基于SIP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)音頻傳輸淺談
2014-04-18 11:14:22薛勇
視聽 2014年3期
薛勇
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，廣電行業(yè)音頻實時傳輸?shù)募夹g也日益更新。特別是近年來IP技術普遍應用，使得研究IP技術在專業(yè)廣電領域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字音頻實時傳輸勢在必行。使用低成本、適應局域網(wǎng)網(wǎng)絡環(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)實時回傳到直播室，是一種高質(zhì)量、低成本的音頻傳輸手段。
一、常用外場直播音頻傳輸方式簡介
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，但費用高，且必須在有光纖接入點的地方才可以使用。
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。
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）。缺點是申請繁瑣，調(diào)試也比較復雜，中國電信已經(jīng)停止新申請布點了。
4.電話線：方便容易獲取，但傳輸質(zhì)量不高。
5.基于IP的音頻傳輸：IP 傳輸是完全建立在Internet 網(wǎng)絡基礎上的傳輸模式，可以認為是經(jīng)濟實用且高效的傳輸模式，缺點是延時比較大，有些設備調(diào)試比較復雜，需要用電腦進行設置，同時穩(wěn)定性容易受網(wǎng)絡狀況影響。
圖1 系統(tǒng)連接框圖
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，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度和上行速率，在基站附近人數(shù)眾多、使用量較大的時候容易受帶寬和基站負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外場活動，實時音頻信號根據(jù)具體活動的需求，采取了光纖、ISDN以及電話線來進行回傳。許多活動節(jié)目部門需要進行成本核算，因而選取一種既有優(yōu)秀的傳輸質(zhì)量，成本又不太高的傳輸方式尤為重要。經(jīng)過研究和實驗，我們發(fā)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的SIP網(wǎng)絡傳輸比較符合我們的要求。
二、SIP協(xié)議簡介
SIP協(xié)議是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(IETF)制定的應用層控制協(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)上成功的應用層控制協(xié)議，是一種基于文本的應用層控制信令協(xié)議，獨立于底層協(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，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，可支持和應用與語音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務。隨著SIP協(xié)議及其應用的不斷完善，3GPP組織已經(jīng)將SIP作為3G 全IP網(wǎng)絡多媒體子系統(tǒng)(IMS)的控制協(xié)議，下一代網(wǎng)絡(NGN)中SIP協(xié)議也成為核心協(xié)議。
三、基于SIP服務的音頻傳輸?shù)墓ぷ髁鞒?/h2>
以往基于互聯(lián)網(wǎng)進行實時音頻傳輸?shù)姆绞蕉即嬖谝恍﹩栴}，如設置比較繁瑣，需要用電腦對設備的參數(shù)進行設置與調(diào)整，同時對網(wǎng)絡的要求比較高，如果一方或雙方不在同一個局域網(wǎng)進行傳輸，容易被防火墻阻隔，難以穿透局域網(wǎng)NAT等。
而基于SIP服務的實時網(wǎng)絡音頻傳輸優(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，設備自動登陸SIP服務器，連接成功后，即可連接當前在該服務器上登記注冊地址的另一臺SIP設備進行傳輸。
1.基于SIP服務的音頻傳輸?shù)倪B接方式
外場信號→ZIP音頻編解碼設備1→【互聯(lián)網(wǎng)】→ZIP音頻編解碼設備2→電臺播控室→電臺直播室。系統(tǒng)連接圖如圖1。
2.工作流程
和以往基于IP網(wǎng)絡的實時音頻傳輸點對點直接連接不一樣的是，SIP采取通過第三方服務器的方法獲得連接。
SIP協(xié)議采用邏輯帳號與物理地址相分離的方式，先給設備設定名稱，這個作為該設備的邏輯賬號，一個邏輯帳號可以對應若干真實的物理地址，SIP 用戶可以在不同的地方注冊到SIP服務器，將當前物理地址存儲在位置服務器中，因此，即使每次在不同地點直播，也不需要手動設置客戶端的物理地址。
SIP服務器的功能就是接受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器中建立綁定關系，當有對該用戶的呼叫時，從服務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。連接流程如圖2。
從流程框圖可以看到，基于SIP服務的實時音頻傳輸方式，設備A和B只需要連接到互聯(lián)網(wǎng)，它們會自動連接到服務器，連接成功后，呼叫另一方即可建立連接。將網(wǎng)絡調(diào)試、連接工作交給服務器及設備端去自動執(zhí)行，簡化了技術人員的工作流程，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)議對音頻進行實時傳輸?shù)脑O備，用于簡化操作流程。
3.音頻編解碼方式的選擇
采用IP網(wǎng)絡的傳輸，延時較大是它的一個不足之處。因此應該選取合適的編解碼方式盡量減少延時，既要提供高質(zhì)量的音頻，同時也要保證延時不能太大。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(Low Delay AAC，AACLD)、增強型低延遲AAC(Enhanced Low Delay AAC，AAC-ELD)。
AAC-LD是高品質(zhì)視頻會議的行業(yè)標準，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的增強型版本，結(jié)合了MPEG-4AAC-LD和頻譜復制。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用的最佳選擇。據(jù)統(tǒng)計，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)及消費級視頻會議，例如，蘋果的Face Time應用就是基于AACELD。
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音頻傳輸設備，遠程連接后，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。
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)絡狀況，可以根據(jù)網(wǎng)絡狀況來選擇設備的編碼碼率，緩沖時間的上下限等，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，傳輸延時一方面取決于設備設定的緩沖時間，另一方面取決于網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r。
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，設備連接成功后，10天內(nèi)持續(xù)通電保持連接未有中斷，穩(wěn)定性還是比較高的。需要注意的是，當處于同一局域網(wǎng)的電腦或網(wǎng)絡設備進行大量的下載時，將會導致網(wǎng)絡波動，延遲增大，嚴重的話甚至會有中斷的情況，因此建議申請的寬帶網(wǎng)絡帶寬由傳輸設備獨享，不要連接其他設備或電腦，以保證播出的安全可靠。
1.彭煥峰：《SIP注冊服務器的研究與設計》，《電腦知識與技術》，2010年第32期。
2.趙軍：《基于互聯(lián)網(wǎng)的遠距離音頻傳輸應用》，《中國傳媒科技》，2010年第5期。
圖2 SIP協(xié)議連接流程
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