CobraNet技术原理与应用

                  

      

CobraNet技术原理与应用
CobraNet是综合硬件、软件和通信协议为一体的网络音频实时传技术，它的专利权在美国PeakAudio公司。开发CobraNet的目的之一就是在高速发展的计算机网络平台上找到一种实时的、稳定的专业音频数据传输的方法，这也是将来专业音频领域发展的重要方向之一。这一应用方向在多年前就以被**各地的专业音频器材制造厂家所注意，相继提出并开发了多套解决方案。随着时间的推移，在众多方案中CobraNet以其良好的互通性、低成本的造价、可靠稳定的测试、可遇见的发展速度和良好的商业运作机制迅速的占领了这一市场，并得到了包括Peavey、QSC、Hamman、Biamp、R-H等数十家国际**音频设备公司的支持。从某种意义上讲，由CobraNet技术带动的整个专业音响行业正向着计算机网络化方向进军！

我国的专业音响技术领域在国际上还处于发展阶段，国内使用CobraNet技术搭建大规模音响传输及控制系统的工程还是凤毛麟角。在以后的文章里，作者尽量提供一些国内外网络音频系统的案例供读者朋友参考。

一、CobraNet技术的应用范围

CobraNet技术虽然**，但并非所有的音频工程都需要使用计算机网络进行音频信号传输。对于那些独立使用音响器材的Disco舞厅、中小型会议室和多功能厅等场合，目前不适合使用网络型设计，这样做只能是增加设计难度和提高成本。但是对于象运动场、主题公园、歌舞剧院、广播电台、大型现场演出、大规模智能会议系统和楼宇智能音频系统等大型工程则比较适合。这是因为CobraNet信号是在以太网络设备中传输的，一条普通的5类双绞线可以在双方向传输128个通道的高质量、无压缩的音频信号。如果使用光纤则可以轻易的将上百路信号传输数千米而无损耗。这会大大降低多通道、远距离多点控制音频系统的设计和运行成本。标准的CobraNet信号采用和CD唱片同样的无压缩PCM数据，而采样率和量化分辨率却使用了广播级的48kHz和20Bit，远远高于了CD唱片的数据指标，这就能方便的满足广播电台的直播间信号传送、录音棚中各录音间之间的信号共享等高质量要求。

二、CobraNet网络硬件设施要求

随着以太网交换设备的高速发展带来的价格下跌，我们不建议设计师还使用HUB作为CobraNet的网络交换设备设备而是使用全双工的Switch即网络交换机。尽管PeakAudio宣布新版本的CobraNet仍然支持半双工的HUB通信，但是这可能会给你的系统带来丢失数据、音频延时过长等问题。如果你是使用MediaMatrix的CobraNet产品，则根本不能使用HUB。目前版本的CobraNet在音频采样速率上支持48kHz和96kHz，分辨率支持16、20和24bit三种，默认是48kHz20bit。至于为什么不宜使用网络集线器HUB而建议使用Switch，我们将在后面的详细论述。

三、CobraNet设备的类型。

尽管PeakAudio公司开发并推广了CobraNet技术，但他们公司却不生产产品的，其它厂家只是向PeakAudio购买技术专利和CobraNetCODEC（即CobraNet的编码解码器，就是一组芯片，也称为CobraNetCore）。这样，不同厂家生产的基于CobraNet技术的音频传输设备就会在使用上存在一些差异，但是不同品牌的产品理论上讲是都可以互相通信的，因为它们都是遵守相同的通信协议的。按照设备的使用方法，我们又可以将CobraNet产品分为以下两类：

a、只用做信号传送。由于CobraNet技术本来就是用来解决音频信号的传输问题的，所以针对信号的传输问题设计的信号接口箱应用就比较广泛，例如QSC的RAVE、Symtrix的SymNet、Biamp的CobraNet接口箱等等，经过固化号码的PeaveyCAB也可以这样的应用。由于CobraNet的基本信号传输单元Bundle是以8个音频通道为一个数据包的，所以我们上面提及的这些产品都是8个音频通道为一组的（有的设备是16个通道一组，但是里面包含了两个Bundle）。在实际应用中输出到功放的往往是2个通道，所以一些功放的制造厂家就制造了一些2个通道的CobraNet终端产品用来将CobraNet信号直接引入功放，例如CrestAudio（高峰）的CKi系列、Crown（皇冠）的IQPIP2插件和R-H的有源音箱系列等。

b、信号输入——信号处理——信号输出。这就要求设备不仅仅能完成数字与模拟信号之间的D/A、A/D变换，还要有相配套的音频处理设备。这其中**为成熟和成功的就是我们熟知的Peavey公司的MediaMatrix（媒体矩阵）。目前其它公司也在加快开发这类的产品，比如Biamp已经有这种带有CobraNet接口的小型处理机了。

四、CobraNet为什么使用以太网？

这也是网络音频设备开发初期设计师们争论和讨论的**多的问题，上世纪八十年代末期，各种网络技术相继出现，具有代表性的就是Xerox公司1973年提出的EtherNet（以太网）、IBM公司1970年提出的Token-Ring（令牌网）和苹果（Apple）公司在八十年代开发的AppleTalk。这些网络都有各自的优点和缺点。例如以太网应用软件的种类很多，开放性能好，成本低，但是存在网络冲突等问题；令牌网虽然有效的避免了网络的冲突，稳定性得以增强，带宽利用率高，但是由于开放性差，导致支持这一技术的厂家甚少；AppleTalk造价是很低，但是其低效率和低速的数据传递已经不能适应现代化的网络发展，所以必定会倍淘汰。这些都是当时的一些实际情况，随着网络技术在九十年代的飞速发展，特别是中小型局域网和Internet的广泛应用，使得以太网得到了前所未有的高速发展。目前全**的应用的已经超过了2亿个以太网节点，**的普及带来的就是技术的发展和成本的下降，而其灵活的开放特性使得以太网的传输速度呈对数的速度增长，从10M的标准以太网到百兆**以太网甚至千兆、十千兆和百千兆以太网都已经开始运行……这些都已经证明CobraNet选择以太网作为媒介是正确的。采用这种网络设备以后，在以太网络上可以传输上千个无压缩的音频数据通道，而价格却象日用品一样便宜。IBM宣布放弃令牌网的开发也证明了以太网的强大优势。

五、为什么建议使用Switch作为CobraNet的网络交换设备

要弄清这个问题，必须先清楚网络传输设备在数据信号中的作用。这里讲的网络交换设备一般指的是网络集线器HUB、网络交换机Switch和路游器。提到路游器可能读者朋友会立即联想到TCP/IP协议集，联想到Internet。但是很可惜，CobraNet是建立在标准以太网构架下的网络传输协议，是工作在数据层的低层传输协议，所以涉及不到网络层以上的高级协议，也就是说CobraNet不属于TCP/IP，也不能穿过路由器进入Internet，它只能在局域网中传递。这还是因为现在全球的Internet的网络带宽还远远不能达到CobraNet的要求，同样IEEE802.11的无线局域网带宽也是不够的，所以目前能传输CobraNet的物理介质只有双绞线和光纤。我们知道在网络中的设备进行相互通信的时候，数据要经过操作系统、通信程序、网卡、网络交换设备等各个环节，而为这些环节生产相应设备的厂家也不计其数，如何能让这些产品能“相互沟通”和“相互协作”呢？那就必须有一套规则，只要大家都遵守这个通信规则，则无论是买谁生产的产品都能保证通信的正常进行。由于网络连接涉及到软件和硬件以及通信协议的问题，所以国际标准化组织ISO专门为网络传输定义了一个模型，让大家共同遵守，这个模型称为OSI（即OpenSystemInterconnectReferenceModel开放式系统互联参考模型）。该模型由下向上共分为七层，从一到七层分别称为物理层、数据层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，参见图一。

图一

上图中的**层物理层完全是针对网络硬件设备提出的，层数越高越向软件方面发展，到第七层已经完全是高级应用软件了，例如我们熟悉的WindowsOffice软件。从上图我们也能看出网络集线器HUB是工作在**层，也就是物理层，它是直接和物理传输硬件例如光纤、同轴电缆定义在一起的。而第二层数据层则是定义网卡通信的，网络交换机Switch也是工作在这一层的，所以网卡和网络交换机是可以互相通信的，这就是Switch和HUB的本质区别。在应用上HUB只是一个网络信号的“放大器”，它是不能识别信号的“来龙去脉”的，如图二所示，

图二

当信号从任一端口进入HUB以后，HUB则将这个信号进行放大后传输到其它的所有端口。也就是说从Port1进入的数据，HUB是不关心它要去哪里，只是将信号放大后传输到Port2和Port3就算完成任务了。这样对于100M带宽的HUB来说，某一时刻整个网络只有一个信号在传输，而且这个端口只要是接受数据的时候就不能发送数据，也就是我们所说的半双工共享100M带宽。而网络交换机Switch就不同了，可以将它理解为“智能化的集线器”。因为交换机内部是有CPU和内存的，存储器中有逻辑单元列表（LUL），列表保存着所有和这台交换机连接的网络设备的MAC地址，当某个通道有数据输入时，CPU会打开这个数据包的**层确认这个数据包的去向，然后按照目的地的MAC地址将这个

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