CAT5电缆：及时可靠的长距离音频传输

能否以最小的延迟和 99.999% 的可靠性长距离地传输高码率的数字音频信号？是否采用普通以太网机制就能满足您的要求，或者您需要一种为音频优化的变种？
　　要点
　　传输音频的 CAT5（5 类）电缆配置进入 TCP/IP 不敢涉足的应用场合；
　　Cirrus Logic公司宣称除了得到主要半导体厂商的支持外, CobraNet 还有与一般以太网传输之间的兼容性；
　　MaGIC（加速媒体全球信息载体）的发展速度有所下降，制造商在把它的某些思想纳入业界标准委员会的活动中；
　　EtherSound 提供精确的容错以及极小的延迟，付出的代价是以太网兼容性。
　　AudioRail 选择了一种不同于竞争者的成本优化路径。
　　下次你去听音乐会时，注意一下那些将舞台设备连接至观众席中间混音台的电缆。你可能会发现一至多条“蛇形”粗电缆，里面有多根电线，每根电线都会传送某种模拟信号。你会想，这么沉重、庞大的电缆，一定会产生很大EMI辐射吧？对外界噪声也会很敏感？没错

。所有这些问题（还不止这些）都阻碍着传统的模拟互连机制发展。那么，为什么很多录音室和其它音响设备环境（如教堂、办公室和学校礼堂）仍然在使用这种古老的方案？
　　商业、工业和专业音频领域里进步的车轮总是转得很缓慢。音响设备的设计注意了在恶劣条件下的长期使用寿命，所以新设备的预算就没有存在空间了，更换与升级的机会变得微乎其微。即使有了这种机会，潜在客户也会迷失于各类不兼容方案中，因为供应商总是试图把他们约束在单一来源的设备套件上。模拟向数字的转换还在进行中，市场领导推动的事实标准和行业标准团体的帮助引起的争论均会削弱选项的多样性。 
　　如果你是要在互联网上听流媒体音频，或者将服务器里的音乐库传送给家庭或办公室局域网连接的各种音响设备，那么“选项的多样性”要求可能会难到你。在CAT5(5类)电缆上进行方便、实用而廉价的 TCP/IP 以太网传输能确保 100m 传输距离吗？还是会更长？无需电缆的 Wi-Fi（无线保真）技术怎么样？（见附文“电缆传输的选择”。）在某些情况下（随着技术的进步会越来越多），答案是肯定的。但是在高要求的音频环境下，固有的时间不敏感性和批量文件传输特性却阻碍着它的应用。
　　当你按下带 LAN 或 WAN 连接音频接收机上的“播放”键后，会有几秒钟的延迟，因为数据先要装满本地的缓存区。缓存区用于补偿协议开销，以及由于数据包路由延迟而产生不可避免的数据包接收顺序混乱，还有更糟糕的网络拥塞、冲突，以及其它导致数据包丢失、强制重发或误码隐藏等问题。大多数家庭网络在现在任何时候几乎都是轻载的，但这种状况在视频流时代正在快速改变。然而，你不能对商用、工业和专用网络作同样的假定，特别是那些承担多通道高分辨率音频，以及用于控制数据和进行普通数据传送的网络。
　　可觉察的延迟是现场演出所不能容忍的，大多数录音环境下也不接受。那么什么是“可觉察的”？根据 Gibson公司 的主席兼首席执行官 Henry Juszkiewicz 的说法，鉴于“学院派”们声称人类的耳朵、眼睛、肌肉和大脑可以联合作用，探测出皮秒级的延迟，所以音频技术人员应该争取使通过网络每个“跳跃”的延迟为半毫秒。专业音乐家能够觉察到 2 ms 级的总延迟（也包括模数和数模转换、模拟音频处理和数字音频处理算法，以及其它延迟），但对一般聆听者来说，低于 5 ms 的延迟很难察觉到的。

　　CobraNet 的攻击
　　虽然基于普通 TCP/IP的 CAT5电 缆传输可能不能满足音频应用的要求，但对软、硬件供应商来说，大批量、低成本的 CAT5 电缆仍具有吸引力。Cirrus Logic 公司的 CobraNet 技术是该公司 2001年年中收购 Peak Audio公司 的成果，它是 CAT5 音频宝座的最有力竞争者和市场份额领先者。CobraNet技术 还因为能够与其它以太网数据流在同一个网络资源上共存而知名（图 1）。然而，它的能力也并非完全不受约束，现在 Broadcom公司 的网络架构师、前苹果公司 FireWire 首席架构师 Michael Johas Teener 就注意到，CobraNet 采用了一种“有限拓扑”概念，以确保能够实现自己声称的能力。据他分析， “一次附加的交换，或者合法但‘非 CobraNet’配置”，质量就会变差（见附文“其它协议”，以及参考文献 1）。
　　CobraNet 协议把一条或多条音频通道结合为一个以太数据包，并带有识别数据，如采样大小和速率。你还可以通过以太网桥接  RS-232 数据或包括用户定义控制数据的普通以太网数据包发送控制信息。第一代的 CobraNet 收发器模块采用 FPGA 封装的数字逻辑、Motorola（现在的 Freescale）DSP 以及模拟电路。第二代模块在一片 CS1810xx ASIC 中包括了数字和模拟电路，以及 Cirrus Logic 的 DSP。（现有2×2、 8×8 和 16×16通道的变型。）Cirrus 还在一月份的消费电子大展上展示了一个包含 DSP 的 CS4961xx 变型产品。该芯片是支持多种采样大小、采样速率和音频通道的多维矩阵，芯片定义的各种延迟时间可以满足你的应用需要，如 5.33 ms、2.66ms 和 1.33 ms。（点击此处进入上 Brina 的博客网页“通过 CAT5 传送音频：有趣的亮点和其它信息” www.edn.com/briansbrain。可下载来自 Cirrus Logic 的电子表格，为您做必要的计算提供方便。）
　　CobraNet 支持 48 kHz 和 96 kHz 取样速率，但奇怪的是不支持红皮书音频 CD 和一般音频外设使用的 44.1 kHz标准。它还支持 32 位 的采样率。按照高级营销经理 David Parker 的说法，CobraNet 在东京迪斯尼公园安装了一套展示系统，它采用一根千兆以太网光纤主干线，以及 250 个相当于 100兆位 以太网收发器的结点。这个统一的网络用于处理相关的数据流，如照明、交通控制以及销售网点的收银机，还有分布式音频广播和现场音频广播等。Parker 说：“公园每周开放7天，全年 365 天不停。任何一个网络故障都会造成整个公园的瘫痪。”