佛山电台基于CobraNet网络音频矩阵系统的设计与实现

　　【摘要】随着数字音频技术和信息技术的发展，广播行业正在加快数字化、网络化的发展步伐。本文主要介绍了CobraNet网络音频传输技术的特点，并以佛山电台为例，阐述了如何通过CobraNet技术实现带音频传输、路由、监听等功能的网络音频矩阵系统。

　　【关键字】CobraNet 网络音频 音频传输 音频矩阵

　　一.引言

　　目前，为安全、高效高质地完成节目的制播任务，国内大多数电台的音频总控系统都实现了数字化、网络化的改造。然而人们在重视总控机房音频系统的建设时，却往往忽略了计算机机房的音频系统。在计算机机房，除了要满足传统的播出前播出后慢速录音、网上广播外，随着电台业务的拓展，特别是新媒体业务的高速发展，例如手机电台、手机OA、手机听评系统等等都对计算机机房的音频系统提出了更高的要求。但据笔者了解，国内大多数电台的计算机机房都是模拟和数字音频信号并存的状况，线路较复杂，各种类型的线路比较多，如模拟音频线、数字音频线、网线、各种控制线、光缆、视频线等等。各种设备多种线路的连接，势必造成庞大的维护量。在这种情况下，对于技术人员的日常管理和监测都提出了非常高的要求，还牵扯了技术人员大量的时间和精力。因此，为满足广播电台的发展需求，计算机机房音频系统的数字化、网络化改造也日益迫切。而CobraNet协议能利用成熟的以太网技术传输和分配实时、非压缩的数字音频信号，是现代音频传输及分发系统中非常合适的技术选择。

　　二.CobraNet技术

　　1.什么是CobraNet

　　我们知道，以太网（Ethernet）技术非常成熟，也非常普及和廉价。发明CobraNet的目标就是想利用最常用的以太网技术实现多路高质量低延时的数字音频的传输。但从网络技术本身来讲，以太网并不具有保证数据传输实时性的特点，如果我们要用以太网来传输多路音频数据，为保证音频流的稳定，需要在播放端设置一定大小的缓冲（Buffer），而缓冲区则显然带来延时。CobraNet技术就是在以太网技术的基础上，开发出全套的专用通信协议以及相应的硬件和软件，采用精心设计的音频数据传输方式，实现了极低延时的多路音频传输技术。

　　2.CobraNet和其他网络音频技术的区别

　　CobraNet传输的数字音频是非压缩的，采样精度支持48kHz/16Bit/20Bit/24Bit。它和其他普通的网络音频技术最大的区别主要有：

　　·CobraNet对网络带宽的利用率比普通网络音频技术高很多，播放端只有固定的非常小的缓冲，延时极低并且是确定的（256个音频样点，也就是5.33毫秒）；

　　·CobraNet网络中各个设备的音频是同步的，在一个CobraNet网络中总有一个设备作为Conductor（指挥者），所有的音频信号都是跟这个Conductor同步传输的，如果一个‘指挥者’设备失效，CobraNet网络上的另外一个设备将在数毫秒内接管，成为‘指挥者’。所以不存在各个设备之间的本地采样频率的误差而导致的音频传输故障；

　　·CobraNet由于对网络带宽利用率很高，所以音频都是不经过压缩的，这样不仅保证了最高的质量，而且也避免的编解码带来的时延；

　　·CobraNet对音频的传递是有QoS的，也就是说它能保证音频的稳定传输，而普通网络音频传输在网络重载的情况下是无法保证音频传输的。

　　·CobraNet设备是基于专门的硬件/软件平台的，不需要任何Windows/Linux软件的控制，可靠性非常高；

　　·CobraNet是个基于局域网的音频传输标准，通过单模光纤传输，CobraNet网络中两点之间的距离也可以高达几十公里；

　　三.CobraNet网络音频矩阵系统的构建及实现

　　1.系统概述

　　佛山电台与大多数广播电台一样，对总控机房的音频系统都实现了数字化网络化的升级改造，而计算机机房的音频系统却还停留在传统的模拟信号阶段。不但布线复杂麻烦，而且功能上也满足不了电台业务的发展需求。因此，我们结合自身特点，在2014年2月搭建了一套基于CobraNet技术的网络音频矩阵系统。该系统通过以EtherAudio兼具IP及CobraNet接口的音频网络路由器为核心，搭载ADA100网络数字音频分配器、网络交换机及AudioScience CobraNet声卡，构建成机房音频信号的监听和传输子网，实现六个频率节目的网络化传输、监视监听、报警等功能。在传输过程中，还能通过ControlMaster软件控制实现各路音频信号的自由交换和分配，比起传统的音频系统，不仅减少大量音频线缆的铺设，而且实现的功能更为安全、高效。

　　2.系统实施

　　（1）系统的网络结构

　　CobraNet网络一般使用星型（或星云型）网络结构，所有的CobraNet设备都必须通过以太网交换机互相连接在一起，这样的结构与标准的以太网设备是一致的。但本系统采用的是环型网络结构，核心网络音频路由器分别与两台交换机同时连接，组成重复的网络通道，当网络交通出现问题时，可以由交换机自动选择另外一条网络通道，实现音频网络的冗余备份。

　　（2）系统的构建与主要组成

　　a.EtherAudio网络音频路由器

　　EtherAudio网络音频路由器具有16路音频信号（模拟、数字）输入输出通道。每台设备带两个CobraNet网口，备份关系，自动切换，利用CobraNet技术实现一根以太网线上传输双向64路高质量、低延迟、无损音频信号传输。同时配置一个IP网口，利用IP audio技术将音频信号转换成音频流，实现IP网络上多路音频的监听、监测和传输。与ControlMaster主控软件等协同工作，组成一个强大的矩阵系统。

　　b.ADA100网络数字音频分配器

　　ADA100音频分配放大器可以一路信号输入，多路信号同时输出，同时配置一个IP网口，对输入信号和输出信号单独采集，编码后送上网络，并通过信号采集检测来保证输出信号的高精度和高保真度。通过网络显示/监听所有输入输出信号，实现了音频在分配的同时，具有网络监控功能。

　　c.ControlMaster软件

　　ControlMaster为系统的主控软件，主要完成对系统的设置、各音频信号的路由控制、信号分配、音频信号监测、故障分析处理（根据物理连线和设备内部连接关系自动定位信号故障源点，并提供预案处理）以及对系统的运行状态的监控。本系统中，任何设备都不是孤立的个体，而是在统一的ControlMaster软件控制下的系统有机组成部分。而且该系统软件不是一个封闭的系统，其基于Driver方式的规范的软件架构，令到不同的硬件均可以轻松纳入系统中。

　　d.AudioScience基于CobraNet的专业声卡ASI5416 ASI5416专业PCI声卡采用Cirrus Logic的CobraNet技术在以太网上流式传输音频，提供16个单声输入和输出。其AudiaScienceMRX技术允许在CobraNet上播放、记录和混合多达16个不同格式和取样率的码流，全部码流上有16、24和32b PCM可选择。

　　AudioScience的应用程序ASI Control实现ASI5416和网络上其它任何遵循CobraNet设备之间的CobraNet路由连接，声卡的配置主要是设置好CobraNet网络的IP地址及更改声卡的sysname。之后运行主控程序ControlMaster，该声卡会被识别为一个8进8出立体声的EtherAudio，利用主控软件切换即可。

　　3.系统的优点及主要功能

　　(1)音频信号传输网络化

　　在传统音频系统中，通常使用音频线缆传输音频信号，线缆一旦敷设完毕，音频信号的传输途径就被固定了，如果需要改变，只能重新敷线。

　　而在本系统中，用一条普通五类网线就可以代替64根音频线缆，所有的音频信号均被转换成Cobranet协议数据包，通过网络传输。对于传输距离大于100米的场合，也可以用光纤代替，避免了大量音频线缆的铺设，降低了安装成本和维护成本，而且音频信号和控制信号同网传输，不需要再另外敷设控制信号线缆。系统网络中的音频信号均不进行压缩，以高质量数字量化传输，保证音质的原汁原味。

　　(2)音频信号的交换和分配

　　本系统中的音频信号，其传输方向和途径可通过信号路由控制单元灵活设置，任意改变。和传统的数字音频矩阵不同，它的复杂程度的变化、组件的多少都不会增加很多投资，也不需要重布线缆，因此本矩阵系统具有更简化的系统结构、更大的灵活性和更高的性价比。

　　(3)音频信号的网络监测和报警

　　对于一个音频系统，信号的监听监控和故障报警功能是很重要的。在传统的音频系统中，往往需要选用大量的外部设备如信号彩条指示器，音分设备，监听矩阵，报警设备等，系统复杂，价格也昂贵。而在本系统中，所有的音频信号的监测和异态报警，均通过软件和网络来实现，监测监听通道的数量可以任意调整和选择，监测内容也可以任意设置，如VU表头、相位报警，停播报警等。设置简单，功能强大，具有很好的性价比。

　　四.结语

　　基于CobraNet网络音频矩阵系统，自2014年2月投入使用以来，系统运行稳定高效。不仅满足了慢速录音、网上广播等传统业务需求，而且对手机电台手机OA等新媒体业务提供了很好的技术支撑。网络化音频系统由于其技术特点，带来了很多优势，很多传统音频矩阵系统难以实现的信号路由、备份、报警、监测等功能现在都可以较轻易地实现。不但大大降低了系统的复杂程度，而且也大大提高了系统的性能、安全性和灵活性。随着网络信息化时代的到来，广播电台也进入了新媒体时代，应用部门不断变化的业务催生了各种各样的技术需求，而新技术的应用一定会给新的广播时代保驾护航。

　　文/陈兆强 巫春池 郭思辉