IP音频编解码器在电台传输系统中的应用

IP音频编解码器在电台传输系统中的应用【摘要】 本文阐述IP音频编解码技术及其格式，从实际应用出发，结合多年来广东台使用I P音频编解码器实时传输节目的经验，介绍I P音频编解码器的具体使用效果。I P网络传输成为目前广播的传输新手段。掌握I P音频编解码器，使广播节目得以通过公众网络实时地进行广播级质量的传输。【关键词】 编解码技术 实时传输协议 IP音频编码器 电台传输系统 BRIC AAC 无线网络一引言互联网时代的到来，各种基于网络的应用迅速发展起来。我们尝试将日常的公众网络应用于电台传输系统。基于互联网TCP/I P协议的音频实时传输就是以I P网络的音频编解码器作为终端设备，把连续的声音信号数字化处理后，封装成数据包，通过互联网介质实时传输。它是音频压缩编码、数据交换及路由分配等多项信息处理技术的集成。目前，随着数字压缩编码和网络技术的发展，各种I P音频编解码器应运而生，通过有线或无线方式接入互联网，能机动地用于场馆、外景地或事件地点等报道现场，将现场信号实时传送到电台总控进行直播。二IP音频编解码器基本原理编解码器（codec）指的是一个能够对一个信号或者一个数据流进行变换的设备或者程序。这里指的变换既包括将信号或者数据流进行编码或者提取得到一个编码流的操作，然后进行传输或者存储。编解码器经常应用于流媒体中。I P编解码器按照某种算法对输入的音频信号（模拟或数字信号）进行压缩编码（如P C M编码），形成音频数据流，音频数据流被按照实时传输协议R T P(Real-time Transport Protocol)标准，添加RTP报头，生成RTP 数据包，然后RTP数据包被送到用户数据报协议UDP(UserDatagram Protocol)套接接口（Socket port），再被封装成UDP数据包，并且发送到互联网上。在接收端从U D P套接接口处接收R TP数据包，进行有效的失序重组，并从RTP数据包中提出音频数据流，然后根据R T P数据包的报头域中的相应信息正确地解码和还原音频信号。简单如下图1：三IP音频编码器应用于电台传输系统的要求I P音频编码器能否应用在广播的户外转播活动中，取决以下几方面：1.传输稳定性对于广播电台，安全播出是我们的第一要素。户外转播信号是否稳定、流畅是评估一种传输手段的前提。2.所占用传输带宽及音质效果总是希望传输带宽越小，而音质越高保真。对于广播语音类节目，基本标准是音频带宽7kHz、单声道模式；广播音乐类节目基本标准是带宽15kHz、立体声模式。3.传输产生的时延当然时延越小越好，基本标准在500m s以内，能满足节目互动需求，适合发送端与接收端双向交流。4.适应性强,便于携带不仅适合在有线网传输，也适合在3G/4G、W i-F i及其他无线网中进行音频传输。可通过有线或无线方式接入互联网；简单的用户操作界面、轻松进行连接设置及状态监测，可在任意具备网络的两点之间传输音频信号。四IP音频编码器在电台传输系统的实现目前已有多种品牌的I P编解码器投入市场，我台先后尝试的就有TELOS Z/IP ONE、INFOMEDIA（英芙美迪）AIP200等多种品牌设备，经过反复比较最后选用了COMREX研发的IP编解码器A C C E S S，其稳定性好、高音质、低延时等优点满足电台的传输要求。也为搭建广播移动直播室提供较为可靠的选择。COMREX公司的ACCE SS音频编解码器，采用硬件编解码技术和网络传输协议，在互联网上提供高稳定的音频数据传输，可实现全双工传输。进一步详细介绍：整套设备包含：(1)便携式音频编解码器(用于现场传输)；(2)附属调音台(与便携编码器链接)；(3)机架式音频编解码器(安装在直播室或总控室)。ACCESS便携式音频编解码器是一款小巧的掌上型编码器，使用BRIC(Bro-adcast Reliable Internet Codec：广播高可靠互联网编码)技术，通过公共网络传输广播质量的音频节目。1.ACCESS便携式音频编解码器的技术特性(1)具备LCD/触摸屏，显示操作菜单及电平表；(2)内置充电器，具备可拆卸电池，操作时间7小时(配置调音台附件时，操作时间为5小时)；(3)可通过CardBus卡插槽连接多种数据网络：包括Modem连接、3G网络连接和Wi-Fi网络连接；( 4 )A C C E S S P o r t a b l e包含一块C a r d-B u s类型的802.11bWi-Fi卡和56k POTS Modem卡；(5)可通过USB接口与3G无线上网卡连接3G数据网络；(6)兼容C o m r e x P O T S编解码器(包括M a t r i x、V e c t o r或BlueBox)；(7)可支持MPEG 4-AAC编码算法，传输超高质量音频；(8)可支持调音台附件，连接ACCESS Portable使用可提供多达6路单声道输入/耳机输出以及立体声输入。2.ACCESS机架式音频编解码器常用于直播室或总控主要的技术特性：(1)使用BRIC技术通过公共网络传输广播质量的音频节目；(2)可在任意具备网络的地点通过标准的网络浏览器对设备进行设置及管理；(3)兼容C o m r e x P O T S编解码器(包括：M A T R I X、VECTOR、BLUEBOX)；(4)可支持MPE G-4 AAC(Advanced Audio Coding：高级音频编码)编码算法，传输超高质量音频；(5)立体声模拟线路电平输入/输出，AES3数字音频输入输出。3.ACCESS音频编解码器可进行双向传输数字音频信号主要传输方式：(1)Cable(电缆)、DSL(数字用户电路)和POTS(模拟电话线路)；(2)无线网络802.11b(Wi-Fi)；(3)3G数据网络EVDO、UMTS/HS DPA；(4)卫星终端(国际海事通讯卫星BG AN、Fleet、VSAT)；(5)Internet公共互联网使用BRIC技术，克服了公众网的不可靠性。4.安装及设置A C C E S S机架式音频编解码器安装于直播室(总控室)。该设备具有AES3数字音频输入输出，平衡XLR接口。主要通过3种方式与便携式编码器进行链接。(1)通过E T H E R N E T 10/100M以太网接口连接公共网。利用VoIP技术与与便携式编码器进行链接。(2)通过R J11电话线插座连接电话线，用拨号方式与便携式编码器进行链接。(3)U S B接口可外接3G上网卡，通过3G无线网络与便携式编码器进行链接。ACCESS机架式音频编解码器安装后可直接在本机上外接鼠标键盘和显示器，开机即可对本机进行设置。个人建议：为方便外出直播人员链接操作简单，机架式音频编解码器最好选择固定的公网IP。如果条件允许，网络带宽能在4M Kb/S以上最好。同时设定好登录密码，确保系统设定不被乱改。5.通过案例进行分析2016年广东音乐先锋榜在广州体育馆举行，我台进行现场直播。确定传输方式如下：I S D N业务不受理；微波天线不允许架设；电话线音质太差。最终选用了I P网络传输模式。为此我台在场馆报装的4M（上下行带宽对等）的网络专线。并以3G无线网卡备用。传输链路图如图2所示：现场直播信号送入便携式编码器进行编码，4M专线为主传输,3G无线网卡为备传输，选定编解码格式：A A C 立体声128K b/S；然后进行音频数据传输，经测试：(1)信号稳定，声音清晰、立体感强。(2)延时150m s左右，没有丢包情况。(3)传输速率128Kb/S(4)主、备网络同时在线情况下，互为切换所需时间在1秒内，表现良好。经过反复测试和总结，感觉该系统适应性很强，具有网络中断的自动连接功能，能快速恢复信号连接，传输安全有保障。同时便携式编解码器还带有机身电池，再配上3G上网卡，外出直播活动基本不受场地限制。设备操作界面和系统运行图如图3、图4。五.传输系统的测试结论由于每次的户外网络状况各不相同，经过长时间的测试后得出结论，以下几种编码方式，比较满足广播电台的传输要求：BRIC-HQ1 常用于有线IP网络，具有高质量的音质和低延时BRIC-HQ2 常用于无线网络，具备较好的错误修正和高质量的音质B R I C-U L B 网络环境差的最佳选择，提供G.722;（7kHZ）语音传输HE-AAC 传输近AAC编码音质的音频的最好选择，同时可节省网络带宽HE-AAC V2无受限网络的最佳选择AAC-LD 具备最好的质量和低延时各种编码算法所要求的网速带宽、编码方式、延时量、音频频响特性实际使用测试结果如表1所示。在实际使用中，ACCESS音频编解码器只能直接支持中国联通的3G网卡，这明显滞后目前网络时代。因此个人建议：可配置外置4G（全网通）无线路由器，加装高增益天线，来解决3G网络的升级问题，并且大大提升了无线网络的信号稳定性。当宽带网络速率能恒定达到4Mb/s以上，选用Linear PCM、AAC、AAC-LD这几种编码格式，传输的信号质量会更好。可觉察的听觉判断能达到CD音质。六.系统的安全性考虑由于I P网络具有联结形式多样性、网络的开放性、互联性等特征，致使易受黑客、恶意软件和其它不轨行为的攻击，网络安全;直接关系到广播电台安全播出，任何一种传输手段，都必须严格遵守安全播出章程，安全性方面主要考虑如下几方面：1.加强对传输设备的管理和维护工作，必须专用化，对接入到互联网的设备应安装必要的防火墙，定时检查系统漏洞和杀毒软件升级。2.现场传输应具备备份传输链路。例如模拟电话线。3.在发送端、接收端两端应设置登陆密码和连接密码，并经过发送端授权方可连接，一旦发现异常，立即断开连接，启用备传输信号。4.严格执行安全播出制度，在电台总控安装音频延时器，延时时间设置至少8秒以上。七.总结和拓展通过上述总结出：用I P网络对电台节目做实时传输，该手段比较方便，灵活性强，比较适合现在广播电台的直播需求，至于音质效果方面，推荐CO M R E X的I P音频编解码器，在同等带宽的条件下，其更加具有高音质、低延时，信号的稳定性也较好。另外，该设备的便携性也很强，操作界面简单易学，深受工程人员喜欢。拓展方面，建议用4G（未来5G）无线网络进行音频数据传输，考虑配置工业级的无线路由器，提高无线天线的收发能力，拓展一些移动中的直播节目，必将使我们的转播技术方案更加立体化，IP网络的广泛性和独特的编解码技术，使IP音频编解码器越来越受广播人的喜爱，值得向各位广播同行推荐。B&P参考文献【1】GD J 022-2008.移动多媒体广播音视频编码器技术要求和测量方法.【2】COMREX公司ACCESS Portable Manual、ACCESS RackManual、ACCESS Mixer Manual.【3】以太网环境下实时音频传输的研究：中国新通信2007年第17期