基于以太网的数字音频网络

基于以太网的数字音频网络

目前比较成熟的以太网音频传输技术主要是CobraNet和EtherSound。前者已经开发和使用多年，用户较多，交互性好，缺点是网络延时长；后者解决了延时的问题，但是开发和使用普及程度稍差。本文之目的通过客观地分析数字音频网络的机理，对比各种传输技术，以求证哪一种传输网络更适合大家。

二. 音频网络的内部结构

OSI参考模型是数据网络工作的基础，它为每一层之间的通信规定了公共的方式，以OSI模型作为基础使音频网络简单化。相对于构成OSI模型的七个层，音频网络可以简单分解为两大主要部分：控制和传输。配置、监控以及实时设备控制都可以归入控制类别，并且用了几个标准的通信协议。传输顾名思义，就是把数字音频搬来搬去。

控制申请可以在应用层的标准协议中找到。音频中的应用层协议有Telnet、HTTP以及简单网络管理协议(SNMP)。Telnet是网络电传的缩写，是最早的英特网协议之一。它规定了机器通信的命令行格式。百威媒体矩阵，使用了这种技术，称为RATC，作为遥控媒体矩阵中设备的一种方法。SNMP是网络上用于监控的一个协议，在网络运行中心(NOC)的监控中是一个关键技术。它是应用层协议，通过UDP/IP协议与网络上的设备进行通信，可以沟通多重数据传输技术。在大多数情况下，当音频信号传输时，基于TCP/IP协议的控制可以在同一网络上运行，如CobraNet和Dante设计为允许数据通信与音频通信共存。

组织并管理音频比特是音频传输的工作，通常是由音频协议完成的。Aviom、CobraNet以及EtherSound 等都是为在网络上传输而组织比特的协议。传输可以分为两种：物理传输和逻辑传输。

纯粹的物理层技术，像Aviom，使用硬件来组织和移动数字比特。通常会用一块专利芯片用来组织并控制它们。基于以太网的技术把音频分包，然后发送到数据链接层和物理层，就可以在以太网设备上传输。以太网既是逻辑技术也是物理技术，在数据链接层把音频进行分包或者“分帧”，然后发送到物理层以便于移动到网络上的另一台设备上去。

三. 以太网结构的数字音频网络

数字音频网络由音频输入模块、以太网Switch、计算机、音频传输设备组成。音频输入模块把模拟信号转换为数字信号，或者用于接收AES信号源信号，计算机运行并配置系统软件。网络中专门有一台音频传输设备起着传导器的作用，让其他所有设备同步、有序、及时地传输组包信息，信号流的传输方式可以是点到点的单播形式，也可以是点到多点的多播方式。

国际标准化组织ISO制订的网络互联模型OSI中，以太网帧结构归属于数据层。在以太网构建的局域网中，MAC帧则是最大的一个数据包了，其它所有的同步或非同步信息都是包含在这个数据包中进行传输的，表1是标准以太网（即DIX格式）MAC帧的格式。

需要注意的是MAC帧只是完成了数据层（OSI第二层）协议的工作，当数据传输到目的地以后，MAC 帧就已经被打开，而只将上图中“数据”这个部分传输到上层协议中，上层协议（或处理单元）还要继续分析这个数据包。如CobraNet数据包样被“封装”在MAC帧中，但由于MAC帧中标注的协议类型号是X’88-19，只限于数据链路层，所以这个数据包不会再向网络层或更高层传送而直接被送到了CobraNet的同步解码器。在每个MAC帧的最后还有4个字节的帧校验序列FCS（Frame Check Sequence），负责检查整个MAC帧的数据的准确性。这个检查是非常必要的，对于整个数据帧，1bit的错误信息就有99.9%的概率被检测出来。而对于这些错误，更高级的协议（如TCP）甚至可以要求源服务器重发这个帧。

四. 几种基于太网架构传输技术的比较

尽管以太网是决定音频网络效率高低和协作性能好坏的基础，模拟音频信号还是不能很容易地被转换成数据并在标准的以太网络中传输，这是因为音频信号时效性极强。在音频网络中，数据包的延迟发送将导致音频信号的流失和不连贯。以太网是一种异步技术，不具备实时概念，传送管理也是“非确定性的”，这意味着以太网不能百分之百地保证某一数据包的及时送达。因此为了音频数据实时、稳定的传输，网络必须要有某种确定性的时效传输技术。Avoim 、EtherSound、CobraNet以及Dante技术就可以提供这样的

技术。

先用OSI模型作为框架了解这四种传输技术。

1.Aviom公司独自研制的A-NetTM 数字音频传输技术是建立在物理层技术,使用标准的Cat-5e线缆和RJ-45端子。一条五类线可以传输多通道（64*64）、无压缩、超短延时（整个系统0.8毫秒）、远距离（点对点设备间150米）的数字音频，适用于音频信号源较多（8路话筒&线路以上），信号源和控制室、监听室、录音室、演播室的距离较远，追求高品质信号传输及个人调音监听的场所。可以采用环型、星型以及两者相结合的系统架构。

2.CobraNet是一个完全的以太网技术，数据链路层的两个子层都得到了使用。CobraNet是美国PeakAudio公司开发的一种在以太网上传输专业非压缩音频信号的技术，它可以在100M以太网下单向可以传输64个48kHz、20bit的音频信号通道（48kHz、24bit信号为56路）；除音频信号外，还可以传输RS485串口通信数据及其它非同步IP数据；开放的MIB文件，支持SNMP。 CobraNet必须使用星型（或连星型）网络结构，所有的CobraNet设备都必须通过以太网交换机互相连接在一起。CobraNet传输协议的构建依靠3种基本数据包来完成：一是同步数据包（Beat Packet），它是由网络中的Master设备发出的同步指令数据，作为每个同步周期的起始数据包与网络中的全部设备保持精准同步，也就是系统中需要用户设置一个“Master”。一个数据包大约100个字节，每秒钟发送750次，总共占用大约1M的带宽；二是同步音频数据包（Isochronous Data Packet），也是CobraNet需要传送的真正数据内容，可以单播（Unicast）也可以多播（Broadcast）出去。音频数据包数据在整个CobraNet数据中占据了绝大多数，一个包大约包含了1280个字节的数据，加之其它报头和报尾数据，一个Bundle（在48kHz、20bit采样率下，每个Bundle 包含8个PCM音频数据通道）大约要消耗8M的带宽；三是预约请求数据包（Reservation Packet），它是由除了Conductor以外的所有CM-1发出的广播数据包，包含了发送请求数据和优先级等重要信息。每个包