CobraNet es una combinación de software, hardware y protocolos de red diseñados para ofrecer audio digital sin comprimir , multicanal y de baja latencia a través de una red Ethernet estándar . Desarrollado en la década de 1990, CobraNet es ampliamente considerado como la primera implementación de audio por Ethernet comercialmente exitosa . [2] [3]
CobraNet | |
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![]() Logotipo de CobraNet | |
Información del fabricante | |
Fabricante | Cirrus Logic |
Fecha de desarrollo | 1996 |
Compatibilidad de red | |
Conmutable | sí |
Enrutable | No |
Velocidades de datos de Ethernet | Fast Ethernet |
Especificaciones de audio | |
Latencia mínima | 1+1 ⁄ 3 ms [1] |
Máximo de canales por enlace | 64 |
Máxima velocidad de muestreo | 96 kHz [1] |
Profundidad máxima de bits | 24 bits |
CobraNet fue diseñado y se utiliza principalmente en grandes instalaciones comerciales de audio, como centros de convenciones, estadios, aeropuertos, parques temáticos y salas de conciertos. Tiene aplicaciones en las que se debe transmitir una gran cantidad de canales de audio a largas distancias o a múltiples ubicaciones. [4]
CobraNet es una alternativa al audio analógico , que sufre la degradación de la señal en tramos largos de cable debido a interferencias electromagnéticas , atenuación de alta frecuencia y caída de voltaje . Además, el uso de multiplexación digital permite que el audio se transmita utilizando menos cableado que el audio analógico. [5]
Historia
CobraNet fue desarrollado en 1996 por Peak Audio , con sede en Boulder, Colorado . Las demostraciones iniciales fueron de un sistema punto a punto de 10 Mbit / s con capacidad de canal limitada. La primera instalación permanente de CobraNet en esta forma temprana fue proporcionar música de fondo en todo el parque temático Disney's Animal Kingdom . [6] El primer uso comercial de CobraNet fue durante el espectáculo de medio tiempo en el Super Bowl XXXI en 1997. [7]
CobraNet se introdujo por primera vez como un estándar interoperable en colaboración con el fabricante QSC Audio Products . QSC fue el primero en obtener la licencia de la tecnología de Peak Audio y la comercializó bajo la marca RAVE. En este punto, CobraNet se había graduado a Fast Ethernet y utilizó una técnica única para evitar colisiones [8] para transportar hasta 64 canales por dominio de colisión de Ethernet .
CobraNet se mejoró posteriormente para admitir y eventualmente requerir una red Ethernet conmutada . Se agregó un agente SNMP para control y monitoreo remotos. El soporte para frecuencias de muestreo más altas , mayores resoluciones de bits y capacidades de latencia reducidas se introdujeron más tarde de una manera incremental y compatible con versiones anteriores.
En mayo de 2001, Cirrus Logic anunció que había adquirido los activos de Peak Audio. [9] [10] Aprovechando la tecnología Cirrus DSP, se desarrolló y comercializó una implementación SoC de CobraNet de bajo costo .
Ventajas y desventajas
Ventajas
Con CobraNet y Fast Ethernet, 64 canales de audio digital sin comprimir se transmiten a través de un solo cable de categoría 5 . Al utilizar variantes de Ethernet de fibra óptica o gigabit , el costo de cableado por canal de audio se reduce aún más en comparación con la implementación de Ethernet rápida. Los datos de CobraNet pueden coexistir con el tráfico de datos a través de las redes Ethernet existentes, por lo que una única infraestructura de red puede satisfacer la distribución de audio y otras necesidades de red. [11] [12]
El enrutamiento de audio se puede cambiar en cualquier momento con comandos de red y no es necesario volver a cablear. [13]
El audio se transmite en forma digital y proporciona una susceptibilidad reducida a las interferencias electromagnéticas , diafonía , coloración y atenuación debido a la impedancia del cable . [14] [15]
El uso de Ethernet por CobraNet ofrece muchas funciones de alta disponibilidad , como el protocolo de árbol de expansión , la agregación de enlaces y la administración de redes . Para aplicaciones críticas, los dispositivos CobraNet se pueden cablear con conexiones redundantes a la red. En esta configuración, si falla un dispositivo, cable o conmutador Ethernet CobraNet, el otro se hace cargo casi de inmediato. [16] [17]
Desventajas
Los retrasos en el medio de transmisión CobraNet en sí son al menos 1+1 ⁄ 3 milisegundos [nota 1] por recorrido de red. Para algunas aplicaciones, estos retrasos pueden ser inaceptables, especialmente cuando se combinan con retrasos adicionales como resultado del tiempo de propagación , el procesamiento de señales digitales y las conversiones entre analógico y digital . Además, la licencia de la tecnología o la compra de las interfaces CobraNet requeridas, que codifican y decodifican la señal CobraNet, pueden resultar costosas.
Transmisión
CobraNet se transmite mediante paquetes Ethernet estándar. En lugar de utilizar paquetes TCP / IP , CobraNet transfiere datos utilizando paquetes de capa de enlace de datos , que viajan rápidamente a través de concentradores , puentes y conmutadores , y no son tan susceptibles a los problemas de latencia y QoS que se encuentran comúnmente en los protocolos de transmisión que utilizan una capa de transporte superior . Sin embargo, dado que CobraNet no usa el protocolo IP , sus paquetes no pueden viajar a través de enrutadores y, por lo tanto, su uso está limitado en una LAN ; CobraNet no se puede utilizar a través de Internet. La red a través de la cual se transmite CobraNet debe poder operar a un mínimo de 100 Mbit / s . Todos los paquetes CobraNet se identifican con un identificador de protocolo Ethernet único (0x8819) asignado a Cirrus Logic. [13]
CobraNet no está diseñado para funcionar en redes inalámbricas. Los problemas de ancho de banda y confiabilidad asociados con las redes inalámbricas 802.11 típicas tienden a causar interrupciones y errores frecuentes. [18] Sin embargo, la comunicación inalámbrica de datos CobraNet se puede lograr de manera confiable utilizando láseres. [19]
Canales y paquetes
Los datos de CobraNet se organizan en canales y paquetes. Una señal CobraNet típica puede contener hasta 4 paquetes de audio viajando en cada dirección, para un total de 8 paquetes por dispositivo. Cada casas de haz de hasta 8 canales de 48 kHz , 20 bits de audio, para una capacidad total de 64 canales. CobraNet es algo escalable, ya que la capacidad del canal aumenta cuando se usa audio de 16 bits y la capacidad del canal disminuye cuando se usa audio de 24 bits. La cantidad de canales permitidos por paquete está limitada por la MTU Ethernet de 1.500 bytes . [13]
Hay tres tipos de paquetes: multidifusión, unidifusión y privado: [13]
- Los paquetes de multidifusión se envían desde un dispositivo CobraNet a todos los demás dispositivos CobraNet de la red mediante el direccionamiento de multidifusión Ethernet . Cada dispositivo CobraNet determina individualmente si usará el paquete o lo descartará. Por lo tanto, los paquetes de multidifusión consumen más ancho de banda que otros tipos de paquetes. Los números de paquete 1–255 están reservados para paquetes de multidifusión.
- Los paquetes de unidifusión se envían desde un dispositivo CobraNet a cualquier otro dispositivo o dispositivos configurados para recibir el número de paquete. Los paquetes de unidifusión son mucho más eficientes porque los conmutadores de red los enrutan solo a los dispositivos que realmente quieren recibirlos. A pesar de su nombre, los paquetes de unidifusión aún se pueden enviar a varios dispositivos, ya sea transmitiendo múltiples copias de los datos de audio o utilizando direccionamiento de multidifusión. Los números de paquete 256–65279 están reservados para paquetes de unidifusión.
- Los paquetes privados se pueden enviar con direccionamiento unidifusión o multidifusión. Los números de paquete 65280–65535 están reservados para paquetes privados. Los números de paquetes privados se emparejan con la dirección MAC del dispositivo que los transmite. Para recibir un paquete privado, se deben especificar tanto el número de paquete como la dirección MAC del transmisor. Debido a que hay 256 paquetes privados disponibles para cada transmisor, no hay límite en el número total de paquetes privados en una red.
Siempre que los paquetes de multidifusión se utilicen con moderación, es prácticamente imposible superar el ancho de banda de una red de 100 Mbit con datos CobraNet. Sin embargo, existen limitaciones al número máximo de paquetes que se pueden enviar en una red, ya que el conductor debe incluir datos en sus paquetes de latidos para cada paquete en la red, y el paquete de latidos está limitado a 1.500 bytes. Si cada dispositivo está transmitiendo un paquete, puede haber hasta 184 transmisores activos simultáneamente (para un total de 184 paquetes). Si cada dispositivo está transmitiendo cuatro paquetes, entonces solo 105 transmisores pueden estar activos, aunque producirían un total de 421 paquetes activos. El uso de paquetes privados no requiere ningún dato adicional en el paquete beat, por lo que estas limitaciones de la red se pueden eludir mediante el uso de paquetes privados. [20]
Sincronización
La red CobraNet está sincronizada con un único dispositivo CobraNet conocido como conductor . Se puede configurar una prioridad de conductor para influir en la selección del conductor. Entre los dispositivos con la misma prioridad de conductor, el primero en establecerse en la red se convierte en conductor elegido. Todos los demás dispositivos se conocen como intérpretes . En caso de que el conductor falle, se elegirá otro dispositivo CobraNet para que se convierta en el conductor en milisegundos. CobraNet no puede funcionar sin un conductor. [21]
Paquetes
Se utilizan cuatro tipos principales de paquetes en la transmisión y sincronización de CobraNet: [13]
- Paquetes de tiempo : el conductor envía un paquete de tiempo a todos los demás dispositivos CobraNet de la red a una velocidad de 750 paquetes por segundo. Todos los demás dispositivos CobraNet en la red sincronizan su reloj de audio y sus transmisiones de datos con el paquete beat. El paquete beat contiene parámetros operativos de red, datos de reloj y permisos de transmisión para paquetes de multidifusión y unidifusión.
- Paquetes de audio : también conocidos como paquetes de datos isócronos , estos paquetes son enviados por todos los dispositivos CobraNet después de recibir un paquete beat. En la configuración de latencia estándar, se envía un paquete de audio por cada paquete de tiempo recibido, y cada paquete de audio incluye 64 muestras de datos de audio por canal. En configuraciones de latencia más bajas, los paquetes de audio se pueden enviar dos o cuatro veces por cada paquete de tiempo recibido. Los paquetes no comparten paquetes; Se envían paquetes separados en secuencia para cada paquete transmitido desde el mismo dispositivo.
- Paquetes de reserva : estos paquetes se transmiten según sea necesario o, por lo general, una vez por segundo como mínimo. Su función es controlar la asignación de ancho de banda, iniciar conexiones entre dispositivos CobraNet y monitorear el estado de los dispositivos CobraNet.
- Paquetes de puente en serie - datos en serie asíncrono pueden ser enviados entre los dispositivos CobraNet en la misma red. Se admiten muchos formatos de serie asíncronos estándar, incluidos RS-232 , RS-422 , RS-485 y MIDI .
Latencia
El almacenamiento en búfer y la transmisión de datos de audio en paquetes Ethernet generalmente incurre en un retraso de 256 muestras o 5+1 ⁄ 3 milisegundos. Se introducen retrasos adicionales mediante la conversión de analógico a digital y de digital a analógico . La latencia se puede reducir enviando paquetes más pequeños con más frecuencia. En la mayoría de los casos, el programador puede elegir la latencia CobraNet deseada para un dispositivo CobraNet en particular ( 5+1 ⁄ 3 , 2+2 ⁄ 3 , o 1+1 ⁄ 3 milisegundos). [13] Sin embargo, reducir la latencia de audio tiene consecuencias:
- Reducir la latencia requiere más procesamiento por parte de la interfaz CobraNet y puede reducir la capacidad del canal.
- La reducción de la latencia impone demandas adicionales al rendimiento de la red y puede que no sea posible en algunas configuraciones de red si el retraso de reenvío es demasiado alto.
- Dado que reducir la latencia significa enviar paquetes más pequeños con mayor frecuencia, se pueden enviar canales de audio de mayor resolución (es decir, 96 kHz, 24 bits) por paquete sin exceder el límite de carga útil de 1,500 bytes para paquetes Ethernet. [13]
Latencia | Canales por paquete | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
16 bits, 48 kHz | 20 bits, 48 kHz | 24 bits, 48 kHz | 16 bits, 96 kHz | 20 bits, 96 kHz | 24 bits, 96 kHz | |
5+1 ⁄ 3 ms | 8 | 8 | 7 | 5 | 4 | 3 |
2+2 ⁄ 3 ms | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 7 |
1+1 ⁄ 3 ms | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
A partir de la tabla Latencia frente a canales por paquete, puede parecer que se puede enviar más información con una latencia más baja. Sin embargo, este no es el caso. Se pueden enviar más canales por paquete, pero un dispositivo puede procesar menos paquetes simultáneamente. Por lo tanto, aunque se pueden enviar ocho canales de 24 bits y 96 kHz en un paquete a 1+Latencia de 1 ⁄ 3 ms, debido a limitaciones de procesamiento, es posible que el dispositivo CobraNet solo pueda enviar y recibir un paquete en lugar de los cuatro habituales. La capacidad del paquete de dispositivos CobraNet es única para el dispositivo en particular y no siempre es la misma. Latabla Canales por paquete frente a latencias de casos de prueba ilustra la capacidad del paquete para un dispositivo Biamp AudiaFLEX-CM DSP. Las columnas Rx y Tx indican el número máximo absoluto de canales que se pueden recibir o transmitir. La columna Rx / Tx representa el número máximo de canales que se pueden recibir y transmitir simultáneamente. [22]
Canales por paquete | 1+Latencia de 1 ⁄ 3 ms | 2+Latencia de 2 ⁄ 3 ms | 5+Latencia de 1 ⁄ 3 ms | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Rx | Tx | Rx / Tx | Rx | Tx | Rx / Tx | Rx | Tx | Rx / Tx | |
8 | 32 | 32 | 32/32 | 32 | 32 | 32/32 | 32 | 32 | 16/16 |
7 | 32 | 32 | 32/32 | 32 | 32 | 29/29 | 28 | 32 | 14/15 |
6 | 32 | 32 | 32/32 | 32 | 32 | 29/29 | 24 | 32 | 13/12 |
5 | 32 | 32 | 32/32 | 32 | 32 | 25/27 | 21 | 32 | 13/12 |
4 | 32 | 32 | 32/32 | 32 | 32 | 24/24 | 20 | 28 | 12/12 |
3 | 32 | 32 | 32/32 | 32 | 32 | 20/21 | 15 | 24 | 11 de septiembre |
2 | 32 | 32 | 28/29 | 27 | 32 | 16/16 | 12 | 18 | 6/7 |
1 | dieciséis | dieciséis | 16/16 | dieciséis | dieciséis | 9/10 | 7 | 10 | 4/4 |
Hardware y software
Tarjetas de red CobraNet
Las interfaces CobraNet vienen en varias variedades, algunas de las cuales pueden admitir más canales que otras. Además, las interfaces CobraNet tienen dos puertos Ethernet etiquetados como "primario" y "secundario". Solo es necesario conectar el puerto Ethernet principal, pero si ambos puertos están conectados, el último actúa como a prueba de fallas . El diseño y la topología de la red cuidadosos que aprovechan esta característica pueden proporcionar una confiabilidad extremadamente alta en aplicaciones críticas. [16] [17]
Las interfaces CobraNet típicas proporcionadas por Cirrus Logic son CM-1 y CM-2: [23]
- CM-1 : la tarjeta CobraNet estándar, proporciona 32 canales de audio de entrada y 32 de salida.
- CM-2 : diseño compacto, de bajo consumo y de bajo costo que proporciona 8 o 16 canales de audio.
Ambas tarjetas están diseñadas para ser agregadas a productos de audio por el fabricante.
Software
Cirrus Logic proporciona una aplicación de software conocida como CobraCAD, que ayuda en el diseño de la red en la que se ejecutará el sistema CobraNet. Ayuda a identificar si hay demasiados enrutadores entre dos dispositivos CobraNet, si es posible una cierta latencia dada la configuración de la red y otras tareas. Sin embargo, Cirrus Logic no proporciona software para manipular su hardware. De hecho, en los casos más simples, el usuario final no requiere ningún software. Por ejemplo, una simple caja de conexiones que convierte una señal CobraNet en ocho señales de audio analógicas requeriría poca o ninguna configuración por parte del usuario final, aparte de posiblemente seleccionar el número de paquete. [24] Si se requiere configuración (por ejemplo, en una caja DSP con E / S CobraNet integrada), entonces el fabricante del dispositivo generalmente proporciona software propietario para ese propósito. [ cita requerida ]
Dispositivos
Un tipo de dispositivo que integra CobraNet es el DSP de audio . A medida que los altavoces autoamplificados se volvieron más comunes, Cobranet se utilizó con frecuencia para distribuir la señal de audio del DSP. [25] Estos dispositivos generalmente reciben audio de CobraNet (y a menudo de otras fuentes digitales o analógicas simultáneamente) y procesan el audio usando filtros y efectos digitales (por ejemplo, control de volumen, ecualizador , compresión , retardo , cruces , etc.) y luego emita el audio a través de CobraNet (u otras salidas digitales o analógicas). [26] Algunos DSP incluso tienen un teléfono híbrido integral y pueden incorporar CobraNet y otras fuentes en una aplicación de teleconferencia . [27]
Los amplificadores con CobraNet integrado ayudan a mantener la cadena de señal digital durante más tiempo. Los amplificadores con entradas CobraNet también pueden tener capacidades limitadas de monitoreo de red y DSP. [28]
Los altavoces con CobraNet integrado ayudan a mantener la cadena de señal digital durante un lapso aún mayor. En una aplicación típica de altavoz sin alimentación , el amplificador se ubicaría lejos del altavoz y se colocaría un cable de altavoz largo (analógico) entre el altavoz y el amplificador. El cable del altavoz estaría sujeto a interferencias y pérdida de señal debido a la resistencia eléctrica. Sin embargo, un altavoz autoamplificado , alimentado por un cable eléctrico y equipado con entradas CobraNet integradas, elimina el cable del altavoz y lo reemplaza con un cable de red. [14] [15] Dado que un altavoz solo usará un canal de audio del paquete, muchos altavoces con CobraNet también tendrán varias salidas analógicas para el resto de los canales del paquete, lo que es útil en aplicaciones de grupos de altavoces. [ investigación original? ]
Muchas consolas de mezcla digitales están disponibles con interfaces CobraNet opcionales para aumentar la capacidad del canal y reducir el cableado. [ cita requerida ]
Fabricantes
Los fabricantes que deseen integrar la conectividad CobraNet en sus dispositivos pueden obtener la licencia de la tecnología o comprar chips o módulos de interfaz CobraNet de Cirrus Logic. [29] [30] [31] [32] Muchos fabricantes de equipos de audio han incluido CobraNet en sus productos. A continuación se muestra una lista parcial: [33] [34]
- Sistemas Biamp [9]
- Corporación Bose [35]
- dbx
- Cresta de audio
- Corona Internacional
- D&R Electrónica
- Laboratorios Dolby [36]
- EAW
- Electro-Voz
- JBL
- Lab.gruppen
- Mackie
- Consolas Midas
- Peavey MediaMatrix
- Productos de audio QSC [37] [38] [39]
- Rane [34]
- Renkus-Heinz
- Soundcraft
- Symetrix
- Corporación Yamaha
Ver también
- Contribución de audio a través de IP
- EtherSound
- Dante
Notas
- ^ CobraNet admite tres modos de latencia: 1+1 ⁄ 3 , 2+2 ⁄ 3 y 5+1 ⁄ 3 ms. Consulte Latencia para obtener más detalles.
Referencias
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enlaces externos
- Página web oficial
- Descripción general, uso y preguntas frecuentes de CobraNet