現(xiàn)代音頻傳輸技術(shù)分析

【摘 要】 文章論述了數(shù)字音頻傳輸技術(shù)的原理、時鐘管理、網(wǎng)絡(luò)延時、優(yōu)勢及應(yīng)用等。Dante是Audinate于2003年提出的，融合了Zeroconf、IP和DSCP等技術(shù)及IEEE1588時鐘協(xié)議等，將延時時間進(jìn)一步縮短，同時由于無需人工配置和設(shè)置，降低了成本。Dante技術(shù)在音頻傳輸領(lǐng)域?qū)且环N發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字 音頻 傳輸 技術(shù)

Abstract ： The paper mainly analyses the modern audio transmission technique.

基于以太網(wǎng)的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)已是專業(yè)音頻行業(yè)的一個技術(shù)焦點(diǎn)，并以其不依賴于控制系統(tǒng)而獨(dú)立存在的特性，廣泛的應(yīng)用到很多項(xiàng)目中。一方面它解決了多線路的布線困難問題，同時也解決了遠(yuǎn)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無法面對的問題。目前比較成熟的以太網(wǎng)音頻傳輸技術(shù)主要有CobraNet和EtherSound技術(shù)，但這兩種技術(shù)都各有千秋。在此基礎(chǔ)上，為了更加迎合市場的需求，Audinate于2003年推出了Dante這種融合了很多新技術(shù)的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)。

1.音頻傳輸概述

Dante數(shù)字音頻傳輸技術(shù)是一種基于3層的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為點(diǎn)對點(diǎn)的音頻連接提供了一種低延時、高精度和低成本的解決方案。Dante技術(shù)可以在以太網(wǎng)（100M或者1000M）上傳送高精度時鐘信號以及專業(yè)音頻信號并可以進(jìn)行復(fù)雜的路由。與以往傳統(tǒng)的音頻傳輸技術(shù)相比，它繼承了CobraNet與EtherSound所有的優(yōu)點(diǎn)，如無壓縮的數(shù)字音頻信號，保證了良好的音質(zhì)效果；解決了傳統(tǒng)音頻傳輸中繁雜的布線問題，降低了成本；適應(yīng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，無需做特殊配置；網(wǎng)絡(luò)中的音頻信號，都以“標(biāo)簽”的形式進(jìn)行標(biāo)注等。同時具備自身獨(dú)特的優(yōu)勢：

1.1更小的延時。在100M網(wǎng)絡(luò)帶寬，總傳輸音頻通道為3個時，延時僅為34μs。Dante系統(tǒng)可自動調(diào)節(jié)可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，以便將延時時間降低到最小。

1.2采用了IEEE1588精密時鐘協(xié)議進(jìn)行時鐘同步。

1.3采用了zeroconf（Zero Configuration Networking）協(xié)議，利用自動配置服務(wù)器自動檢查接口設(shè)備、標(biāo)識標(biāo)簽以及區(qū)分IP地址等工作，無需啟動高層級別的DNS或者DHCP服務(wù)，同時節(jié)省了復(fù)雜的手工網(wǎng)絡(luò)配置。

1.4網(wǎng)絡(luò)的高兼容特性。Dante技術(shù)可以允許音頻信號和控制數(shù)據(jù)以及其他不相干的數(shù)據(jù)流共享在同一個網(wǎng)絡(luò)中而不受干擾，用戶可以最大限度的利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)而無需為音頻系統(tǒng)建立專網(wǎng)。如，在Dante網(wǎng)絡(luò)中可以加入現(xiàn)有的普通TCP/IP設(shè)備（PC機(jī)等），或者一些音頻處理軟件等。

1.5自愈系統(tǒng)。為了避免意外導(dǎo)致的音頻傳輸中斷，Dante系統(tǒng)可以設(shè)定多重自我修復(fù)機(jī)制，例如時鐘丟失、網(wǎng)絡(luò)故障等。

1.6音頻通道的傳輸模式可以是單播或是多播。Dante技術(shù)可以通過IGMP（Internet Group Message Protocol）進(jìn)行管理，可根據(jù)接收點(diǎn)的需要過濾或屏蔽廣播音頻通道，這使得多播音頻的路由變得可控。

這些獨(dú)特的優(yōu)勢，將成為Dante技術(shù)在專業(yè)音頻領(lǐng)域及其他工程領(lǐng)域的奠基石。

2.音頻傳輸技術(shù)

目前的IT產(chǎn)業(yè)中有很多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可供選用，但以太網(wǎng)仍然是最為穩(wěn)定可靠和廣泛使用的協(xié)議。所以Audinate將Dante運(yùn)行于以太網(wǎng)上也成了合理的、迎合市場的選擇。Dante音頻傳輸技術(shù)可以任由音頻信號在以太網(wǎng)中使用TCP/IP方式任意傳送，而且在這個過程中保持了信號的精確還原。

2.1基本原理

采用Audinate公司新推出的Dante-MY16

-AUD卡，將其插到語音服務(wù)器主機(jī)上，并與交換機(jī)相連，如下圖所示，即可實(shí)現(xiàn)基于Dante技術(shù)的數(shù)字音頻傳輸。真正實(shí)現(xiàn)了音頻網(wǎng)絡(luò)達(dá)到“即插即用”的功能，方便那些不了解任何網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的人。

Dante技術(shù)使用的是以太網(wǎng)，被認(rèn)為是第四層（傳輸層）的技術(shù)。它在音頻傳輸時使用UDP，在以太網(wǎng)傳輸?shù)囊纛l路由上使用IP，一般稱為以太網(wǎng)上的UDP/IP協(xié)議。

音頻信號通過語音服務(wù)器轉(zhuǎn)換成UDP/IP網(wǎng)絡(luò)信號并傳送到網(wǎng)絡(luò)中，音頻信號以數(shù)據(jù)包的形式在網(wǎng)上路由到任意的其他語言服務(wù)器，并轉(zhuǎn)換成模擬信號提供給揚(yáng)聲器或者記錄設(shè)備。對于一些處理設(shè)備，如數(shù)字處理器和數(shù)字混音臺等，則無需數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，而是直接在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中處理數(shù)據(jù)包，并以相同的UDP/IP數(shù)據(jù)包返回網(wǎng)絡(luò)中供其它設(shè)備使用。在這個過程中，每個設(shè)備不需要關(guān)心自己的信號要路由到哪里去，也無需關(guān)心這些信號是從哪里來，這大大減輕了斷點(diǎn)設(shè)備的配置復(fù)雜性。全部的路由可以由一個專用的軟件，使用一一對應(yīng)的通道名稱就可以完成整個路由過程。

2.2網(wǎng)絡(luò)延時

Dante的傳輸能力主要是取決于網(wǎng)絡(luò)的帶寬、發(fā)送與接收點(diǎn)的數(shù)量和位置以及單點(diǎn)還是多點(diǎn)傳送等因素。借助于Dante的網(wǎng)絡(luò)輔助診斷功能，在給定的單播/多播模式下可以快速地計(jì)算出IGMP管理流量及IP濾波器的情況，進(jìn)而幫助用戶確定這樣的系統(tǒng)連接是否符合要求。音頻通道對帶寬的消耗取決于音頻信號的采樣頻率和分辨率。

在網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)延時和網(wǎng)絡(luò)帶寬是一個反比的關(guān)系，一個最小采樣頻率的音頻通道在單播的情況下延時是最短的。可以看出，隨著傳輸?shù)囊纛l通道數(shù)量的增加或者高采樣率/分辨率，網(wǎng)絡(luò)延時會逐漸加大。Dante系統(tǒng)可以自動調(diào)整可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，在網(wǎng)絡(luò)傳輸安全的前提下盡量多的使用空余帶寬，以降低傳送延時。折中自動的匹配能力大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可用自由度，使用戶不用再去擔(dān)心流量對信號傳輸?shù)挠绊懀约艾F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的資源負(fù)載承受力。Dante可以允許用戶在網(wǎng)絡(luò)帶寬和延時之間進(jìn)行折中處理，也就是用戶可以在傳遞信號的延時性能和帶寬的經(jīng)濟(jì)性之間做出自己的選擇。

2.3時鐘同步

Dante系統(tǒng)采用了IEEE1588精密時鐘協(xié)議進(jìn)行時鐘同步。IEEE1588協(xié)議的基準(zhǔn)時鐘采用一種選舉方式來確定哪個設(shè)備成為基準(zhǔn)時鐘發(fā)生器（Master Clock）和備用時鐘發(fā)生器，網(wǎng)路中的每個音頻設(shè)備都緊密跟蹤這個基準(zhǔn)時鐘，基準(zhǔn)時鐘采用絕對時間標(biāo)識。下圖為時鐘同步分發(fā)的結(jié)構(gòu)圖。

數(shù)字音頻信號的傳送必須疊加上一個采樣時鐘信號才可以傳遞，這個采樣信號是來自它自身的時鐘振蕩器，但是這個振蕩器必須時刻地和主時鐘（Master Clock）進(jìn)行同步，如果出現(xiàn)了偏差，Dante會自動調(diào)節(jié)本地時鐘的增加或減少以保持與網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)主時鐘同步。由于Dante使用的這個IEEE1588精密時鐘協(xié)議可以達(dá)到很低抖動的采樣率（例如256倍超采樣），所以才能真正做到高音質(zhì)和低延時。

小結(jié)

Dante數(shù)字音頻傳輸技術(shù)依靠其自身強(qiáng)有力的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于專業(yè)音響行業(yè)、廣播系統(tǒng)、電話會議系統(tǒng)、樓宇智能音頻系統(tǒng)、大型運(yùn)動會等行業(yè)。音頻傳輸正在向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)代表了未來音頻傳輸技術(shù)的發(fā)展方向。

（作者單位：佳木斯市聯(lián)通公司計(jì)劃管理部）