基于SIP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)音頻傳輸淺談

    隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，廣電行業(yè)音頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)也在日益更新，特別是近年來隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的不斷提速，IP技術(shù)作為傳輸媒介的普遍應(yīng)用，使得關(guān)于研究IP技術(shù)在專業(yè)廣電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字音頻實(shí)時(shí)傳輸勢在必行，使用低成本、能夠適應(yīng)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、高可用性的SIP協(xié)議，通過成熟而容易獲得的互聯(lián)網(wǎng)寬帶將外場直播的音頻信號高質(zhì)實(shí)時(shí)回傳到直播室，是一種高質(zhì)低廉音頻傳輸手段。

1常用外場直播音頻傳輸方式的簡介

    常見廣播信號傳輸方式主要為微波、光纖、ISDN、數(shù)字電話傳輸器、普通電話和互聯(lián)網(wǎng)等，但這些傳輸方式都存在不同程度的缺點(diǎn)。

1.1光纖

    傳輸質(zhì)量高，安全度較高，通信容量大，抗干擾能力強(qiáng)，但費(fèi)用高，且必須在有光纖接入點(diǎn)的地方才可以使用。

1.2、微波

    帶寬較大，穩(wěn)定性較高，但城市里高樓林立，容易受到遮擋，可行性不高。

1.3 ISDN：

    用MPEG-1、MPEG-2等編解碼方法，傳輸高質(zhì)量的音頻（立體聲）。缺點(diǎn)是申請繁瑣，調(diào)試也比較復(fù)雜，中國電信已經(jīng)停止新申請布點(diǎn)了。

1.4電話線

    方便容易獲取，但傳輸質(zhì)量不高。

1.5 基于 IP 的音頻傳輸：

    IP 傳輸是完全建立在Internet 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的傳輸模式，可以認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)實(shí)用且高效的傳輸模式，缺點(diǎn)是延時(shí)一般比較大，有些設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，需要用電腦進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)穩(wěn)定性容易受網(wǎng)絡(luò)狀況影響。

1.6 3G傳輸

    3G和IP在傳輸模式和工作原理上是完全相同的，具有靈活，不受場地限制的優(yōu)點(diǎn)，對外場傳輸線路幾乎沒有要求。但3G 傳輸方式受制于基站的信號強(qiáng)度和上行速率，在基站附近人數(shù)眾多，使用量較大的時(shí)候容易受帶寬和基站負(fù)荷等各種外在干擾的影響，對于音頻傳輸而言會出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象。

    本單位在近年每年都有不少的外場活動，實(shí)時(shí)音頻信號根據(jù)具體活動的需求，采取了光纖、ISDN以及電話線來進(jìn)行回傳。許多活動節(jié)目部門需要進(jìn)行成本核算，因而選取一種既有優(yōu)秀的傳輸質(zhì)量，成本又不能太高的傳輸方式尤為重要。經(jīng)過近年的研究和實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的SIP網(wǎng)絡(luò)傳輸比較符合我們的要求。

2 SIP協(xié)議簡介

    隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，分組網(wǎng)絡(luò)的逐步發(fā)展和不斷成熟，IP電話應(yīng)用越來越廣泛，電信網(wǎng)絡(luò)逐步由電路交換網(wǎng)向分組交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，SIP 協(xié)議即會話發(fā)起協(xié)議在這種環(huán)境下誕生并不斷發(fā)展完善。

    SIP 協(xié)議是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)制定的應(yīng)用層控制協(xié)議，主要功能是完成多媒體的呼叫控制，它借鑒了HTTP 和SMTP 等互聯(lián)網(wǎng)上成功的應(yīng)用層控制協(xié)議，是一種基于文本的應(yīng)用層控制信令協(xié)議，獨(dú)立于底層協(xié)議，可以使用TCP 或UDP 作為底層傳輸協(xié)議。SIP 協(xié)議和其他協(xié)議一起給用戶提供完整的服務(wù)，用于建立、修改和終止IP 網(wǎng)上的雙方或多方多媒體會話。SIP 協(xié)議支持代理、重定向、登記定位用戶等功能，支持移動用戶，與RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS 等協(xié)議配合，可支持和應(yīng)用與語音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)。隨著SIP 協(xié)議及其應(yīng)用的不斷完善，3GPP 組織已經(jīng)將SIP 作為3G 全I(xiàn)P 網(wǎng)絡(luò)多媒體子系統(tǒng)(IMS)的控制協(xié)議，下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)中SIP 協(xié)議也成為核心協(xié)議。

3 基于SIP服務(wù)的音頻傳輸?shù)墓ぷ髁鞒?/p>

    以往基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)音頻傳輸?shù)姆绞蕉即嬖谝恍﹩栴}，如設(shè)置比較繁瑣，需要用電腦對設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與調(diào)整，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)的要求比較高，如果一方或雙方在非同一個局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸，容易被防火墻阻隔，難以穿透局域網(wǎng)NAT等。

    而基于 SIP 服務(wù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸優(yōu)勢在于其便利性，去到新的直播場地，只要接上寬帶網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備自動登陸SIP服務(wù)器，連接成功后，即可連接當(dāng)前在該服務(wù)器上登記注冊地址的另一臺SIP設(shè)備進(jìn)行傳輸。

3.1基于SIP服務(wù)的音頻傳輸?shù)倪B接方式

    外場信號 → ZIP音頻編解碼設(shè)備1 → 【互聯(lián)網(wǎng)】 → ZIP音頻編解碼設(shè)備2 → 電臺播控室 → 電臺直播室

3.2工作流程：

    和以往基于IP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)音頻傳輸點(diǎn)對點(diǎn)直接連接不一樣的是，SIP采取通過第三方服務(wù)器的方法獲得連接。

    SIP 協(xié)議采用邏輯帳號與物理地址相分離的方式， 先給設(shè)備設(shè)定名稱，這個作為該設(shè)備的邏輯賬號，一個邏輯帳號可以對應(yīng)若干真實(shí)的物理地址，SIP 用戶可以在不同的地方注冊到SIP服務(wù)器，將當(dāng)前物理地址存儲在位置服務(wù)器中，因此，即使每次在不同地點(diǎn)直播，也不需要手動設(shè)置客戶端的物理地址。

    SIP服務(wù)器的功能就是接受SIP終端的注冊請求，將用戶的邏輯帳號和物理地址在位置服務(wù)器中建立綁定關(guān)系，當(dāng)有對該用戶的呼叫時(shí)，從服務(wù)器中獲取被叫用戶的物理地址，然后將呼叫請求 轉(zhuǎn)移到被叫用戶。

    基于SIP服務(wù)的實(shí)時(shí)音頻傳輸方式，設(shè)備A和B只需要連接到互聯(lián)網(wǎng)，它們會自動連接到服務(wù)器，連接成功后，呼叫另一方即可建立連接。將網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，連接工作交給服務(wù)器及設(shè)備端去自動執(zhí)行，簡化了技術(shù)人員的工作流程，使得易用性大大增加。由于SIP有著這樣的便利性，因此各大廠商也研發(fā)出通過SIP協(xié)議對音頻進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸?shù)脑O(shè)備，用于簡化操作流程。

3.3音頻編解碼方式的選擇

    采用IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸，延時(shí)較大是它的一個不足之處。因此應(yīng)該選取合適的編解碼方式盡量減少延時(shí)，既要提供高質(zhì)量的音頻，同時(shí)也要保證延時(shí)不能太大。我們采用的是AAC-ELD系列通信編解碼。

    傳統(tǒng)的窄帶電話僅能傳輸最高3.5kHz的音頻帶寬，而AAC全高清語音系統(tǒng)則能傳輸從14kHz到人耳能聽到的全部音頻頻譜。通過這種方法，我們可以做到利用較小的帶寬得到優(yōu)秀的音質(zhì)。AAC系列的全高清語音編解碼器包括低延遲AAC(LowDelayAAC，AAC-LD)、增強(qiáng)型低延遲AAC(EnhancedLowDelayAAC，AAC-ELD)。

    AAC-LD是高品質(zhì)視頻會議的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可提供全帶寬、低延遲的音頻編碼。理論上僅有20毫秒的算法延遲，同時(shí)為所有類型的音頻信號提供良好的壓縮率和高聲質(zhì)。

    AAC-ELD是AAC-LD的增強(qiáng)型版本，結(jié)合了MPEG-4AAC-LD和頻譜復(fù)制。AAC-ELD也是所有要求在24kbps低數(shù)據(jù)速率下?lián)碛腥纛l帶寬的延遲敏感型應(yīng)用的最佳選擇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，AAC-ELD在同樣的碼率情況下，比MP3的延遲要減少三分之一。

    AAC-LD和AAC-ELD目前已經(jīng)用于專業(yè)及消費(fèi)級視頻會議應(yīng)用，例如，蘋果的FaceTime應(yīng)用就是基于AAC-ELD。

3.4 穩(wěn)定性測試

    經(jīng)過測試和研究，我們使用Telos公司的Z/IP ONE 音頻傳輸設(shè)備，遠(yuǎn)程連接后，音頻傳輸延遲在1秒以內(nèi)，在可接受范圍內(nèi)。對于必須使用雙向傳送的節(jié)目直播，可使用模擬電話作為返送傳輸，以減少傳輸延時(shí)。

    在測試中發(fā)現(xiàn)，這套系統(tǒng)的性能主要決定因素是網(wǎng)絡(luò)狀況，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況來選擇設(shè)備的編碼碼率，緩沖時(shí)間的上下限等，以保證傳輸不中斷。在正常情況下4M Adsl就能夠滿足本系統(tǒng)的要求，傳輸延時(shí)一方面取決于設(shè)備設(shè)定的緩沖時(shí)間，另一方面取決于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)。

    在今年全國兩會期間，深圳廣播新聞頻率先鋒898使用本套系統(tǒng)進(jìn)行直播音頻的傳輸主路，以數(shù)字電話耦合器通過電話線作為傳輸備路，北京直播室使用電信寬帶，深圳直播室通過單位局域網(wǎng)連接，設(shè)備連接成功后，10天內(nèi)持續(xù)通電保持保持連接未有中斷，穩(wěn)定性還是比較高的。需要注意的是, 當(dāng)處于同一局域網(wǎng)的電腦或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行大量的下載時(shí)，將會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)波動，延遲增大，嚴(yán)重的話甚至?xí)兄袛嗟那闆r，因此建議申請的寬帶網(wǎng)絡(luò)帶寬由傳輸設(shè)備獨(dú)享，不要連接其他設(shè)備或電腦，以保證播出的安全可靠。

4 結(jié)束語

    廣播節(jié)目的直播形式一直隨著技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)生的不斷的轉(zhuǎn)變，通過近幾年的測試和實(shí)際應(yīng)用，相信在新形勢下，廣播節(jié)目也會有適合新特點(diǎn)的變革?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為生活工作的一部分，在新媒體和互聯(lián)網(wǎng)方興未艾的潮流下，多元化的適合節(jié)目特性的音頻傳輸手段將被發(fā)展起來，IP 傳輸是一個新的發(fā)展方向，隨著運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步提速，帶寬的進(jìn)一步加大，基于互聯(lián)網(wǎng)音頻傳輸技術(shù)的應(yīng)用也將越來越多，為廣播電臺提供了一種快速低廉的直播傳輸解決方案，大大提高了廣播電臺的戶外直播的質(zhì)量及效率。在結(jié)合考慮經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的情況下，我們認(rèn)為，基于SIP的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)音頻輸將逐漸成為未來廣播音頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)闹髁鳌?/p>

參考文獻(xiàn)：

［1］彭煥峰《SIP注冊服務(wù)器的研究與設(shè)計(jì)》《電腦知識與技術(shù)》 2010年32期

［2］趙軍《基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)距離音頻傳輸應(yīng)用》《中國傳媒科技》 2010年05期