CobraNet與EtherSound音頻傳輸技術比較

1、CobraNet 與 EtherSound 音頻傳輸技術比擬著作 兆翦以太網(wǎng)上傳輸音頻信號是近幾年來專業(yè)音頻行業(yè)的一個技術焦點，也是日后專業(yè)工程項 目中的一個 重要的傳輸技術環(huán)節(jié)。 因為它是不依賴于控制系統(tǒng)而獨立存在的一個產(chǎn)品， 可以 廣泛地應用到很多的 不同工程中去， 一方面解決了多線纜的布線困難問題， 同時也解決了遠 距離傳輸、 數(shù)據(jù)備份、 自動冗余等一系列在模擬傳輸時代所無法面對的問題。 目前比擬成熟 的以太 網(wǎng)音頻傳輸技術主要是 CobraNet 和 EtherSound 技術，前者已經(jīng)開發(fā)和使用多年，用 戶較多，交互性 好， 缺點是網(wǎng)絡延時長， 后者解決了延時的問題， 但是開發(fā)和使用

2、普及程度 稍差。 兩者在技術上各 有千秋， 本文之目的就是客觀地分析兩種網(wǎng)絡的應用區(qū)別， 以求證一 種相對適合的應用方案建議給廣 大讀者。1、網(wǎng)絡特性綜述a 、CobraNet 網(wǎng)絡：是美國 PeakAudio 公司開發(fā)的一種在以太網(wǎng)上傳輸專業(yè)非壓縮音頻信號 的技術， 它可以在 100M 以太網(wǎng)下單向可以傳輸 64 個 48kHz 、20bit 的音頻信號通道 48kHz 、 24bit 信號為 56 路；除音頻信號外，還可以傳輸 RS485 串口通信數(shù)據(jù)及其它非同步 IP 數(shù) 據(jù)；開放 的 MIB 文件，支持 SNMP ?？梢詮?PeakAudio 公司獲得相關技術資料，使用模塊 化的 CM

3、-1 可以方 便地將音頻信號轉(zhuǎn)換為 CobraNet 信號，具有成型的軟件工具包 SDK 和 API 。b 、 EtherSound 網(wǎng)絡：由法國 Digigram 公司開發(fā)的一種基于以太網(wǎng)傳輸音頻信號的技術。傳 輸能力 為單方向 64 個 24bit 、 48kHz 或 44.1kHz 采樣頻率的音頻通道。雖然它不能傳遞 串口信號以及其 它 IP 數(shù)據(jù)，但是它的技術最大的亮點就是極低的延時，因此EtherSound 技術最適合應用到現(xiàn)場演出中去。2、硬件結(jié)構(gòu)比照a、CobraNet硬件設備CM-1CM-2CobraNet硬件設備目前主要包括 CM-1 , CM-2兩種。其中CM-1為Peak

4、Audio自己制造的 成品通信卡，屬于第一代產(chǎn)品，但是網(wǎng)絡通信能力比擬強，價格較高；CM-2可以定制生產(chǎn)，任何廠家只要從PeakAudio購置了主芯片，并獲得了生產(chǎn)許可后就可以自行生產(chǎn)CM-2板卡，并且可以集成到其它產(chǎn)品的主板上去。CM-1和CM-2的主要區(qū)別如下:CM 1CM 2 (CSI80xxCS496IXX ) +CS18100八CS496102八CS181012/CS496111最大音碩心比力32X32八2X2 -16X16八串口橋8bit.9bit8bitDSP謹率24W100MIPS32bitIOOMIPS-支持IP協(xié)議集支持？支持-其中CM-1使用的是DSP56303+FPGA

5、 以及其它存儲器構(gòu)成的芯片組。由于開發(fā)的比擬早，所以DSP的速度受到了 DSP56303的速度限制只能到達 24bit/100MIPS。而CM-2那么支持更快的32bit/100MIPS的數(shù)據(jù)流。對于 CM-2來說16個單方向通道是最大的極限了，如果生產(chǎn)8通道的產(chǎn)品相對本錢比擬低，但是16通道的就還需要增加 FPGA橋接才能構(gòu)成16X16的完整通道。至于 CS1810XX和CS4961XX系列主要區(qū)別就是后者包含了一個根本的用戶DSP和CobraNet的接口的費用。至DSP可以使用，這大大的方便了某些用戶，省去了開發(fā)于CM-1可以傳輸特殊的9bit串口通信數(shù)據(jù)完全是為了適應一些特殊的設備如Co

6、ntrolMatrix 。還有一些CobraNet硬件設備所用之處不多，比方一些叫做CM-1-FW的模塊，其實是由使 用廠家向PeakAudio定制的特殊的 CobraNet板卡。他們的功能和 CM-1相同，但是電路板 上通常集成了使用方 需要的其它 DSP、ADC/DAC以及供電等功能。b、EtherSound的硬件設備On Air3000AVY16-ESEtherSou nd硬件的生產(chǎn)也和 CobraNet類似，有些是版權公司生產(chǎn)的，比方上圖的 On Air 3000就是為瑞士 Studer的數(shù)字化直播調(diào)音臺定制的；還有一些是OEM合作生產(chǎn)的，比方 AuviTran出品的AVY16-ES

7、就是為YAMAHA 樂器公司生產(chǎn)的 Mini-YGDAI格式的EtherSound接口 卡，這種網(wǎng)卡除了可以安裝在YAMAHA PM1D 、 PM5D、M7CL等系列數(shù)字調(diào)音臺上外，還可以安裝在 YAMAHA出品的DME24N/64N 數(shù)字DSP接口箱和NEXO網(wǎng)絡系統(tǒng)等。經(jīng)過幾代的開展，目前EtherSound硬件產(chǎn)品主要產(chǎn)品按照接口能力的開展順序分為EtherSound、EtherSound100 和 EtherSound Giga，主要的技術指標區(qū)別如下ESES 100ES Giga取大音頻傳輸通道64 X 6464 X 64512X 512100M ES音頻端口VV1000M ES音頻

8、端口V100M控制端口VVES的模擬端口能力只有 8通道和2通道兩種3、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)比照 a、CobraNet設備的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)數(shù)拯庫CobraNet設備都必須通過以太網(wǎng)交CobraNet采用了同CobraNet必須使用星型或連星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，所有的換機互相連接在一起。這樣的結(jié)構(gòu)與標準的以太網(wǎng)設備是一致的。由于步通信技術，所以其同步數(shù)據(jù)報必須在有限的時間誤差內(nèi)播送到所有節(jié)點，這主要取決于交換機的交換原理和通過數(shù)量，一般來說最遠節(jié)點CobraNet設備之間的交換機數(shù)量不能超過6個假設存在Spanning Tree，那么按照樹型結(jié)構(gòu)的最遠點計算。一般來說使用Cut-Through類型交換機會減少同步延時。b

9、、EtherSound設備的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)SLAVE菊花，吏中茨屬丐輔pOAiTgtiea nn+UpgtrgW n石a交換機單白傳綽:DownreamA亠SLAV! 1 J nESEEtherSound設備系統(tǒng)可以采用菊花鏈結(jié)構(gòu)或以太網(wǎng)星型結(jié)構(gòu)或者這兩種結(jié)構(gòu)的混合形式。采用菊花鏈結(jié)構(gòu)時，音頻的傳輸可以單方向或者雙方向，這取決于每個節(jié)點的硬件屬性是否支持雙向傳輸。唯一的問題是當EtherSound數(shù)據(jù)流通過以太網(wǎng)交換機的時候只能是沿著一個方向(Downstream )傳遞音頻數(shù)據(jù)，也就是說無論這臺交換機上連接了多少個EtherSound設備，同時只能有一臺經(jīng)過配置的設備可以向網(wǎng)絡中發(fā)送音頻數(shù)據(jù)，其它

10、節(jié)點只能用來接收。這種數(shù)據(jù)包是播送類型的，但是由于每個端口是等帶寬數(shù)據(jù)傳輸，所以只能使用全雙工的交換機而不能使用 HUB。對于數(shù)據(jù)量比擬小的非同步控制信號，那么可以進行雙向傳輸?shù)摹?、網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu)比照a、CobraNet數(shù)據(jù)報協(xié)議特征CobraNet傳輸協(xié)議的構(gòu)建依靠 3種根本數(shù)據(jù)包來完成：一是同步數(shù)據(jù)包(Beat Packet )，它是由網(wǎng)絡中的Con ductor發(fā)出的同步指令數(shù)據(jù)，每秒種750個，作為每個同步周期的起始數(shù)個CobraNetQ 士F1Beat PacketBeat Packet R 汕廿蘋;(1 335 33ms)據(jù)包與網(wǎng)絡中的全部CM-1設備保持精準同步；二是同步音頻數(shù)據(jù)

11、包(Isochro nous DataPacket)，也是CobraNet需要傳送的真正數(shù)據(jù)內(nèi)容，可以單播(Un icast)也可以多播(Broadcast)出去；三是預約請求數(shù)據(jù)包(Reservation Packet ),它是由除了 Con ductor以外的所有 CM-1發(fā)出的播送數(shù)據(jù)包，包含了發(fā)送請求數(shù)據(jù)和優(yōu)先級等重要信息。除了以上三種必須的數(shù)據(jù)包類型外，還有兩種可選的數(shù)據(jù)傳送包：串口包橋(Serial Bridge )和IP數(shù)據(jù)包橋(Packet Bridge )。這兩種數(shù)據(jù)包和 CobraNet的音頻數(shù)據(jù)傳送本身沒有任何關系，是一種附加的功能。也就是說我們可以通過CobraNet網(wǎng)

12、絡傳送和音頻無關的串口或IP格式的控制數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)橋功能在工程應用中起著非常重要的作用。CobraNet數(shù)據(jù)量僅與傳輸?shù)挠行ǖ罃?shù)有關。b、EtherSound數(shù)據(jù)報協(xié)議特征FTHIIT1236yVCRC 口工節(jié)? :斎吝押一丈和甞百5曲：i行2套芍存在了，和CobraNet協(xié)議不同，EtherSound數(shù)據(jù)包只有一種格式。同步和音頻數(shù)據(jù)在一個數(shù)據(jù)包中換句話說就是一種自同步技術。EtherSound同步方式借鑒了總線式同步數(shù)據(jù)傳送方式，如火線IEEE1394接口協(xié)議，數(shù)據(jù)包發(fā)送的頻率就是同步頻率。IEEE1394協(xié)議是一個點對點協(xié)議，所以同步數(shù)據(jù)是發(fā)送端確認，這一特征也被EtherSound

13、所繼承，同步發(fā)送的數(shù)據(jù)是從第一個設備中產(chǎn)生。可是對于一個菊花鏈/星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡系統(tǒng)，哪一個設備算是第一個呢？這個第一就是由用戶在搭建系統(tǒng)的時候根據(jù)系統(tǒng)的配置自己設定的，并將其命名為“ Primary Master ,也就是說一個完整的EtherSound系統(tǒng)只能有一個“ Primary Master ,它的作用與CobraNet的Con ductor作用類似，只是工作原理不同。如果系統(tǒng)同步時鐘定義在44.1kHz的話，那么“ Primary Master就按照44.1kHz的速度向外發(fā)送固定長度為236字節(jié)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包，如上圖。總數(shù)據(jù)開銷可以計算出=44100X236X8=83.3Mbi

14、t/s ;同理可以計算出48kHz采樣下的數(shù)據(jù)開銷為 90.6Mbit/s，顯然這已經(jīng)到達了100M以太網(wǎng)的實際傳輸數(shù)據(jù)上限。上圖中左側(cè)的ES設備就是“ Primary Master ,它被控制電腦配置后開始向網(wǎng)絡中發(fā)送標準的EtherSound幀，發(fā)送頻率就是音頻采樣頻率，后面的設備與它進行同步。需要注意的第一個問題是這個幀的數(shù)據(jù)量永遠是恒定的，與其中是否傳輸音頻信號或者傳輸多少通道音頻信號無關；第二是由于沒有同步延時矯正，所以EtherSound數(shù)據(jù)流每經(jīng)過一個設備就要增加一點延時，同步具有相對性；第三就是這個數(shù)據(jù)流可以比做是增加了以太網(wǎng)報頭的“IEEE1394結(jié)構(gòu)，所以所有設備都不具備識

15、別以太網(wǎng)MAC地址的能力，也就是說它們不是通過以太網(wǎng)的 MAC地址尋址方式通信的CobraNet是通過MAC尋址，這樣來的好處是避開了以太網(wǎng)封裝/去封裝過程，使得網(wǎng)絡延時大大縮短，不利之處就是網(wǎng)絡中不能包含有任何其它數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)，當然也包括普通IP數(shù)據(jù)，因為所有的 EtherSound設備無法識別這些雜質(zhì)這使得EtherSound網(wǎng)絡的擴展功能變的復雜化。5、內(nèi)核原理比照 a、CobraNet內(nèi)核結(jié)構(gòu)HostClockAn drOSerial上圖中的左側(cè)四個接點為輸入內(nèi)容，除了基準時鐘信號外可以傳送同步音頻數(shù)據(jù)和非同步的串口和IP數(shù)據(jù)。通過DSP將同步數(shù)據(jù)與基準時鐘同步，以確定如何將同步音頻

16、數(shù)據(jù)流割成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分發(fā)出去，并且利用同步周期內(nèi)的空余時間將非同步串口和IP類型數(shù)據(jù)分發(fā)出去?！?Ethernet MAC負責把全部的數(shù)據(jù)包按照MAC地址包裝成符合以太網(wǎng)要求的格式，在定時器(OP Timer )的控制下有節(jié)奏的通過以太網(wǎng)線圈(Ethernet PHY )發(fā)送到網(wǎng)IC模塊中，而且遠程控制和升級非常容易CM-2標準模塊中都得以實現(xiàn)，見下列圖隨著技術的開展，很多復雜的功能可以編程到最關鍵的是制造本錢大幅度下降了。這些技術在1 I1CobraNet CM-2 :t1 ft廣FlashModuleo-11I itI fjIIiivcxoJrMemoryrr1 Tn1人CS1810XX

17、/EthernetEthernetVTLCS4961XXControllerMagnetics絡中去。Cloc k幾個通用的以太網(wǎng)芯片(類似于制造網(wǎng)卡)就可以生產(chǎn)CM-2 了CS1810XM CS4961參系列芯片集成了大局部CobraNet合成功能，其它廠家只需要添加進來 b、EtherSound內(nèi)核結(jié)構(gòu)AudioSerialR52Spun osoqT 99乙 r da oisQoy 6d qp (daa)比 sb陽 oo i uvao!6ys乙3IAI0I)童舊童羞：9圖是標準的 ES/ES100/ESGiga 設備，右側(cè)紅線標注的 100M 以太網(wǎng)接口在 ES 設備上沒有， 其它 兩種設

18、備上有。這是因為我們先前討論的那個問題，因為 EtherSound 數(shù)據(jù)流為了降低 延時，采用了類 似 IEEE1394 總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包，并改換了報頭去適應以太網(wǎng)，但是由于它 終究不是 MAC 類型的以 太網(wǎng)分發(fā)協(xié)議類型， 所以不能在以太網(wǎng)絡中和其它類型的數(shù)據(jù)混合 傳輸，為了克服 EtherSound 的控 制信號傳遞缺陷，廠家從模塊的 FPGA 翻開了另外一個以 太網(wǎng)端口其功能和 RS232 端口非常類似， 只是輸出格式不同而已。但是要注意的是這 個端口不能和音頻 EtherSound 網(wǎng)絡共用一個 VLAN ， 需要另外建立網(wǎng)絡系統(tǒng)， 這樣做的好 處還有配置電腦無須連接到 “ Prima

19、ry Master 上也可以工作了。EtherSound 的 FPGA 內(nèi)核是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，所以存放器的大小直接決定了音頻 的傳輸能 力。 ES 系列存放器有兩種， 一個是 MSx 88 EepROM 200k DR 可以提供 8 路輸入 /8 路輸出的能力， 另外一種是 S2 PROM 100k DR 的小容量存儲器 FPGA ，只能提供 2 通道音 頻輸出的能力。6、延時比照a、 CobraNet 延時特性CobraNet 設備之間傳送數(shù)據(jù)采用 MAC 尋址方式，所以數(shù)據(jù)延時主要取決于以太網(wǎng)封裝/解封裝、 網(wǎng)絡傳輸延時和交換機延時。 在這個過程中的網(wǎng)絡延時 主要是網(wǎng)線或光纖通常是

20、幾個微 秒的數(shù)量級，而交換機也只有幾個幾十個微秒的延時，可以忽略不計。對于以太網(wǎng)封裝 /解封裝以及 CobraNet 編解碼是固定的 1.33ms 、 2.66ms 和 5.33ms 三種在一個固定的 網(wǎng)絡 結(jié)構(gòu)下，同一時間只能采用一種延時。這三種延時可以是用戶在 CM-1 或 CM-2 上根據(jù)需要自 己設定。一般來說長延時 5.33ms 應用的時候數(shù)據(jù)包長度比擬大，數(shù)據(jù)誤碼 率小，芯片工作壓力小壽命比擬長，所以這是廠家比擬推薦的，盡管這個延時相比照擬長， 但是在工程 應用中看 5.33ms 相對于人耳的延時也是可以忽略不計的，只是對于一些現(xiàn)場演 出的場合要求延時比擬 苛刻的時候，可以選擇 2

21、.66ms 或者 1.33ms 。在這種前提下，還不如 采用 EtherSound 技術更能縮短這個延時了。由于 CobraNet 采用了 MAC 地址尋址方式傳遞 數(shù)據(jù)， 所以網(wǎng)絡中任意一對發(fā)送 /接收器的延時都是相等的，與設備在網(wǎng)絡中的相對位置無關。 CobraNet 采用 Con ductor 設備作為同步信息包 Beat Packet 的分發(fā)者，其同步能力是受CobraNet 系統(tǒng)最多只能同步 120 個到 Beat Packet 的同步報文長度限制，所以一個那么一個CobraNetCM- 1/CM-2個傳送器。在星型網(wǎng)絡架構(gòu)下，只要干線交換機總帶寬足夠，系統(tǒng)最多可以同時傳送 960個

22、音頻通道。b、EtherSound 延時特性EtherSound是采用DownStream 方式傳輸音頻數(shù)據(jù)流，由于不依賴于以太網(wǎng)的MAC尋址方式，而且具有固定的報文長度，并依靠以太網(wǎng)前導字符串做自同步，這些條件促使了EtherSound無須花費更多的時間去處理復雜的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸關系，類似于IEEE1394這樣的總線傳遞時間就可以完成。EtherSound的網(wǎng)絡延時最主要就是建構(gòu)DownStream數(shù)據(jù)流需要花費6個采樣時間(假設音頻采樣頻率為48kHz時，一個采樣時間就是 1/48000S ,那么6個采樣就是125us這個時間長度是固定的)。按這樣計算，假設一個音頻輸入信號通過了3的培牡時

23、巾朝小100XCAT55.AA 七S蠟皿議出1Slcr Forward=20小IS那文慮機假設蟲趕M個ES設備和一個存儲-轉(zhuǎn)發(fā)型交換機并輸出的話，那么它的總傳輸延時見下列圖的計算分析:?啪聯(lián)輸空T的延時八A穿軒鈿肥右)-?x r +OT ps ) ?小屮3x0 IS (TOO 米電雄 1 =149.5( 3.t ps )假設采用菊花鏈型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，那么每增加一個ES節(jié)點，一個網(wǎng)絡 Dow nStream只增加了 2卩即使增加了 10個ES設備才相當于一個采樣時間的寬度(1/48000S )?？梢娺@么短的延時量用在現(xiàn)場演出系統(tǒng)中是無法發(fā)覺的。由于EtherSound技術是基于總線傳輸方式開展起來的

24、，它的自同步方式?jīng)Q定了其接力傳輸距離理論上可以無限制的遠，只是從輸入到輸出端，每增加一個ES節(jié)點就增加了 2As而已。另外一個引入的問題就是采用共享帶寬的結(jié)構(gòu)以后，一個EtherSound系統(tǒng)的單向最大傳輸能力被“Primary Master限定在64個通道。假設要增加傳輸能力只能依靠擴展總帶寬來實現(xiàn)，如EtherSound Giga系統(tǒng)采用了 1000M網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以單方向傳輸512個音頻通道。7、傳輸平安與網(wǎng)絡管理比照 aCobraNet 傳輸平安與網(wǎng)絡管理方式CobraNet 網(wǎng)絡可以并存在通用的以太網(wǎng)系統(tǒng)中，所以網(wǎng)絡中的其它類型數(shù)據(jù)包(如 IP 數(shù)據(jù) 包)可能 會和 CobraNet

25、數(shù)據(jù)相互影響。 當未知的 CM-1/CM-2 設定在一些播送數(shù)據(jù)包接收或 高優(yōu)先級單播數(shù) 據(jù)包接收狀態(tài)下，可能會出現(xiàn)信息泄露問題，此時可以采用私用( Private ) 高 Bundle 號碼( 6528065535 )方式進行傳遞。采用 Private 方式傳遞信號必須要求發(fā)送和 接收設 備之間以固定的， MAC 地址互相綁定，這就可以完全防止信息泄露問題了。CobraNet 目前全面支持 SNMP v1 版本，使用任何標準的 SNMP 管理程序和 MIB 文件可 以訪問 / 控制 CobraNet 參數(shù)，這個特性對于工程應用和大型網(wǎng)絡系統(tǒng)管理的角度看是相當必 要和重要的。b、 EtherSound 傳輸平安與管理方式前