一、前言
在广播电台中实时的音频传输通常采用AES/EBU或者是MADI来进行的，随着以太网以及IP技术的不断发展，早在十几年前广电技术就在尝试采用以太网和IP网来实现高质量音频的实时传输。首先是以太网已作为一项技术设施已普遍应用，如果能够采用网络进行音频的实时传输，则系统的规划、布线将比传统音频系统简洁；同时音频传输采用网络技术后，使音频传输具有了网络交换特性，彻底改变了传统音频传输点对点的模式，能够实现数字音频传输的交换。本文就不断演变的网络数字音频技术做一个说明，并且以最近的AoIP技术为实例，设想构建全网络化、高可靠的电台监测系统。
二、目前在用的主要的几种网络音频技术
1、cobraNet技术
在上世纪九十年代，美国Peakaudio公司推出了眼镜蛇网络的以太网音频传输方案---cobraNet，该公司被芯片厂商CIRRUS LOGIC收购，并开发了配套板卡和专用芯片将cobraNet方案推入到产品实现阶段。
cobraNet技术以网络中某一个设备不断发送时钟包的方式提供网络的采样时钟同步源，cobraNet中音频信号通过bundle封装包来传输，每个bundle封装包包括8个音频通道的20位音频数据，每个cobraNet设备最多收发8个bundle。同时受到硬件芯片的影响，单个的cobraNet设备支持转换通道数最大为16进和16出，在100M的以太网单向可以传输64个48kHz、20bit的音频信号，corbNet编码延时是固定的，有1.3ms、2.66ms和5.33ms三种选择，出于稳定性的考虑，厂方推荐使用了5.33ms；除此之外cobraNet还可以传输RS485串口通信数据以及其它非同步的IP数据包，以支持设备管理的SNMP协议。cobraNet技术对网络音频技术的推动起到了实践的作用，截止目前有些电台仍在使用cobraNet设备实现电台内音频信号的传输和监测。
cobraNet技术标准建立在以太网之上，但其同步机制、传输机制都是其独有的，是一个不公开的企业标准，不管是时钟包还是传输数据的bundle包，都直接封装在网络层面二层协议的MAC帧中，与IP地址不发生关联，在数据传输层面没有应用UDP、RTP相关的传输协议，cobraNet技术更多的是应用了网络的硬件基础，而没有应用网络通用的协议。同时cobraNet的硬件设备在应用网络中虽然被分配了IP地址，但这个IP地址在cobraNet数据传输中并不发生作用，这个IP地址更多的是用来传输如设备管理信息等数据的。
如果要应用cobraNet技术，需建立cobraNet传输网络，这个网络应当是cobraNet数据独享的，主要是存在与其他IP数据包的冲突没有解决，若干网络中出现大量其他的IP数据包，cobraNet数据的传输将变得不稳定，影响应用业务的正常运行。由此可见，cobraNet技术还未充分发挥网络传输的优势，但在向网络传输实践应用中确实是迈进的重要一步。
2、AoIP技术
AoIP技术是采用IP网络传输技术，传输高品质的音频信号，所谓的高品质的音频信号的采样率不小于44.1KHz、采样信号的量化深度不小于16bit，传输的音频延时小于10毫秒，同时在普通的IP网络内就可传输高品质的音频信号，有效的解决了在网络中与其它IP包些冲突问题。目前市场上采样AoIP技术的应用案例有Livewire、Dante、RANVENNA等多种来自不同厂家的AoIP技术。它们基本均采用了IEEE1588协议解决了实时音频信号传输中的时钟问题；延续使用了传统网络中的IP协议，在传输层面应用了UDP/RTP、QoS等相关了技术。
在AoIP技术中是如何解决音频数据时钟和不同数据包冲突的呢？
首先AoIP技术应用于传统网络环境之上，而传统的网络在建立之初是连接各个计算机，使其能够数据交换和通信，主要的业务是非实时的，所遵循的标准是IEEE802.3标准，使用的逻辑总线型拓卜结构和CSMA/CD载波侦听碰撞检测技术进行信息交换。网络层上一层的TCP/IP协议，以以太网作为物理实体，通过发送IP数据包实现数据的传输，同时也产生了到达目的地的数据包的顺序和延时各不相同，因此这样的数据传输模式适合非同步信息传输。随后在传输中又引进了RTP传输协议，该协议在数据包层增加了包序列号、发包时间，并采用了UDP的传输方式，允许丢包，基本解决了数据包不同步的问题，可以适用于电话会议、安防通讯以及网络点播等对音频质量和安全要求不高的业务形态。对于像电台要求高安全、高质量的音频传输业务来讲，这样的传输机制还不够。
在以太网/IP网实时音频传输中需要解决传输同步时钟的问题，用下图（图1）表示就便于理解：
在数据发送端音频数据经A/D转换后产生了自身的采样时钟，一般音频数据中有48kHz、96kHz等几种模式，这个时钟来自发送端设备的内部晶体振荡器，数字化后的音频数据经缓存后被打包成数据包发送到接收端，经接收缓存，再通过D/A转换后恢复音频数据，在接收端D/A转换器所使用的时钟是来自接收端设备的内部晶体振荡器。发送端（A/D）和接收端（D/A）所使用的时钟来源是相互独立的，会造成两个时钟的不同步，从而导致接收端的缓存发生溢出（有上溢和下溢），在音频的传输层面上表现为“爆音”，为了减少“爆音”的出现，又采用了缓存区重采样率转换的方法，缓存越大，音质越好，但缓存的增加传输的延时也会跟着增大，倘若对实时性要求高的业务，这项解决技术就有局限性。
因此在网络中能够传递同步时钟，使得各个音频接收端和发送端能够以一个标准时钟为同步基准时钟是一个比较理想的技术方案。整个网络就避免了缓存数据溢出的问题。IEEE1588协议标准（即网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准）就为网络中提供统一的同步基准时钟提出了一种解决方案。在该协议中网络主时钟通过周期性与网络交换包含时钟戳的信息包，不断的传递主时钟信息，在各个接收端收到时钟信息包后，根据网络情况进行时钟偏移测量和延迟测量，并根据测量结果结合时钟信息包来校准本地时钟，从而实现各个接收端的时钟保持同步。这个时钟的解决方案，不仅对现有的网络不做调整，无需对原有的IP包的结构进行改动，完全无缝衔接原有网络的各项特性，最大的不同点是，各个接入网络的音频接收/发送端的硬件需能够兼容IEEEE协议标准，能够从该标准中提取出同步时钟信号。目前这项标准技术的同步误差在1μs左右，完全符合高品质音频的传输要求。在2013年发布的AES67标准中，同步时钟的解决机制就是引用了IEEE1588协议解决的，同时在类似相关的网络音频技术如LiveWire、Dante、RAVENNA中同步时钟的解决也都是参用了IEEE1588协议解决的，从目前的应用案例，和市场反馈情况讲，高品质音频在网络传输中的同步时钟问题应得到了较好解决。
在网络中音频数据的同步时钟得以解决后，网络中的数据包的冲突问题是面临的下一个问题，由于以太网采用CSMA/CD载波侦听碰撞检测技术进行信息交换，当数据包冲突时重新发包，这在异步信息传输中不存在问题，但当遇到同步信息传输时往往会产生延时和不稳定性，要解决这个问题基本条件是网络的传输带宽能够为同步实时信息传输预留独享的带宽，在这里就引入了网络服务质量（QoS）的概念。我们把网络的传输带宽设想成一条马路上有很多的车和行人，对应于网络中不同服务的数据包，马路上经常会用堵车的情况发生，网络中也会发生类似的情况，通过QoS技术对各类数据包划分不同优先级。利用DSCP(Diffrentiated Services Code Point)的QoS分类标准，将每个基准时钟的数据报头设定为最高优先级，之后就是音频数据，属于第二高优先级，控制信号和其它信号在更低的优先级。其结果是保证了网络音频信号的畅通和较低的抖动。对于现在已广泛使用的千兆网络而言，大部分情况下带宽冗余较大，同时应用QoS管控，网络高质量音频的实时传输已可以实现。
三、AoIP技术在电台监测系统中的应用。
传统电台的广播中心使用不同种类的电缆来连接音频设备和网络设备，音频专用线路有模拟音频线、话筒音频线、数字音频线，网络连接则采用5类、6类线缆，目前很多电台的音频传输和网络传输是业务独立、管理独立。
由于AoIP技术的出现，可以直接使用以太网/IP网来传输高品质实时音频信号，同时也不必像CobraNet那样设置独立专网，音频网和计算机网可以实现一定的融合，将带来系统建设的简单、便捷，系统使用将变得更为灵活，系统管理将变得更为方便。也就为更新传统电台广播中心的监测系统提供了一种新的方向。
目前主流的调音台几乎都具备AoIP接口（如DHD的RM5200、STUDER的ONAIR 3000），很多厂商的传输音频矩阵也具备AoIP接口，上述的AoIP接口的容量从8×8通道到64×64通道，已满足台监测通路数量要求。在系统建设中需要注意在机房音频设备、传输音频设备所支持的AoIP协议要能互相兼容，目前很多厂商生产的产品都在向AES67网络音频协议靠拢，并且有的厂商已宣布其AoIP接口支持AES67协议，有的厂商也已公布了其产品的AoIP接口支持AES67协议的未来时间表。故建设阶段的设备选型中，各个节点的协议兼容需加以注意。基于AoIP技术的电台监测系统设想图参见下图（图2）：
深度网络化/IP化的系统有着易被管理的特性，通过局域网，整个系统资源可以在统一的网管平台下识别和调度。在传统的音频监测系统中，因大量的设备不具备网络接口被置于网络管理系统之外，可以采集的信息基本就是传统的音频信号，进行信号的调度和分析需要增加额外特定硬件和软件，实施复杂、应用不便。但基于网络平台，应用AoIP技术后的监测系统完全可以满足更多的监测要求，可以对监测网中不同路由的同一信号进行比对分析，可以通过应用层对同一信号的相关性、延时、噪声、电平进行分析对比。同时对网络音频的录制将变得更加方便，可以采用虚拟声卡技术实现实时转录。在上述技术之上开发面向监测人员的应用界面，可以完成监测系统触发报警，监测人员根据报警情况通过监测应用界面完成相关的处理措施。
通过AoIP技术建立的监测系统主要有以下几个特点：
1、减少了需要监测系统采集硬件、整合监测采集环节，监测采集工作在源设备就统一完成。
2、使得监测系统的底层音频采集标准统一、开放，具有兼容和扩展性。
3、对监测系统内设备的管理实现网络化管理，能实现入网设备及时发现、配置和远程管理。
4、能够对监测路由和网络路由进行统一的分析调度，可获取系统链路的实时状况，为及时的应急操作提供触发条件。
5、实现完整的监测记录，包括报警信息、日志信息、文件回查等功能。
从目前的现状来讲，AoIP技术在监测系统中应用的底层条件已具备，未来重点在监测系统各个应用系统的开发和与实际应用磨合，能过实现与用户需求的无缝对接，在这个过程中完全可见借鉴原有传统监测系统中的功能需求，并开发出结合AoIP技术优势的功能点，如实时转录简洁、实时链路模式更加准确、监测信息发现更加全面。如果硬件选型得当，AoIP技术下的监测系统的投资少，系统独立于电台播出业务传输链路，与实际的业务传输联系紧密，操作将更加灵活、准确。