園區(qū)或園區(qū)之間或遠(yuǎn)程制作（廣域網(wǎng)上）。

此外，這些控制面依賴于默認(rèn)情況下可用于網(wǎng)絡(luò)中任何設(shè)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(jī)構(gòu)環(huán)境中。

另外，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜性增加時，這種方式背后的基本假設(shè)（即不需要有控制的帶寬管理）可能存在缺陷。

MADI轉(zhuǎn)接線

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

NMOS

由高級媒體工作流程協(xié)會（AMWA）制定的網(wǎng)絡(luò)媒體開放規(guī)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(biāo)準(zhǔn)在音頻設(shè)備制造商中的采用程度落后于視頻設(shè)備廠商，但它正在行業(yè)中獲得越來越多的動力。

SDN

于此同時，在IP網(wǎng)絡(luò)中控制音頻流最有前途的方法是使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（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(quán)的目的地訪問特定的音頻網(wǎng)絡(luò)流，還增加了一層可預(yù)測性、性能保證和安全性。

保護(hù)

隨著制作從局域網(wǎng)環(huán)境過渡到廣域網(wǎng)，IP音頻網(wǎng)絡(luò)與視頻網(wǎng)絡(luò)融合，音頻信號保護(hù)成為一個問題。SMPTE ST 2022-7雙路保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)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(zhuǎn)播車和現(xiàn)場聲音系統(tǒng)之間）的場合，仍然可能存在兼容性和網(wǎng)絡(luò)尋址問題。廣播公司可以通過IP媒體邊緣設(shè)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(zhuǎn)接線來建立橋梁更好的方法。

音頻的下一步

向IP音頻轉(zhuǎn)換將使廣播公司更容易跟上最新的發(fā)展。例如，沉浸式音頻制作通常需要多達(dá)127個專用音頻對象通道，外加一個包含多達(dá)22+2個音頻通道的基本環(huán)繞信號。傳統(tǒng)上，MADI被用于制作階段接口這么多的通道，但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)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(dāng)需要比點對點鏈路更復(fù)雜的拓?fù)鋾r，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(qiáng)，廣播公司將能夠為觀眾提供增強(qiáng)的觀看體驗。B&P