关于ATM技术在广播系统中的应用思考

【摘要】本文主要分析ATM技术在实时音频传输信号应用的优势进行分析，根据相关实时音频对于延时需要，通过比较ATM技术和IP技术传输音频信号方面的特点，最后就ATM技术在某广播系统中的应用进行分析和探讨。

【关键词】ATM；AES47；IP；音频直播网络

1、引言

要使得广播中心的信号通过标准网络进行有效传输，广播机构在某一地区中的传输需要采用相关灵活好用且效果明显的传输音频数据的方式。目前，有些问题存在于通过标准网络传输音频数据，主要表现在标准以太网络对于实时广播要求的高稳定性和低延迟性能不能很好满足。本文主要探讨为了满足这样实时广播传输要求的一种开放式的网络标准。

2、延时产生分析

对于延时来说，主要包括包延时、传输延时和缓冲延时。这种延时在PCM（Pulse Code Modulation）音频中传输经常存在，也就是指在抽样输入网络的这个过程，以及后续的在网络中的传输过程，同时，还包括抽样在网络中输出的时间等等方面。

包延时主要是指从第一抽样接受一直到包装载完成传输的这个过程中的所有时间，其中，包越大也就是意味着包延时的时间越长，这也是说明包延时和相关包里面的抽样多少具有直接的影响关系[1]。

对于传输延时来说，这个过程包括从一个包准备在传输单元中传输，一直到最后接受准备拆包之间的延时过程。可以对于传输延时进行控制，利用调整线路长度以及线路上的信号传输速度来控制，一般情况下为5纳米每秒。

对于缓冲延时来说，主要是指在到达目的地以后的包的第一个抽样信号输出时间。为了保证这个过程中的每个信号都能够在一定时间内按照一定顺序到达，相关的接受设备则需要有序地和等间隔要求下进行输出抽样信号准备工作。为了保证接收设备在处理晚到的数据包的情况下，能够具有足够的等待时间而不影响正常输出，相关的定量的数据应该在缓冲器中。一个包的最迟到达时间决定了包延时，所以说，音频信号的可靠传输直接影响到最小的缓冲延时。

3、IP网和ATM比较

“连接”和“非连接”往往是网络的两种形式。连接形式最好的例子就是电话服务，再打电话的过程中，这就是你的电话和所接通电话之间的建立起来的连接服务。非连接服务就是指像邮局提供那样的服务过程，比如，信封地址决定邮件所经过的邮局，但是这些邮局往往是不固定的，所以也就是从出发地到目的地之间的信件的路程存在不固定性。对于采用非连接的形式的互联网协议（IP）来说，邮局可以看作是互联网协议（IP）。互联网协议IP在处理传输像网页这样包含信息量较少的数据的过程中，往往与采用连接形式方法相比而具有更大的可行性。但是可以看到非连接的形式的最大优势就是能够有效提高线路的使用率，因为数据不会一直占有某一线路。但是，在对于传输实时音频信号的过程中，能传输连续不断的数据流则是基本要求，在这样的情况下，地址信息在非连接形式的网络的形式下都应该在每一个数据包中加载。对于这些数据到达目的地的时间来说，由于存在不同的包经过不同的路径的可能性，数据包必须被分开传送，这样的到达时间就不能保证相同，因此，要求需要接受器需要更多的时间去处理这个情况，在重新排列输出这些包的情况下，缓冲延时自然有所增加。

连续到达并且不可破坏则是音频信号数据流进行实时传输的基本要求，压缩过的音频信号在带宽的限制下才能在IP网络中传输，对于传输非压缩的专业音频信号则存在一定的困难，这样就更别说传输相关的不可感知延时的直播音频信号。

目的地地址在太网中都插入在每个数据包的头部，这样只有足够大的有用数据的数据头才能保证带宽的使用率，相比固定长度的数据头增加不少，致使拥堵现象往往容易在传输过程中产生。为了通过路由器选择一个最佳的传输路径而进行转发，数据包的包头在没经过路由器后都要进行被提取分析的操作，这无疑增加了传输延时。

基于以太网络发展的异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode），目前应用已经较为成熟，一方面能够使得网络带宽的使用率大幅度提高，另外一方面能够提供更好的服务质量。对于音频信号和视频信号的传输来说，ATM技术在实时信号的传输上具有很大优势和很多应用成功案例。与以太网相比，ATM技术虽然是同样采用数据块的形式发送数据，但是在源到目的地之间的路径上却具有不同性质。

为了把包延时减少到最小，满足设备进行快速的打包和解包，ATM信元只有53个字节[2]。一条虚拟路径会在源和目的地之间建立，ATM在传输过过程中就类似打电话时建立起的连接，着这样的在传输前协商好的传输线路，同时还具有连续性和稳定性，这样能够有效提高带宽的使用率且减少传输延时，是因为ATM信元头的地址信息也比IP协议中地址信息少。

4、AES47标准介绍

处理专业音频信号在ATM这种通用技术中考虑并不全面，如何在专业音频信号上利用ATM对音频信号传输的优点，则是AES工作小组在AES47标准里的重点工作。为了保证服务质量的虚音频线路，AES47指出在数字音频信号的带宽被建立之后，在这个连接被中断之前，其不会被其他数据所占用。多种传输模式在AES47标准定义中定义，包括相关的常用的透明地传输AES3信号和一些其他相关的信息，以及相应的传输5.1声道的环绕立体声的传输模式等等。相比A/D、D/A转换所用的延时来说，AES47标准下所建立的连接过程则延时小得多。AES47传输的非压缩的音频数据量在相同的网络环境下具有较大的弹性。对于相同的线缆情况来说，只有2路音频流在不采用AES47形式下传输。同一个网络中可以同时存在AES47信号和ATM信号。通过ATM进行传输相关的视频信号、使用对讲等设备产生的音频信号等等，在同一个网络下同时存在这些信号和AES47信号，甚至可以与以太网信号同时存在。音频、视频和以太网数据也可以在单一的网络中传输。

5、某电台ATM系统介绍

随着数字技术的飞速发展，广播电台工艺系统发生了巨大的变化。除了数字设备的大量使用外，更主要的是系统逐渐向网络化发展。某电台在综合考虑各种新技术的特点后，最终决定采用英国Audix Broadcast公司基于ATM网络传输和交换技术的网络化数字音频广播产品和管理系统。下图为电台ATM系统图，各区域ANTS控制程序通过IP服务器把要执行的命令由ATM2221加载到ATM信号中，从而实现ATM中音频信号的分配、连接的建立和清除。另外，各个ATM终端设备的状态信息在加载到ATM信号后，经ATM2221到IP服务器的控制线，由服务器反映到各控制电脑上。

6、结语

分析ATM技术在实时音频传输信号应用的优势进行分析，根据相关实时音频对于延时需要，通过比较ATM技术和IP技术传输音频信号方面的特点，通过对AES47标准介绍，说明ATM技术在传输音频信号方面的成熟性和稳定性，最后就ATM技术在某广播系统中的应用进行分析和探讨，希望对于今后实时音频传输信号技术发展具有一定帮助。

参考文献

[1]陈华南.流媒体技术原理与应用[J].技术与市场，2005，（1）.

[2]庄剑.基于ATM和快速以太网的电台音频采编播系统[J].现代电视技术，2003，（11）.