CobraNet音频网络技术在广播系统中的应用

    崔国海

    

    

    

    摘要 本文首先阐述了CobraNet协议的基本知识，并较详细地说明了三个数据包的组成和结构，也简单计算了一下CobraNet协议所占用的带宽，另外也描述了CobraNet协议的一些特征。而且文章是作者根据近7年在广播中使用该种协议后整理的一篇论文，具有一定的参考价值。

    关键词 CobraNet协议；节拍数据包；预约数据包；音频数据包

    中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：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

    由于网络技术灵活性，系统的冗余安全性和容错一般比较好实现；能够很方便地对信号的路由进行调配；也能够实时监测和控制系统中所有信号的状态及设备等特点。目前网络技术已经深入广播电视领域。安徽台广播系统自2009年系统数字化以来，已经运用网络技术实现了系统的音频传输和监测。该网络技术就是现在广播系统中流行的CobraNet协议技术。CobraNet是设备厂家集合硬件设备和软件开发以及通信协议相互融合而实现的网络音频实时传输技术。是通过以太网方式运行的一种广播音频数据传输方式。

    2 CobraNet协议的基本知识

    CobraNet是美国peak audio公司开发，基于局域网的音频数据非压缩、数字化网络传输。为准实时传输，传输时延为1.33毫秒，音频数据和控制数据同网传输。CobraNet是已以太网为架构的网络传输协议，工作在网络OSI模型中数据层。

    CobraNet协议数据包共有三个：分别为节拍数据包（Beat packet）、预约数据包（Reservation Packet）和音频数据包（Audio Packet）。下面分别加以介绍。

    2.1节拍数据包（Beat packet）

    节拍数据包的功能就是实现所有CobraNet设备时钟同步，由网络中唯一conductor（CobraNet主设备）发出的节拍数据包，其它设备的时钟都与conductor同步。

    节拍数据包就是要在CobraNet协议的以太网中造成起一个同步的 “时钟节奏”，网络中有了同步节拍才能保证全网络中的CobraNet设备在一个节拍上工作。假设CobraNet网络中没有这所谓的“时钟节奏”，音频信号是不能在CobraNet网络中正常传输的。一个CobraNet协议网络系统中当主Conductor设备关闭，网络系统会按一定规则自动选出一个新的Conductor设备。节拍数据包结构如下图1所示。

    2.2 预约数据包（Reservation Packet）

    在CobraNet协议网中，预约数据包就是CobraNet设备按照一定的规律向外发送的组播数据包，为1秒钟1个设备发1次，而且每个包包含的数据量为100字节。

    预约数据包的用途是两个，第一个是网络中的每台CobraNet设备定期向conductor发出预约传送（或接收）的请求，而且等待获批；第二是网络中的每台CobraNet设备定期向网络发布自己的IP地址以及CobraNet优先级。网络中的所有CobraNet设备必须按照发布的CobraNet优先级顺序在网络中时刻进行排队。如网络中出现断电或其他故障，排在后面的CobraNet设备能够马上顶替上去作为conductor的角色。预约数据包结构如图2所示

    2.3音频数据包（Audio Packet）

    音频数据包是CobraNet网络中真正音频部分，当CobraNet协议网络批准传送机向外传送信号时，同步音频数据就由传送机开始向目的地址发送。网络中的目的地址一般为单一一个（单播）和多个（组播）。在整个CobraNet协议数据中音频数据包数据占据了绝大部分，再算上一些报头和报尾的数据，一个Bundle（采用频率为48KHz，量化比特为20bit，每个Bundle包含8个PCM音频数据通道）大约为8Mb/s的带宽。CobraNet网络中音频数据包支持点对点、点对多点以及广播三种发送模式。音频数据包结构如图3所示。

    2.4 CobraNet协议占用的带宽

    CobraNet协议网络立体声广播码流率英为48×20×2/8=240kb/s。 按照4/3ms 间隔发送CobraNet报文，所发送音频数据长度为：240×4/3=320（B），再加上链路层开销14（B），和 CobraNet固定控制信息14（B）以及每个通道的控制信息4（B），整个报文总长度大约为：320+14+14+4×2=356（B）。

    通过以上计算可以得知在4/3ms内发送长度为356（B）的报文，CobraNet网络传输速率应该为356/（4/3）×8/1000=2.136 Mb/s。在一个100 Mb/s的以太网络上，传输立体声音频信号占用的带宽为2.136 Mb，因此一根CAT-5类网线上最多可传输64个通道的专业数字音频信号。

    3 CobraNet网络的特性

    CobraNet设备上的音频接口也可以根据实际使用情况设计成模拟音频或数字音频接口。CobraNet协议的一个独特优势就在于，它对输入/输出信号的类型没有限制，例如：在CobraNet网络中一个模拟信号输入到CobraNet设备，通过CobraNet设备又从另一端输出数字信号。这使得音频系统的改造、实现由模拟向数字过渡变得非常容易。

    一个音频数据包的数据量不要超过8路20b音频信号，如果是24b音频信号，则不要超过7路； 确定在一个CobraNet网络中使用不超过4个多点传输数据包，如果要使用超过4个多点传输数据包时可以划分网段或使用VLAN，也可以考虑用多个单点传输数据包代替一个多点传输数据包等。

    由于CobraNet协议设备是通过两根网线连接到交换机上，因此最远传输距离为100m；超过100m可以采用光纤传输。

    现在大部分CobraNet设备一般配置成2个以太网接口，这样设计提高了系统安全性，当主用的以太网口出现问题，备用的以太网口就能起到备份的效果，保证传输的信号不会中断。

    4 CobraNet在我台应用实际效果

    CobraNet网络一般是在播控系统中各个环节放置CobraNet协议设备，作为网络传输节点，各直播间和总控机房之间通过网线或光纤连通到总控机房的主备两台交换机，搭建一个以太网平台，通过该平台实现了网络化的智能播控系统。

    在功能上，CobraNet协议不仅实现各直播间和总控之间的音频信号的双向实时传输，也实现广播通过各环节点音频双向调配；能够实现对音频信号的电平大小、反相、系统内设备的工作状态、各路由器的工作状态、电源状态等参数进行集中管理和远程监控；另外还实现了语音方式提示信息，也就是实现了智能化的监听、监视、报警、故障的自动处理和应急播出功能。

    系统可以自由根据系统的实际绘制流程图，通过系统流程图直观的看每个频率的信号流程流向。当某个频率信号中断时，该频率的流程图会自动弹出，并闪烁出故障的彩条提示哪个节点出现问题。如图4所示。

    通过CobraNet协议的监听软件很方便地实现了对播出系统各个环节信号的自由监听、循环监听和定点监听。播出系统一旦发现故障，比如停播、过载、反相等等，系统将立即通过语言的报警方式说出是哪个系列台和哪个设备出现何种故障，方便值班人员进行故障查找。

    5 结束语

    近十年以来，CobraNet协议技术已经较广泛的应用在广播播控系统，目前我国国内多数广播中心播控系统中均运用CobraNet协议实现了信号的传输和监测。本文作者就是根据本人近7年使用该种协议后整理的一篇论文，具有一定的参考价值。

    参考文献：

    [1] 程永军.数字化广播总控系统的设计与实施[D].安徽大学，2010.

    [2] 戚洪江，马飞，程永军，等.电台数字网络化总控的设计与实施[J].广播与电视技术，2010（10）.

    [3] 蔡志福.CobraNet技术在节目传输与监控系统中的应用[J].视听界（广播电视技术），2006（2）.