基于Livewire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的廣播AoIP 系統(tǒng)建設(shè)

安 明

（作者單位：北京北方安恒利數(shù)碼技術(shù)有限公司）

1 AoIP 系統(tǒng)的基礎(chǔ)規(guī)劃——Livewire+協(xié)議

Livewire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由TELOS 集團(tuán)的Axia Audio公司開發(fā)，是世界上第一套基于通用以太網(wǎng)的廣播電臺數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。Livewire 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議于2003 年在NAB（美國廣播電視展）上首發(fā)，經(jīng)過多年的發(fā)展推廣，Livewire 音頻傳輸網(wǎng)絡(luò)已成為一個綜合性、全功能的廣播音頻網(wǎng)絡(luò)。除音頻外，Livewire 網(wǎng)絡(luò)中還傳輸網(wǎng)絡(luò)同步信號、控制信號、狀態(tài)監(jiān)測信號等。整個Livewire音頻傳輸網(wǎng)絡(luò)可容納32 767 路音頻和控制信號通路，同時還可進(jìn)行傳輸調(diào)度，其最大優(yōu)勢是整個廣播鏈路上具有豐富的產(chǎn)品支持，各類調(diào)音臺、IO 音頻接口、音頻處理器等核心設(shè)備配合豐富的控制監(jiān)測設(shè)備，可滿足廣播音頻系統(tǒng)中的各種復(fù)雜應(yīng)用需求[1]。

在AES67 標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣過程中，Livewire 演化為Livewire+，成為最早完全符合AES67 標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議之一。對現(xiàn)有的其他AoIP 協(xié)議，如原生AES67、SMPTE 2110-30、RAVENNA、DANTE 等，Livewire+都可以做到良好兼容，可進(jìn)行雙向的互聯(lián)和信號資源交互共享，這為AoIP 系統(tǒng)的建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)[2]。

在基于Livewire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是非常重要的設(shè)備，它既具有基帶與IP 之間音頻傳輸和格式轉(zhuǎn)換的功能，也具有網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（Precision Time Protocol, PTP）同步、通用輸入輸出端口（General Purpose Input/Output, GPIO）邏輯應(yīng)用和設(shè)備狀態(tài)信息交換的功能，同時網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還具有矩陣功能。

2 AoIP 系統(tǒng)的設(shè)計原則

在設(shè)計廣播AoIP 系統(tǒng)時，須遵循以下幾條基本原則：

（1）IP 流程和基帶流程相互獨(dú)立，故障因素互不影響；

（2）IP 通路和基帶通路都可滿足全系統(tǒng)運(yùn)行的所有必要功能需求；

（3）AoIP 流程從直播室到發(fā)射端全鏈路打通，力求優(yōu)化IP 化系統(tǒng)下的工作流程和工作內(nèi)容。

3 AoIP 系統(tǒng)之直播室規(guī)劃方案

本文所提規(guī)劃方案分別考慮過渡階段和具備全面更新條件的兩種情況：

3.1 直播室過渡階段的方案設(shè)計

目前，廣播電臺的直播室主要采用以基帶技術(shù)為基礎(chǔ)的調(diào)音臺，為與AoIP 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對接，在無法進(jìn)行全新系統(tǒng)建設(shè)的情況下，可考慮通過在直播室和總控機(jī)房內(nèi)增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)IP 化過渡，同時完成主備網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建。

在該方案中，可將網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)安裝在導(dǎo)播間，在不影響節(jié)目直播的前提下完成配置調(diào)試。直播室內(nèi)，由調(diào)音臺將至少2 路立體聲信號通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)送入AoIP 系統(tǒng)，從而使AoIP 系統(tǒng)能夠獲取延時前節(jié)目信號和延時后節(jié)目信號。同時，直播室也能通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)從AoIP 系統(tǒng)中獲取至少2 路立體聲的接口，以實(shí)現(xiàn)IP 矩陣返送直播室的信號調(diào)度。

如果用戶計劃提高AoIP 系統(tǒng)的重要性級別，甚至取代基帶系統(tǒng)作為播控主通路時，則可以隨時增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過連接到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)主、備通路分布式冗余架構(gòu)。另外，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)也可做其他應(yīng)用場景使用，如可視化系統(tǒng)中的IP 轉(zhuǎn)換、總控外來信號格式轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程IP 傳輸編解碼器等。

3.2 直播室具備全面更新條件時的方案設(shè)計

如果直播室具備全面更新條件，可考慮采用基于Livewire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的AoIP 調(diào)音臺，同時將熱線電話、延時器等核心設(shè)備更新為兼容Livewire+協(xié)議的模式，全面打通播出系統(tǒng)IP 通道。

3.2.1 調(diào)音臺

AoIP 調(diào)音臺采用Livewire+作為網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸協(xié)議，完全符合AES67 標(biāo)準(zhǔn)，也完全支持SMPTE 2110-30 協(xié)議。同時，還包含具有通用音頻接口的全I(xiàn)P 化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和多功能數(shù)字音頻處理器（Digital Signal Processing, DSP）處理核心，并具有專為直播設(shè)計的模塊式控制界面。

3.2.2 輸入信號

直播室內(nèi)可配置支持Livewire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的廣播延時器和熱線電話系統(tǒng)，可通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與調(diào)音臺互傳多路音頻信號；話筒、音頻工作站、播放機(jī)等傳統(tǒng)音源可通過基帶方式送至調(diào)音臺，由調(diào)音臺音頻接口轉(zhuǎn)換為IP 信號后與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行交互，其中的音頻工作站和播放機(jī)也可根據(jù)各自特點(diǎn)以網(wǎng)絡(luò)方式直接連接到交換機(jī)。另外，還需考慮總控以常規(guī)AES（Audio Engineering Society，音頻工程師協(xié)會的簡寫）數(shù)字基帶和AoIP 音頻網(wǎng)絡(luò)兩種方式同時返送多路信號給直播室。

3.2.3 輸出信號

調(diào)音臺通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以IP 方式和AES 數(shù)字基帶方式將PGM（PROGRAM，節(jié)目）信號送至總控，信號包括延時后節(jié)目信號、延時前節(jié)目信號、跨矩陣直通信號等；通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模擬輸出送給直播室和耳機(jī)分配放大器及導(dǎo)播間。直播室通過AoIP 音頻網(wǎng)絡(luò)可同時將多路PGM 信號傳至總控，同時也保留通過數(shù)字多芯纜傳輸?shù)腁ES 數(shù)字基帶信號[3]。

如上所述，直播室全面更新后具備了“基帶+IP”雙鏈路架構(gòu)，以并行方式將主備鏈路信號送給總控，確保直播系統(tǒng)的安全。

4 AoIP 系統(tǒng)之總控規(guī)劃方案

總控所采用的協(xié)議和信號格式需要與直播室內(nèi)保持一致，總控規(guī)劃方案中需對AES 數(shù)字基帶信號和Livewire+AoIP 信號流程進(jìn)行完善，使直播室同時將直播節(jié)目信號送至基帶矩陣和IP 網(wǎng)絡(luò)矩陣，再加上直通信號路徑，將3 個不同路由的PGM 信號送至智能切換器，以達(dá)到最佳PGM 節(jié)目源盡可能進(jìn)入主播出通路的目的。總控的規(guī)劃方案也分別考慮過渡階段和具備全面更新條件的兩種情況：

4.1 總控處于過渡階段的方案設(shè)計

該方案中，需盡量保持總控系統(tǒng)原有配置通路不變，可通過增加主、備核心交換機(jī)搭建AoIP 網(wǎng)絡(luò)。因AoIP 通路上總控內(nèi)的IP 設(shè)備數(shù)量較多，對于極重要的信號，如中國中央電視臺（China Central Television, CCTV）、中央人民廣播電臺（China National Radio, CNR）轉(zhuǎn)播信號可保持原有鏈接；對于一般通用信號，如開路、轉(zhuǎn)播、六響等外來信號及總控接收的備轉(zhuǎn)信號等，可配備網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，利用總控內(nèi)系統(tǒng)現(xiàn)有備路音頻或無源分配的方式送入AoIP 系統(tǒng)。考慮到媒體融合中廣播電臺信號與電視信號的交換，串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface,SDI）格式的應(yīng)用場景最好也能提前布局。在方案設(shè)計中，工作人員可以按總控各功能模塊單獨(dú)計算IP轉(zhuǎn)換需求，以便各功能模塊在物理設(shè)備和邏輯劃分上可以對應(yīng)清楚。

在總控系統(tǒng)內(nèi)，除增加交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和基帶/IP信號轉(zhuǎn)換外，為滿足AoIP 網(wǎng)絡(luò)的多格式兼容和擴(kuò)展性要求，也需考慮規(guī)劃配置PTP 同步發(fā)生器。對于單一Livewire+協(xié)議的AoIP 網(wǎng)絡(luò)并不需要單獨(dú)設(shè)置同步發(fā)生器，Livewire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會自動檢測并優(yōu)選最佳PTP同步作為整個網(wǎng)絡(luò)的同步參考。但考慮到ST2110、RAVENNA 等與出現(xiàn)在AoIP 系統(tǒng)內(nèi)的其他IP 信號格式的穩(wěn)定兼容，外置獨(dú)立的PTP 同步發(fā)生器就是系統(tǒng)的必要條件。

此外，各廣播電臺在規(guī)劃總控傳輸模塊時，需要考慮現(xiàn)存的幾種應(yīng)用方向：

（1）傳統(tǒng)FM/AM（調(diào)頻/調(diào)幅）發(fā)射臺PGM 信號發(fā)送；

（2）外部遠(yuǎn)程直播室節(jié)目制作互通；

（3）樓內(nèi)不同系統(tǒng)間音頻素材互通，如錄制信號交互，現(xiàn)在多有微波等發(fā)射手段；

（4）新媒體應(yīng)用，信號處理及推流。

將AoIP 的PGM 信號送往遠(yuǎn)端發(fā)射臺時（見圖1），考慮在上述發(fā)射端規(guī)劃配置主、備交換機(jī)，以及不同數(shù)量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)音頻接口，利用現(xiàn)有光纖通路將遠(yuǎn)端IP接口整合在總控的AoIP 系統(tǒng)中，進(jìn)而進(jìn)行信號調(diào)度、監(jiān)控。通過現(xiàn)有切換設(shè)備的空余AES 數(shù)字輸入接口，將IP 流的PGM 信號最終融合進(jìn)入現(xiàn)有播控通路。同時，利用同一路徑中反向IP 流由遠(yuǎn)端發(fā)射臺回傳總控AoIP網(wǎng)絡(luò)，將發(fā)射臺現(xiàn)有播控PGM 的實(shí)時信號回傳總控供監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行報警監(jiān)測使用[4]。

圖1 主控AoIP 網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)端發(fā)射端信號連接示意圖

綜上所述，總控處于過渡階段時，規(guī)劃設(shè)計應(yīng)不影響或修改現(xiàn)有的軟硬件，應(yīng)在基帶系統(tǒng)之外搭建起并行的AoIP 系統(tǒng)傳輸途徑。

4.2 總控具備全面更新條件時的方案設(shè)計

在該方案中，為確保系統(tǒng)的安全性和技術(shù)的先進(jìn)性，采用“AoIP+基帶”并行播出通路設(shè)計是較為穩(wěn)妥的思路，以同時具備IP 和基帶兩種架構(gòu)的音頻矩陣作為基帶矩陣核心，采用基于LiveWire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的IP 網(wǎng)絡(luò)矩陣與其并行。基帶音頻系統(tǒng)是全臺數(shù)字音頻、模擬音頻及部分AoIP 音頻信號交換中樞，承擔(dān)節(jié)目交換、傳輸、自我監(jiān)控等任務(wù)；IP 網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)是全臺AoIP 音頻信號的交換中心，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有AoIP 音頻都符合SMPTE2110 標(biāo)準(zhǔn)，也可以承擔(dān)信號調(diào)度、傳輸、監(jiān)控等功能，同時也兼顧智能監(jiān)測系統(tǒng)，可以對全臺信號和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)管。二者合并，組成由基帶音頻矩陣系統(tǒng)、AoIP 網(wǎng)絡(luò)矩陣、智能化監(jiān)聽監(jiān)測系統(tǒng)整合而成的完整總控系統(tǒng)。

在該規(guī)劃設(shè)計中，直播室分別通過AoIP 系統(tǒng)和基帶并行鏈路與總控之間進(jìn)行信號傳輸，分別將PGM 信號同時送給基帶矩陣和網(wǎng)絡(luò)矩陣，同時，基帶矩陣和網(wǎng)絡(luò)矩陣也把總控回傳信號返送給各直播室。

基帶矩陣同時具有基帶和IP 兩種架構(gòu)，對基帶音頻信號進(jìn)行路由、調(diào)度，AoIP 網(wǎng)絡(luò)矩陣以IP 方式同時可以調(diào)度信號路由，并管理、監(jiān)控、控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有基于AES67 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；借助智能化監(jiān)控軟件可對總控系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)的各類型信號進(jìn)行監(jiān)測與報警[5]。

總控本地的信號源包括工作站、補(bǔ)樂機(jī)、外場轉(zhuǎn)播、衛(wèi)星接收機(jī)、調(diào)諧頭收音等基帶信號，可通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成AoIP 信號，這樣基帶矩陣與網(wǎng)絡(luò)矩陣都可以獲取總控內(nèi)的基帶信號。電視總控信號以ST2110 IP 流方式送入廣播總控交換機(jī)，廣播系統(tǒng)中LiveWire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的IP 設(shè)備可無損地取出其中的音頻流部分。

所有直播室的播出音頻PGM 信號，以AES 數(shù)字基帶和LiveWire+IP 流方式送往總控，分別進(jìn)入基帶矩陣和網(wǎng)絡(luò)矩陣進(jìn)行調(diào)度；一播多工作站的備播信號、戶外現(xiàn)場PGM 信號、外來轉(zhuǎn)播信號等也同時通過這兩種方式將信號分別送往基帶矩陣和IP 網(wǎng)絡(luò)矩陣。部分不具備IP 接口的信號源設(shè)備，如衛(wèi)星接收機(jī)等，可以先通過基帶轉(zhuǎn)AoIP 音頻單元，在產(chǎn)生IP 信號流的同時，通過轉(zhuǎn)換單元直通將基帶信號送往主備基帶矩陣。直播室的PGM 延時后信號、1 播8 備播信號及矩陣的調(diào)度信號，并行送往后端智能多選一切換器，在智能監(jiān)測和人工判斷后，優(yōu)選當(dāng)前最佳播出節(jié)目源，送出至后級應(yīng)用接口。

在整體系統(tǒng)中，直播室調(diào)音臺和主要周邊設(shè)備、基帶轉(zhuǎn)AoIP 音頻單元和智能多選一切換器等，都具備Livewire+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口；基帶矩陣雖然以基帶應(yīng)用為主，但同時也具備原生AES67 接口，可以將自身的輸入信號轉(zhuǎn)換為IP 流的方式送至其他功能模塊。因此，除IP 網(wǎng)絡(luò)矩陣可取得所有音頻信號流外，智能監(jiān)測系統(tǒng)也可以獲得所有系統(tǒng)內(nèi)各音頻流程階段的音頻信號，以此為基礎(chǔ)完成信號監(jiān)測、比對、故障判斷和應(yīng)急預(yù)案優(yōu)選等功能。

5 廣播AoIP 系統(tǒng)的優(yōu)勢

5.1 過渡階段與現(xiàn)有基帶矩陣的互通能力

方案中AoIP 網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有基帶設(shè)備具有良好的信號互通能力，在總控IP 化的過渡階段中，現(xiàn)有總控基帶矩陣可通過配置Livewire+板卡或外置Livewire+網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)融入AoIP 系統(tǒng)中，為多平臺信號交互、多種系統(tǒng)信號互通，以及網(wǎng)絡(luò)播控、新媒體等發(fā)展方向預(yù)留充分的擴(kuò)展能力。

5.2 為今后全I(xiàn)P 化播控建立打下基礎(chǔ)

在上述系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，AoIP 網(wǎng)絡(luò)具備了完善的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺；各直播室通過基帶/IP 格式轉(zhuǎn)換后的信號交互實(shí)現(xiàn)了所有播控流程中應(yīng)有的基本功能。因此，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定后，若進(jìn)行IP 化直播室改造，只需要利用現(xiàn)有交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)、延續(xù)現(xiàn)有IP 接口設(shè)備的配置方式即可。這樣可以將后期系統(tǒng)擴(kuò)展和改造的配置設(shè)置難度大大降低，有效縮減工程及運(yùn)維所需時間精力，對以AoIP 系統(tǒng)的播控流程為主要播控通路的系統(tǒng)具有特別重大的意義。

5.3 具備與電視ST2110 網(wǎng)絡(luò)互通能力

隨著廣播總控與電視總控的融合逐漸呈現(xiàn)趨勢化，廣播與電視在IP 化系統(tǒng)中相互拉流獲取對方節(jié)目資源能夠更好地滿足用戶需求。規(guī)劃方案中，可考慮配置具有SDI 接口的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電視信號基帶與IP 的交換，同時配置高穩(wěn)度PTP 同步發(fā)生器，通過建設(shè)兼容ST2110 的Livewire+ AoIP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廣播與電視AoIP信號的無縫交互。

6 結(jié)語

在各廣播電視的廣播播控與融媒體系統(tǒng)IP 化建設(shè)中，直播及總控流程內(nèi)現(xiàn)有的主要設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)與AoIP 系統(tǒng)進(jìn)行信號交換，并納入AoIP 監(jiān)測系統(tǒng)中；同時AoIP 系統(tǒng)平臺提供了遠(yuǎn)超現(xiàn)有基帶系統(tǒng)的信號調(diào)度管理能力以及設(shè)備和系統(tǒng)的監(jiān)管控能力。在此基礎(chǔ)上，也為系統(tǒng)擴(kuò)展、新應(yīng)用場景的開發(fā)預(yù)留了充分技術(shù)儲備和擴(kuò)展接口能力。