08.06.2020 | Ausgabe 06/2020

Audio Broadcast in IP-Netzen: Wie wird Kompatibilität erreicht?

Wunsch nach Kompatibilität: Gerade in heterogenen Systemstrukturen ist der Verbindungsaufbau eine komplexe Angelegenheit. / Quelle: 2wcom

Eine große Herausforderung für Rundfunkanstalten besteht darin, IP oder auch Services in der Cloud und bewährte Distributionswege zu verbinden. Mit technischen Lösungen, die es ermöglichen, Beiträge für alle Seiten gleichermaßen bereitstellen zu können, wird auch eine Verbesserung der Reichweite erreicht.

Audio over IP offers broadcasters much more flexibility for contribution and distribution. But still we must deal with regions still not accessible for broadband IP or optical fiber. The main challenge is to link IP or services in the cloud and proven distribution technologies. With technical solutions that follows the approach to provide contributions for all sides equally, an improvement in coverage is also achieved. Latter mentioned lead to the following parameters to be considered: Interoperability, audio Quality, flexibility, transmission robustness and simplicity.

Der Übertragungsweg IP bietet Rundfunkanstalten deutlich mehr Flexibilität für die Transmission von Inhalten. Mit diesem Hintergrund setzen immer mehr Rundfunksender und Tonstudios auf den Ausbau von IP-basierten Netzen. Aber nach wie vor geht der Breitband- und Glasfaserausbau in Deutschland im internationalen Vergleich schleppend voran. Somit ist neben dem Einsatz von IP-basierten Strukturen zu berücksichtigen, dass aus Gründen der Reichweitenoptimierung und Kompatibilität die Nutzung von zusätzliche Distributionswegen optional möglich sein muss. Ergänzend haben sich durch intensive Gespräche mit Kunden fünf essenzielle Anforderungen herauskristallisiert, um Studio-zu-Studio und Studio-zu-Transmitter-Links sowie multimediale Anwendungen gleichermaßen zu unterstützen: Interoperabilität, Audio Qualität, Flexibilität, Übertragungssicherheit und Simplizität.
Mit dem Hintergrund hat sich ein Ingenieurs-Team in Flensburg bei der Entwicklung der 4audio-Serie auf die vorab genannten Parameter für IP-basierte Netzwerkstrukturen konzentriert. Das Fundament für die neue Serie ist eine Linux-basierte Plattform. Alle Produkte sind als Basis-Varianten erhältlich, die modular skalierbar sind. So können zum Beispiel Audio-Kanäle und zahlreiche Features je nach Anwendungsbereich individuell freigeschaltet werden. Damit folgt das Konzept auch dem „Pay as you grow“-Gedanken. Anwender konfigurieren sich genau die Geräteausstattung, die sie brauchen und können bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt weitere Kanäle und Funktionen freischalten lassen. Durch die Verdichtung von Optionen in einem Basis-Gerät wird auch Platz in den Geräte Räumen und vor allem Strom gespart. Mit diesem lösungsorientierten Konzept können Rundfunkanstalten und Systemintegratoren dabei unterstützt werden, Audio-Broadcast-Technologien zu harmonisieren und zur nächsten Generation der Rundfunktechnologie zu navigieren. Derzeit umfasst die neue Serie Lösungen für Audio over IP, MPX over IP, SAT und DAB+, die jeweils Schnittstellen zu weiteren Distributionswegen haben. Im Folgenden wird näher auf die Möglichkeiten eingegangen, welche die 4audio IP Produkte IP-4c, IP-8e und MoIN bieten. In der Juli-Ausgabe folgt eine Betrachtung der Lösungen für DAB und MPX over IP.

Je nach Setup des Radiosenders können CDN’s direkt oder per Streaming-Encoder bedient werden.
Je nach Setup des Radiosenders können CDN’s direkt oder per Streaming-Encoder bedient werden. / Quelle: 2wcom

Bearbeitung von Signalen und Streams

  • Für Anwendungen wie Live Übertragungen oder Audio Deskription mit hohen Ansprüchen an Audio Qualität und geringe Latenzzeiten ist es sinnvoll, entweder PCM linear durchzureichen oder von PCM nach Opus zu encodieren. Falls auf Bandbreiten Ökonomie zu achten ist, kann z. B. in alle gängigen AAC-Profile (auch AAC xHE), Enhanced aptX oder Ogg Vorbis transkodiert werden. Ergänzend werden seit kurzem auch Dolby Codecs unterstützt.
  • Ein flexibles Management von Audio-Beiträgen wird durch die TS Multiplexing-Features für IP (TSRTP / UDP, HLS und SRT Streaming) und Satellit (DVB und ASI) ermöglicht. Einzelne Audio-Streams sind so zu Multi-Channel-Streams kombinierbar oder können ausgetauscht werden. Im Fall von Live Events ist es somit möglich, Audioaufnahmen von der Bühne oder dem Spielfeldrand, der Tribüne oder auch aus der Reporterkabine zu multiplexen.
    Gleichzeitig sind lokale Senderstandorte in der Lage, die übertragenen Inhalte zu dekodieren und gegen regionale Informationen – wie zum Beispiel Verkehrsnachrichten – auszutauschen. Um ein präzises synchronisiertes Routing verschiedener Streams in den verbundenen Netzwerken zu gewährleisten, sind das Precision Time Protocol (PTPv2) sowie 1PPS implementiert, was auch die Einrichtung eines SFN Single Frequency-Network ermöglicht.
  • Gleicher Sound an allen Senderstandorten: Falls das Sound-Processing und das Generieren des MPX Signals zentral im Hauptstudio eines Radiosenders stattfindet, kann der Audio over IP-Codec auch als MPX over IP Codec genutzt werden. Das generierte MPX Signal wird direkt vom Sound Prozessor übernommen, encodiert, per IP oder enkapsuliert via Satelliten übertragen sowie am Sender wieder dekodieren.

Brückenfunktion

  • Studio to WAN Bridge: In einem Wide Area Network (WAN) mit vielen regionalen Studios kann sowohl der Audio over IP-Codec als auch der Encoder die jeweiligen Audio Beiträge encodieren und an den MoIN-Server im zentralen Senderstudio übergeben. Dieser bereitet die Streams per Audio-Transcoding und Protokoll-Transforming für die weiteren Distributionswege auf. Das kann für DVB-S/S2 zum Beispiel PCM zu AAC xHE sein oder für DAB von Opus zu linear PCM und von Dante zu AES67.
  • Internet Streaming: Die neuen Audio over IP-Lösungen bieten die Möglichkeit, nach Icecast zu transformieren oder in ein adaptive Bitrate Protokoll wie HLS mit den entsprechend unterschiedlichen Audio-Qualitäten. Alternativ hierzu ist es möglich, einen Streaming Encoder wie die WoWza Streaming Cloud zu bedienen.
  • Webradio für Kabel Provider oder weitere Distributionswege: Die Audio-Streams eines Senders können zum Beispiel von Icecast in einen DVB- oder IP-Transportstream transformiert werden. Dies ermöglicht unter anderem die Einspeisung in Kabelnetze oder auch die Übertragung via Satelliten.
  • FM-Radio für Kabelnetze: FM-Programme können über die beiden Antennen des optional integrierbaren Dual Tuners empfangen, dann in einen IP- und/oder MPEG-Transport-Stream gewandelt und schließlich in ein Kabelnetz eingespeist werden.
Die MoIN Server Software kann auch virtualisiert in der Cloud betrieben werden.
Die MoIN Server Software kann auch virtualisiert in der Cloud betrieben werden. Der IP-4c-Codec und IP-8e-Encoder bieten physikalische Audio-Schnittstellen. / Quelle: 2wcom

Unterstützung der Anwender im täglichen Betrieb

Die Vorkonfiguration der Hard- und Software für Management, Steuerung und Monitoring erfolgt über eine einfach zu bedienende Weboberfläche oder remote über SNMP, Ember+, JSON und zukünftig auch über NMOS. Das Webinterface des Audio over IP-Codecs und Encoder bietet außerdem die Möglichkeit, dass alle aktivierten Ein- und Ausgangsquellen über das Icecast „Live Listening“-Feature abgehört werden können. Ein SIP-Telefonbuch (bis zu 450 Einträge) vereinfacht die Kommunikation in Netzwerken, indem es durch das Aushandeln von Codec-Algorithmen und Protokollen einen unkomplizierten Verbindungsaufbau ermöglicht. Damit SIP-Einträge und Statusinformationen für Reporter unabhängig von WLAN-Verfügbarkeit abrufbar sind, können diese über das Webinterface und das Hardware-Display eingesehen werden. Die Unterstützung von DHCP ermöglicht die automatische Zuweisung von IP-Adressen, ohne dass diese extra vom User-Helpdesk angefordert werden müssen. Falls auf Grund eines Live-Events temporär weitere aktive Kanäle benötig werden, ist eine entsprechende Skalierbarkeit möglich. Beide zuletzt genannten Punkte erhöhen die Unabhängigkeit und Beweglichkeit der Produktionsteams erheblich.

Ausfallsicherheit durch ein mehrstufiges Konzept

Das Chassis der beiden Hardware-Produkte kann mit bis zu zwei internen oder externen Netzteilen ausgestattet werden. Schutz vor IP-Paketverlust wird durch die integrierte Pro-MPEG FEC geboten. Alternativ hierzu kann das Secure Reliable Protocol (SRT) genutzt werden, dass sich in Bezug auf die benötigte Bandbreite und Latenz deutliche ökonomischer verhält.
Zusätzliche Redundanz wird über zwei weitere Features geboten. Zum einen durch Dual Streaming: hier werden zwei Streams parallel übertragen. Im Falle einer Unterbrechung des führenden Streams können die IP-Pakete auf Basis des sekundären Streams wiederhergestellt werden. Beide Streams sind kombiniert mit einer Pro-MPEG FEC, derzeit wird Dual Streaming (SMPTE 2022-7) für SRT implementiert. Zum anderen besteht die Möglichkeit, einen Stream parallel in bis zu vier Audio-Qualitäten zu übertragen. Falls der Stream mit der besten Qualität wegbricht, wird ohne Unterbrechung auf den Stream mit der nächstfolgenden Audio-Qualität geswitcht.
Außerdem bietet die Audio over IP-Serie optional auch Redundanz per alternativem Distributionsweg. Durch die Unterstützung von RTP / UDP und DVB-S/S2 / ASI kann auf Encoder-Seite die Verteilung von Inhalten über IP und über Satelliten konfiguriert werden. Am Senderstandort kann der Audio over IP-Codec als Decoder mit einem kombinierten Satelliten Receiver/ ASI Modul ausgerüstet werden. Falls ein Distributionsweg ausfällt, kann der Decoder auf die redundante Quelle umschalten.

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Ein sehr übersichtliches Innenleben und eine hohe Verdichtung von Funktionen in einem Gerät
Ein sehr übersichtliches Innenleben und eine hohe Verdichtung von Funktionen in einem Gerät wird durch das Software basierte Gesamtkonzept erreicht. / Quelle: 2wcom

1. Audio over IP Solutions: Unterstützung von Kontribution und Distribution weitergedacht

Alle Audio over IP-Produkte der Broadcasttechnologie-Schmiede aus dem hohen Norden können flexibel in der gesamten Übertragungskette eingesetzt werden, sei es in Übertragungswagen, Live-Studios, Postproduktion, Sender-Studios, lokalen Netzwerken oder auch in nationalen bzw. internationalen Systemnetzen. Bevor es in die Details geht, folgt ein kurzer Überblick zu den Basisversionen des derzeitigen Portfolios:

  • Der IP-4c Vierkanal Audio over IP-Codec (Encoder/Decoder) hat einen freigeschalteten Audio-Kanal. Dies kann auf bis zu zwei analoge und vier digitale Stereo-Kanäle erweitert werden. Hierfür sind sowohl physikalische Audio- als auch IP-Schnittstellen vorgesehen.
  • Der IP-8e-Achtkanalkanal Audio over IP / DVB /ASI-Encoder bietet ASI- und IP-Schnittstellen sowie bis zu vier analoge und bis zu acht digitale physikalische Audioschnittstellen.
  • Der MoIN Multimedia over IP Network-Server-Software (kurz MoIN) kann auf Hardware-Servern, VMs und auch als Docker Container in der Cloud eingesetzt werden. Je nach Rahmenbedingungen (Speicher und Power) können bis zu 1024 Streams encodiert werden und je Encoder kann an bis zu 80 Ziele gestreamt werden.

Alle Produkte sind bereits mit Funktionen für IP-Streaming, Redundanz, Management, Control und Alarm ausgestattet. Außerdem wird ein umfangreiches Paket an Audio-Codecs unterstützt. Dies beinhaltet auch die unterschiedlichen Samples per Frame im Falle von AAC-Profilen oder Opus, um Kompatibilität zu gewährleisten.
Durch die Unterstützung von Protokollen wie Ravenna, Livewire+, SRT oder Dante wird eine hohe Interoperabilität erreicht. Die weitere Harmonisierung zwischen den Protokollen und die Vereinfachung der Datensteuerung in gewachsenen Systemstrukturen erfolgt durch Standards wie EBU N/ACIP Tech 3326, AES67, SMPTE ST 2110, SMPTE 2022-7, SNMP, Ember+ und zukünftig auch NMOS. Für Internet-Streaming wird Icecast und HLS unterstützt. Die Audio Transcoding-, Protokoll Transforming- und Multiplexing-Funktionalitäten der 4audio IP Serie ermöglichen es, Audio Streams situativ aufzubereiten.


 

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