CobraNet音頻網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用

崔國海

摘要 本文首先闡述了CobraNet協(xié)議的基本知識，并較詳細地說明了三個數(shù)據(jù)包的組成和結(jié)構(gòu)，也簡單計算了一下CobraNet協(xié)議所占用的帶寬，另外也描述了CobraNet協(xié)議的一些特征。而且文章是作者根據(jù)近7年在廣播中使用該種協(xié)議后整理的一篇論文，具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞 CobraNet協(xié)議；節(jié)拍數(shù)據(jù)包；預(yù)約數(shù)據(jù)包；音頻數(shù)據(jù)包

中圖分類號：TP37 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）12-0211-02

Abstract： Are described in this paper basic knowledge of CobraNet protocol， and detailed description of the composition and structure of the three packets， simple calculation CobraNet protocol occupied bandwidth， in addition to describing the characteristics of CobraNet protocol. And the article is the author based on the past 7 years in the broadcast of the use of this kind of agreement after finishing a paper， has a certain reference value。

Key words： CobraNet agreement；Beat packet； Reservation Packet ；Audio Packet

1概述

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)靈活性，系統(tǒng)的冗余安全性和容錯一般比較好實現(xiàn)；能夠很方便地對信號的路由進行調(diào)配；也能夠?qū)崟r監(jiān)測和控制系統(tǒng)中所有信號的狀態(tài)及設(shè)備等特點。目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)深入廣播電視領(lǐng)域。安徽臺廣播系統(tǒng)自2009年系統(tǒng)數(shù)字化以來，已經(jīng)運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了系統(tǒng)的音頻傳輸和監(jiān)測。該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是現(xiàn)在廣播系統(tǒng)中流行的CobraNet協(xié)議技術(shù)。CobraNet是設(shè)備廠家集合硬件設(shè)備和軟件開發(fā)以及通信協(xié)議相互融合而實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)音頻實時傳輸技術(shù)。是通過以太網(wǎng)方式運行的一種廣播音頻數(shù)據(jù)傳輸方式。

2 CobraNet協(xié)議的基本知識

CobraNet是美國peak audio公司開發(fā)，基于局域網(wǎng)的音頻數(shù)據(jù)非壓縮、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸。為準(zhǔn)實時傳輸，傳輸時延為1.33毫秒，音頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸。CobraNet是已以太網(wǎng)為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，工作在網(wǎng)絡(luò)OSI模型中數(shù)據(jù)層。

CobraNet協(xié)議數(shù)據(jù)包共有三個：分別為節(jié)拍數(shù)據(jù)包（Beat packet）、預(yù)約數(shù)據(jù)包（Reservation Packet）和音頻數(shù)據(jù)包（Audio Packet）。下面分別加以介紹。

2.1節(jié)拍數(shù)據(jù)包（Beat packet）

節(jié)拍數(shù)據(jù)包的功能就是實現(xiàn)所有CobraNet設(shè)備時鐘同步，由網(wǎng)絡(luò)中唯一conductor（CobraNet主設(shè)備）發(fā)出的節(jié)拍數(shù)據(jù)包，其它設(shè)備的時鐘都與conductor同步。

節(jié)拍數(shù)據(jù)包就是要在CobraNet協(xié)議的以太網(wǎng)中造成起一個同步的 “時鐘節(jié)奏”，網(wǎng)絡(luò)中有了同步節(jié)拍才能保證全網(wǎng)絡(luò)中的CobraNet設(shè)備在一個節(jié)拍上工作。假設(shè)CobraNet網(wǎng)絡(luò)中沒有這所謂的“時鐘節(jié)奏”，音頻信號是不能在CobraNet網(wǎng)絡(luò)中正常傳輸?shù)摹Ｒ粋€CobraNet協(xié)議網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中當(dāng)主Conductor設(shè)備關(guān)閉，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會按一定規(guī)則自動選出一個新的Conductor設(shè)備。節(jié)拍數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

2.2 預(yù)約數(shù)據(jù)包（Reservation Packet）

在CobraNet協(xié)議網(wǎng)中，預(yù)約數(shù)據(jù)包就是CobraNet設(shè)備按照一定的規(guī)律向外發(fā)送的組播數(shù)據(jù)包，為1秒鐘1個設(shè)備發(fā)1次，而且每個包包含的數(shù)據(jù)量為100字節(jié)。

預(yù)約數(shù)據(jù)包的用途是兩個，第一個是網(wǎng)絡(luò)中的每臺CobraNet設(shè)備定期向conductor發(fā)出預(yù)約傳送（或接收）的請求，而且等待獲批；第二是網(wǎng)絡(luò)中的每臺CobraNet設(shè)備定期向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自己的IP地址以及CobraNet優(yōu)先級。網(wǎng)絡(luò)中的所有CobraNet設(shè)備必須按照發(fā)布的CobraNet優(yōu)先級順序在網(wǎng)絡(luò)中時刻進行排隊。如網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)斷電或其他故障，排在后面的CobraNet設(shè)備能夠馬上頂替上去作為conductor的角色。預(yù)約數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖2所示

2.3音頻數(shù)據(jù)包（Audio Packet）

音頻數(shù)據(jù)包是CobraNet網(wǎng)絡(luò)中真正音頻部分，當(dāng)CobraNet協(xié)議網(wǎng)絡(luò)批準(zhǔn)傳送機向外傳送信號時，同步音頻數(shù)據(jù)就由傳送機開始向目的地址發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)中的目的地址一般為單一一個（單播）和多個（組播）。在整個CobraNet協(xié)議數(shù)據(jù)中音頻數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)占據(jù)了絕大部分，再算上一些報頭和報尾的數(shù)據(jù)，一個Bundle（采用頻率為48KHz，量化比特為20bit，每個Bundle包含8個PCM音頻數(shù)據(jù)通道）大約為8Mb/s的帶寬。CobraNet網(wǎng)絡(luò)中音頻數(shù)據(jù)包支持點對點、點對多點以及廣播三種發(fā)送模式。音頻數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.4 CobraNet協(xié)議占用的帶寬

CobraNet協(xié)議網(wǎng)絡(luò)立體聲廣播碼流率英為48×20×2/8=240kb/s。 按照4/3ms 間隔發(fā)送CobraNet報文，所發(fā)送音頻數(shù)據(jù)長度為：240×4/3=320（B），再加上鏈路層開銷14（B），和 CobraNet固定控制信息14（B）以及每個通道的控制信息4（B），整個報文總長度大約為：320+14+14+4×2=356（B）。

通過以上計算可以得知在4/3ms內(nèi)發(fā)送長度為356（B）的報文，CobraNet網(wǎng)絡(luò)傳輸速率應(yīng)該為356/（4/3）×8/1000=2.136 Mb/s。在一個100 Mb/s的以太網(wǎng)絡(luò)上，傳輸立體聲音頻信號占用的帶寬為2.136 Mb，因此一根CAT-5類網(wǎng)線上最多可傳輸64個通道的專業(yè)數(shù)字音頻信號。

3 CobraNet網(wǎng)絡(luò)的特性

CobraNet設(shè)備上的音頻接口也可以根據(jù)實際使用情況設(shè)計成模擬音頻或數(shù)字音頻接口。CobraNet協(xié)議的一個獨特優(yōu)勢就在于，它對輸入/輸出信號的類型沒有限制，例如：在CobraNet網(wǎng)絡(luò)中一個模擬信號輸入到CobraNet設(shè)備，通過CobraNet設(shè)備又從另一端輸出數(shù)字信號。這使得音頻系統(tǒng)的改造、實現(xiàn)由模擬向數(shù)字過渡變得非常容易。

一個音頻數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)量不要超過8路20b音頻信號，如果是24b音頻信號，則不要超過7路； 確定在一個CobraNet網(wǎng)絡(luò)中使用不超過4個多點傳輸數(shù)據(jù)包，如果要使用超過4個多點傳輸數(shù)據(jù)包時可以劃分網(wǎng)段或使用VLAN，也可以考慮用多個單點傳輸數(shù)據(jù)包代替一個多點傳輸數(shù)據(jù)包等。

由于CobraNet協(xié)議設(shè)備是通過兩根網(wǎng)線連接到交換機上，因此最遠傳輸距離為100m；超過100m可以采用光纖傳輸。

現(xiàn)在大部分CobraNet設(shè)備一般配置成2個以太網(wǎng)接口，這樣設(shè)計提高了系統(tǒng)安全性，當(dāng)主用的以太網(wǎng)口出現(xiàn)問題，備用的以太網(wǎng)口就能起到備份的效果，保證傳輸?shù)男盘柌粫袛唷?/p>

4 CobraNet在我臺應(yīng)用實際效果

CobraNet網(wǎng)絡(luò)一般是在播控系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)放置CobraNet協(xié)議設(shè)備，作為網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點，各直播間和總控機房之間通過網(wǎng)線或光纖連通到總控機房的主備兩臺交換機，搭建一個以太網(wǎng)平臺，通過該平臺實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化的智能播控系統(tǒng)。

在功能上，CobraNet協(xié)議不僅實現(xiàn)各直播間和總控之間的音頻信號的雙向?qū)崟r傳輸，也實現(xiàn)廣播通過各環(huán)節(jié)點音頻雙向調(diào)配；能夠?qū)崿F(xiàn)對音頻信號的電平大小、反相、系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)、各路由器的工作狀態(tài)、電源狀態(tài)等參數(shù)進行集中管理和遠程監(jiān)控；另外還實現(xiàn)了語音方式提示信息，也就是實現(xiàn)了智能化的監(jiān)聽、監(jiān)視、報警、故障的自動處理和應(yīng)急播出功能。

系統(tǒng)可以自由根據(jù)系統(tǒng)的實際繪制流程圖，通過系統(tǒng)流程圖直觀的看每個頻率的信號流程流向。當(dāng)某個頻率信號中斷時，該頻率的流程圖會自動彈出，并閃爍出故障的彩條提示哪個節(jié)點出現(xiàn)問題。如圖4所示。

通過CobraNet協(xié)議的監(jiān)聽軟件很方便地實現(xiàn)了對播出系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)信號的自由監(jiān)聽、循環(huán)監(jiān)聽和定點監(jiān)聽。播出系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)故障，比如停播、過載、反相等等，系統(tǒng)將立即通過語言的報警方式說出是哪個系列臺和哪個設(shè)備出現(xiàn)何種故障，方便值班人員進行故障查找。

5 結(jié)束語

近十年以來，CobraNet協(xié)議技術(shù)已經(jīng)較廣泛的應(yīng)用在廣播播控系統(tǒng)，目前我國國內(nèi)多數(shù)廣播中心播控系統(tǒng)中均運用CobraNet協(xié)議實現(xiàn)了信號的傳輸和監(jiān)測。本文作者就是根據(jù)本人近7年使用該種協(xié)議后整理的一篇論文，具有一定的參考價值。

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