浅谈Dante数字音频传输技术

　　论文关键词：Dante  数字音频传输技术  Zeroconf  IEEE1588　
　　摘要：本文论述了Dante数字音频传输技术的原理、时钟管理、网络延时、优势及应用等。Dante是Audinate于2003年提出的，融合了Zeroconf、IP和DSCP等技术及IEEE1588时钟协议等，将延时时间进一步缩短，同时由于无需人工配置和设置，降低了成本。Dante技术在音频传输领域将会是一种发展趋势。
　　引言
　　基于以太网的数字音频传输技术已是专业音频行业的一个技术焦点，并以其不依赖于控制系统而独立存在的特性，广泛的应用到很多项目中。一方面它解决了多线路的布线困难问题，同时也解决了远距离传输、数据备份、自动冗余等一系列在模拟传输时代无法面对的问题。目前比较成熟的以太网音频传输技术主要有CobraNet[1]和EtherSound[2]技术，但这两种技术都各有千秋。在此基础上，为了更加迎合市场的需求，Audinate于2003年推出了Dante[3]这种融合了很多新技术的数字音频传输技术。
　　1. 概述 
　　Dante数字音频传输技术是一种基于3层的IP网络技术，为点对点的音频连接提供了一种低延时、高精度和低成本的解决方案[4][5]。Dante技术可以在以太网（100M或者1000M）上传送高精度时钟信号以及专业音频信号并可以进行复杂的路由。与以往传统的音频传输技术相比，它继承了CobraNet与EtherSound所有的优点，如无压缩的数字音频信号，保证了良好的音质效果；解决了传统音频传输中繁杂的布线问题，降低了成本；适应现有网络，无需做特殊配置；网络中的音频信号，都以“标签”的形式进行标注等。同时具备自身独特的优势：
　　1)      更小的延时。在100M网络带宽，总传输音频通道为3个时，延时仅为34µs。Dante系统可自动调节可用的网络带宽，以便将延时时间降低到最小[7]。
　　2)      采用了IEEE1588精密时钟协议进行时钟同步。
　　3)      采用了zeroconf（Zero Configuration Networking）[6][7]协议，利用自动配置服务器自动检查接口设备、标识标签以及区分IP地址等工作，无需启动高层级别的DNS或者DHCP服务，同时节省了复杂的手工网络配置。
　　4)      网络的高兼容特性。Dante技术可以允许音频信号和控制数据以及其他不相干的数据流共享在同一个网络中而不受干扰，用户可以最大限度的利用现有网络而无需为音频系统建立专网。如，在Dante网络中可以加入现有的普通TCP/IP设备（PC机等），或者一些音频处理软件等。
　　5)      自愈系统。为了避免意外导致的音频传输中断，Dante系统可以设定多重自我修复机制，例如时钟丢失、网络故障等。
　　6)      音频通道的传输模式可以是单播或是多播。Dante技术可以通过IGMP（Internet Group Message Protocol）进行管理，可根据接收点的需要过滤或屏蔽广播音频通道，这使得多播音频的路由变得可控。
　　这些独特的优势，将成为Dante技术在专业音频领域及其他工程领域的奠基石。
　　2.Dante音频传输技术 
　　目前的IT产业中有很多网络技术可供选用，但以太网仍然是最为稳定可靠和广泛使用的协议。所以Audinate将Dante运行于以太网上也成了合理的、迎合市场的选择。Dante音频传输技术可以任由音频信号在以太网中使用TCP/IP方式任意传送，而且在这个过程中保持了信号的精确还原。
   3.1基本原理 
　　采用Audinate公司新推出的Dante-MY16-AUD卡[8][9]，将其插到语音服务器主机上，并与交换机相连，如下图所示，即可实现基于Dante技术的数字音频传输。真正实现了音频网络达到“即插即用”的功能，方便那些不了解任何网络技术的人。 
     
 


　　Dante技术使用的是以太网，被认为是第四层（传输层）的技术。它在音频传输时使用UDP，在以太网传输的音频路由上使用IP，一般称为以太网上的UDP/IP协议。其网络连接图如下：
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　　音频信号通过语音服务器转换成UDP/IP网络信号并传送到网络中，音频信号以数据包的形式在网上路由到任意的其他语言服务器，并转换成模拟信号提供给扬声器或者记录设备。对于一些处理设备，如数字处理器和数字混音台等，则无需数字/模拟转换，而是直接在网络环境中处理数据包，并以相同的UDP/IP数据包返回网络中供其它设备使用。在这个过程中，每个设备不需要关心自己的信号要路由到哪里去，也无需关心这些信号是从哪里来，这大大减轻了断点设备的配置复杂性。全部的路由可以由一个专用的软件，使用一一对应的通道名称就可以完成整个路由过程。
　　3.2网络延时 
　　Dante的传输能力主要是取决于网络的带宽、发送与接收点的数量和位置以及单点还是多点传送等因素。借助于Dante的网络辅助诊断功能，在给定的单播/多播模式下可以快速地计算出IGMP管理流量及IP滤波器的情况，进而帮助用户确定这样的系统连接是否符合要求。音频通道对带宽的消耗取决于音频信号的采样频率和分辨率。
　　在网络中，网络延时和网络带宽是一个反比的关系，一个最小采样频率的音频通道在单播的情况下延时是最短的。可以看出，随着传输的音频通道数量的增加或者高采样率/分辨率，网络延时会逐渐加大。Dante系统可以自动调整可用的网络带宽，在网络传输安全的前提下尽量多的使用空余带宽，以降低传送延时。折中自动的匹配能力大大提高了网络的可用自由度，使用户不用再去担心流量对信号传输的影响，以及现有网络的资源负载承受力。Dante可以允许用户在网络带宽和延时之间进行折中处理，也就是用户可以在传递信号的延时性能和带宽的经济性之间做出自己的选择。
　　3.3时钟同步 
　　Dante系统采用了IEEE1588[10]精密时钟协议进行时钟同步。IEEE1588协议的基准时钟采用一种选举方式来确定哪个设备成为基准时钟发生器（Master Clock）和备用时钟发生器，网路中的每个音频设备都紧密跟踪这个基准时钟，基准时钟采用绝对时间标识。下图为时钟同步分发的结构图。 
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　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />　　数字音频信号的传送必须叠加上一个采样时钟信号才可以传递，这个采样信号是来自它自身的时钟振荡器，但是这个振荡器必须时刻地和主时钟（Master Clock）进行同步，如果出现了偏差，Dante会自动调节本地时钟的增加或减少以保持与网络基准主时钟同步。由于Dante使用的这个IEEE1588精密时钟协议可以达到很低抖动的采样率（例如256倍超采样），所以才能真正做到高音质和低延时。
　　3.  结束语 
　　Dante数字音频传输技术依靠其自身强有力的优势广泛应用于专业音响行业、广播系统、电话会议系统、楼宇智能音频系统、大型运动会等行业。音频传输正在向数字化、网络化发展。Dante网络音频技术代表了未来音频传输技术的发展方向。
　　参考文献 
　　[1] 杨定军．CobraNet声频网络技术的介绍及讨论[J]．电声技术，2002(11)：47—48。
　　[2] Stephen Murphy ．Digigram EtherSound[Z] ．200212。
　　[3] Christopher Holder ．Audinate dante[OL] ．http://www.audinate.com/。
　　[4]兆翦．解析媒体矩阵（MediaMatrix）（五十二）新网络音频传输技术Dante(1) ．音响技术AV TECHNOLOGY ．2008年．第11期。
　　[5]兆翦．解析媒体矩阵（MediaMatrix）（五十三）新网络音频传输技术Dante(2) ．音响技术AV TECHNOLOGY ．2008年．第12期。
　　[6]兆翦．解析媒体矩阵（MediaMatrix）（五十四）新网络音频传输技术Dante(3)-Zoroconf协议．音响技术AV TECHNOLOGY ．2009年．第01期。
　　[7]兆翦．解析媒体矩阵（MediaMatrix）（五十五）新网络音频传输技术Dante(4)-Zoroconf协议（续1）．音响技术AV TECHNOLOGY ．2009年．第02期。
　　[8] audinate．Dante media networking technology[EB/OL] ．/d/file/p/2024/0424/
　　[9] Yamaha Commercial Audio to distribute Audinate Dante – MY16-AUD Card[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/
　　[10] IEEE1588．http://ieee1588.nist.gov/。
　　[11]兆翦．数字音频网络揭秘[EB/OL]. http://www.infoavchina.com/html/Audio/2007-9/27/09_54_34_363.html．2007-9-27
　　[12] Kevin Gross．Digital Audio Distribution Systems (EB/OL)．/d/file/p/2024/0424/linear-encore-general-preso-ver6
　　[13]兆翦．基于三层网络的音频传输技术[J]．1002- 8684( 2008) S1- 0073- 06
　　[14]吴微，黄焱．IP over DVB中RTP音频数据的提取与恢复[J]．信息工程大学学报．2009年第3期
　　[15]谢希仁.《计算机网络》(第二版)[M] ISBN:7—5053—5237—7
　　[16]魏永继．计算机网络技术，[M]，北京：机械工业出版社，2003
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />