1、淺析Dante技術要點及其應用i引言Dante數字網絡音頻技術是基丁千兆以太網網絡傳輸的無壓縮、專業級的數字音頻傳輸技術（AoID。經過了十年的發展，Dante技術已被廣泛應用在全球專業音頻產品之中。Dante技術在音頻系統中的運用滿足了系統大規模、遠距離的傳輸需求，支持數字音頻信號網絡傳輸的設備甚至可達數十臺甚至上白臺，實現設備之間的數字信號互聯互通，并具有穩定可靠的信號同步等功能，網絡操作部分的復雜性、自適應性、易用性不斷優化。伴隨各種網絡技術的加入，對音頻系統工程師的要求就不僅僅局限丁掌握音頻設備的合理選用、系統的聯通調試、聲音的調整，還要具備相應的網絡基礎知識和調試技術，才能為網絡數字

2、音頻信號的穩定傳輸提供完善安全的保障。在網絡的應用設定方面，簡單的網絡不再能滿足大容量的系統需求。筆者綜合以往在大型Dante網絡應用的實踐經驗，結合相關的文獻資料，分析并總結了Dante數字網絡音頻技術及其在應用中的設置方法。2Dante網絡音頻技術Dante網絡音頻信號的傳輸及其時鐘同步傳統的數字音頻信號基本是以TDM（TimeDivisionMultiplexing,時分復用）方式實現傳輸，如ADTAMADI、AES/EBU辭。TDM傳輸的局限在丁信號為點對點傳輸（即單播），一般用申聯鏈路或環網實現系統同步。Dante技術是基丁以太網物理鏈接架構的音頻系統，星型拓撲結構十分常用，使用TD

3、M方式較難實現整體同步，因此，Dante系統采用PTP（PrecisionTimeProtocol精密時間協議）。PTP協議使用了IEEE1588（網絡測量和控制系統的精密時鐘同步標準）作為時鐘同步，其精度可達微秒級，常用在對時間控制需求極為精準的系統內。主、從時鐘（Master/Slave）數字電路的啟動運行，需要具備三個條件：供電、時鐘、復位。數字電路的所有運算都是按著一定的頻率運行的，時鐘是量化頻率的工具。如果時鐘失效，數字電路將無法正常工作。數字電路中同步時鐘源有且只有一個，稱為主時鐘源，其余設備的時鐘都是跟隨、服從主時鐘源的信號進行同步工作。在整個Dante網絡系統中，分配主、從時鐘

4、設備，基丁以下順序決定（見圖1）:PreferredMasterDante設備是否允許做主時鐘；EnableSyncToExternDante設備是否強制外同步；Dante設備有更高的時鐘優先級設置；Dante設備有更小的MAC地址。當系統內有多丁一臺設備具有相同的時鐘選型設定，系統將按上述的順序逐級遴選出一個主時鐘設備。例如各設備、項的設定都一致，系統會對比兩臺設備MAC地址大小，用更小MAC地址的設備做主時鐘。系統內一旦選定主時鐘設備后，主時鐘設備會用組播的方式將時鐘信息傳遞到其余設備實現從時鐘鎖定。由丁網絡傳輸具有一定的延時，從時鐘設備接收到主時鐘信號會有一定的偏差值，所以從時鐘設備會發

5、出一個延時信息給主時鐘設備，主時鐘設備確認延時數據是合理準確后，會將延時量加嵌入時鐘信息中，使所有從時鐘設備都能獲得穩定的同步。Dante系統每秒都會進行若干次延時校正。如主時鐘設備丟失（設備失電或線路中斷），系統會在從時鐘設備中自動快速地按優先級重新確定新的主時鐘源設備，此時系統所有的時鐘關系將會重新建立。這種時鐘源的切換和接管動作，僅是時鐘關系的轉變，轉變過程中不會引起聲音中斷或同步時鐘出錯的現象。Dante設備與外部時鐘主時鐘頻率可以從Dante設備自身產生，也可以強制跟隨外部時鐘源，見圖2。強制跟隨外部時鐘源時，Dante設備自身時鐘與外部時鐘源存在約0.1的鎖定時間差。如果外部時鐘源

6、存在嚴重的漂移或不穩定，如48kHz頻率呈現土1kH抖動，Dante設備自身將會重新矯正時鐘頻率，并再次生成給整個系統從時鐘設備的延時量信息，這個矯正時間需要數秒鐘。所以在這種情況下，Dante系統將會出現聲音中斷現象。按照Dante協議標準，同步時鐘偏差應小于土1心s但在實際的應用中，如果具備良好網絡設備及其合適的設定，時鐘的抖動一般小于土0.2炒s按照48kHz采樣頻率一個周期的時間是20.8因此，只要1/100周期的時間就可以實現Dante設備與外部設備間的時鐘精確鎖定同步。延時（LatencyDante協議是基于以太網網絡（以交換機為主）進行數據的傳輸，相比較于點對點的傳輸方式，必然會

7、存在更長的數據傳遞延時。每臺交換機內部會對數據包進行一系列的處理，包括而不僅限于錯誤校驗、MAC地址學習、存儲轉發、碎片隔離過濾、消除回路、廣播控制、子網劃分等。如果在一個傳輸鏈路上存在多臺交換機的級聯，則延時時間將會更大。Dante接口的音頻設備一般會有以下兩種接口方式。唯一接口：這種設備接口具有固定的延時值，理解為一個網絡終端設備。兩個或以上接口（并非指Main/Redundancy主備網絡接口）：這種設備內部集成了交換機模塊，容許用戶在不使用外部交換機設備情況下，實現菊花申鏈”的網絡拓撲結構。通常情況下，每臺交換機的延時量可以采用100«古算。從音頻用戶角度來說，傳輸延時量越小

8、越好，甚至零延時”的理想狀態。但這個延時是無法避免的，所以用戶只能根據實際系統的拓撲結構，選擇最合理的延時值。DanteController管理軟件內有對設備延時量選擇設定的選項。在設備延時設定選項中（見圖3）,是根據音頻系統中交換機數量而選擇一個延時值。這個交換機并非單指網絡交換機，還包括音頻設備終端的網絡模塊。如圖4所示，音頻系統中有三個網絡交換節點，因此可以選擇0.25ms（或更大）的延時設定。如圖5所示，音頻系統中有四個網絡交換節點，因此可以選擇0.5ms（或更大）的延時設定。在大型擴聲系統中，返送系統一般都力求最小的延時量，最小的延時量可以使演員有更佳的聽音感覺。對于圖5中的系統，可

9、以單獨設定不同設備的延時量：無線傳聲器、交換機A、返送調音臺通過了三個網絡交換節點，可以選擇0.25ms的延時設定；交換機B、擴聲調音臺可以選擇0.5ms的延時設定。在同一個系統中，不同設備可以擁有不同的延時量。如果音頻發送端和音頻接收端的延時設定不一致，系統會自動選擇較高延時值進行傳輸。在設定項里面，1ms是默認值，可以滿足數據安全通過十個網絡交換節點，系統內部也預留了足夠的冗余糾錯時間；5ms的設定值一般只在故障分析等特殊狀態下使用，一般不會采用。雖然在網絡系統基礎極佳的測試系統中，0.25ms延時值設定也可以通過十個網絡交換節點，但在一般的網絡情況下，如果設定了過低的延時值，音頻數據包可

10、能會丟失，造成音頻信號中斷的現象。如果音頻數據發送采用了Multicast（組播）的傳輸方式，交換機需要時間分析并控制Multicast數據包的路由方向，在這種情況下，音頻傳輸會產生出由交換機引起的1ms延時。這個1ms的延時量，并不在延時設定控制范圍內。但用戶可以通過對交換機進行合適的QoSQualityofService,服務質量）和IGMPSnoopingInternetGroupManagementProtocolSnooping,互聯網組管理協議窺探）設定來降低該延時值（下文介紹）。采樣頻率（SampleRate同一個網絡的音頻系統內，不同米樣頻率的Dante設備可以共存，但設備并不

11、具備米樣率轉換能力，因此不同采樣頻率的設備之間不能相互傳輸音頻數據，如圖6所示。在DanteConrtoller上能顯示網絡上所有不同采樣率的Dante設備，但不能進行相互間的路由配置。2.4量化深度（BitDepth）在同一音頻系統內，不同的Dante設備容許以不同的量化深度工作，如圖7所示，在采樣率相同的前提下可以相互傳輸音頻數據包。當一個Dante設備發送24bit量化深度的音頻數據，被一個設定為32bit的Dante設備接收，接收端自動補償8bit的“徼據補償；一個Dante設備發送32bit量化深度的音頻數據，被一個設定為24bit的Dante設備接收，接收端自動舍棄最后8bit的數

12、據。2.5數據流/數據包（Flowss）如果在網絡系統中，每個獨立的音頻通道都使用各自的收發地址的包頭信息，那么對于具有相同路由及設備信息的數據流，無形中產生了一定數據的冗余，增加了網絡的壓力。Dante協議會將若十音頻通道的Flows（數據流）封裝為一組，共用包頭信息，提高網絡的利用效率。Dante協議設定，如果具有多個相同的發送和接收端的音頻通道，系統自動將以每4個音頻通道封裝成一個Flows進行傳輸，因此如果兩設備之間需要單向傳輸32通道音頻信號，則需要8個Flowso由于每個Dante設備只有有限的網絡帶寬，以BrooklynII模塊為例，在Transmit信息里面可以活楚看到設備正在

13、使用的Flows數量（見圖8）,并且在網絡狀態內能看到實時的數據發送量以及是否出現傳輸錯誤信息。BrooklynII塊塊容許最大傳輸32個Flows,因此可以實現的傳輸可能：發送傳輸4通道音頻到32個不同的接收設備；發送傳輸8通道音頻到16個不同的接收設備；發送傳輸16通道音頻到8個不同的接收設備；發送傳輸32通道音頻到4個不同的接收設備。所以，具有BrooklynII模塊的Dante設備，可以做到32X4的音頻分配功能。例如可以將多軌播放機信號分配給擴聲、返送、播出、錄制四個系統，見圖9。3Dante網絡的應用設定3.1單播（Unicast）/組播（Multicast）在默認情況下，Dant

14、e的Flows都是以單播的方式傳輸數據，所以能夠有效地控制網絡帶寬資源。如果將裝有BrooklynII模塊的Dante設備64路音頻通道分配給超過2臺的接收設備，則需要選用組播的方式進行數據傳輸。組播的傳輸方式是通過交換機硬件復制及轉發，將數據以廣播方式發送到網絡內所有Dante接收設備。通過組播的方式，可以實現的傳輸可能：2路音頻通道分配給40臺功放設備；32路音頻通道分配給6臺的接收設備。DanteVirtualSoundcard僅有16個Flows（16FlowsX通道=64通道），如果需要將64通道分別傳輸給兩個調音臺（共128通道）,則只能使用組播方式進行。Dante設備采用組播方式

15、傳輸的設置方式如圖10,DeviceView->Transmittab,點選創建新組播按鈕，勾選所需要進行組播的通道。在組播的Flows里面，最多可以有8路音頻通道進行一組封裝。在Events頁面，能看到目前網絡系統內組播占用的帶寬。在非必要情況下，盡量避免采用組播方式傳輸，組播會增加交換機及網絡的帶寬壓力，在通常情況下，組播會將數據發送到網絡內所有Dante接收設備。如果選用具備IGMPSnooping或Multicast過濾管理能力的交換機，就可以有效地控制數據轉發到指定的接收設備。3.2QoSQoS是網絡的一種安全機制，用來解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術。當網絡過載或擁塞時，所

16、有的數據流都有可能被丟棄。QoS能根據用戶的要求分配和調度資源，確保重要數據不受延遲或丟棄，對不同的級別數據流提供不同的服務質量：對實時性強且重要的數據報文優先處理；對于實時性不強的普通數據報文，提供較低的處理優先級，網絡擁塞時甚至丟棄。Dante協議采用的是DiffServ（DifferentiatedService,區分服務）、DSCP（DifferentiatedServicesCodePoint差分服務代碼點）,是基于分類的QoS技術，不需要信令支持。在網絡入口處，網絡設備檢查數據包內容，并為數據包進行分類和標記，所有后續的QoS策略都依據數據包中的標記做出。DSCPft網絡中部署了6

17、4種不同的數據優先級，Dante協議應用了其中4種數據（見表1）并需要進行優先級設定。圖11是思科交換機SG-300/500的DSC破定界面。QoS僅在以下網絡傳輸較擁擠或繁忙的情況下使用：系統有大量的Multicast應用；與其他網絡設備共用交換機系統，如互聯網、安防監控、設備監控等；使用白兆網絡硬件；在超小型Dante網絡系統（僅有若十臺Dante設備及32通道以下的音頻傳輸通道），可以不使用QoS功能。為了避免日后可能增加Dante網絡設備、增加其他設備的控制協議等造成音頻傳輸丟包的可能，應考慮選用具備QoS管理功能的交換機。3.3IGMPSnoopingIGMPSnooping是運行在

18、二層設備上的，約束、管理和控制組播數據的協議。當Dante系統內使用了較多的組播傳輸，或網絡內包含其他種類的組播數據，就應該啟用IGMPSnooping管理。IGMPSnooping的運作方式可以大致描述如下：每組MulticastFlow在交換機內都會被分配一個IP地址；交換機自動偵測所有組播數據的IP地址；如果Dante接收設備需要接收MulticastFlow,設備會自動向交換機提出請求；交換機接到請求后，將組播數據包轉發到該Dante接收設備，不會進行大面積廣播。因此在一個網絡系統內，通過IGMPSnooping管理，可以有效地節省組播所占用的帶寬。圖12是DanteVirtualSo

19、undcard的應用實例，通過組播的方式傳輸音頻數據到FOH和Monitor兩張調音臺。如果在不具備IGMPSnooping管理的情況下，音頻數據同時也會廣播到前級無線傳聲器、多軌播放機端，占用更多的帶寬。當開啟了IGMPSnooping管理功能后，交換機可以自動識別組播數據，并判斷Dante設備自身的接收請求信息（請求以路由連通為信標，自動產生），只把數據包發送到兩張調音臺。通過網絡信息頁面可以看到，在交換機不啟用IGMPSnooping管理時，ShureULXD4做收端有85Mb/s的帶寬占用；IGMPSnooping管理啟用后，ShureULXD4做收端帶寬為24Kb/s,交換機將不需要

20、的數據包隔離。以下幾個情況務必使用IGMPSnooping管理：在白兆網絡（交換機）架構情況下，使用組播功能會很快占用所有網絡帶寬；同一網絡內，使用組播傳輸的同時有其他控制設備協議運行，控制協議多數采用組播方式傳輸；在Dante網絡內接有Wi-Fi路由器，必須啟用IGMPSnooping否則Dante組播數據會泛洪到Wi-Fi路由器，路由器會承受不住大量的數據傳輸而宕機。以思科SG-300交換機為例，對啟用IGMPSnooping（見圖13）功能進行配置IGMPSnooping（見圖14）:Multicastmenu菜單啟用MulticastFiltering選擇IPGroupAddress另

21、外，還要為每個VLAN（VirtualLocalAreaNetwork,虛擬局域網）選定狀態（見圖15）開啟SnoopingStatus及QuerierStatusueryInterval填入30IGMP版本選擇IGMPV&不是所有具備IGMPSnooping功能的交換機都具備“Que泌能。思科SG-300涵蓋了所有的網絡管理功能，能實時查詢到組播的狀態。極少部分安裝了DanteVirtualSoundcard的計算機，在連接到啟動了IGMPSnooping功能的交換機時，可能出現音頻信號中斷或啞音現象。此時需要將連接計算機的交換機端口狀態改為“ForwardAl發送全部。Forwar

22、dAll設定只需在出現音頻信號不能正常傳輸時使用，此時該端口所有的組播數據將不受IGMPSnooping管理，以默認方式泛洪到該端口。如圖16所示，將端口7、8改為“ForwardAll?！?.4VLAN在計算機網絡中，一個二層網絡可以被劃分為多個不同的廣播域，一個廣播域對應了一個特定的用戶組，默認情況下這些廣播域是相互隔離的。不同的廣播域之間要通信，需要通過一個或多個路由器。這樣的一個廣播域就稱為VLANo在演藝領域應用中，可以把一臺交換機劃分為：音頻、燈光、控制、視頻等相互獨立的廣播域，如圖17所示。3.5LAGS#路聚合鏈路聚合是將兩個或更多數據信道結合成一個單個的信道（見圖18），該信

23、道以更高帶寬的邏輯鏈路出現。鏈路聚合一般用來連接一個或多個帶寬需求大的設備，例如連接骨十網絡。在增加帶寬同時，也起到線路備份的作用：當某一線路中斷時，交換機會將所有數據傳輸轉移到完好的線路上，倒換過程會使Dante系統產生約0.5s的靜音。鏈路聚合是相對廉價的物理線路備份方案。3.6STF3（SpanningTreeProtocol生成樹）生成樹協議拓撲結構的原理是：不論交換機（網橋）之間采用怎樣物理聯接，交換機能夠自動發現一個沒有環路的拓撲結構的網路進行數據交換。如圖19的網絡中，A點到C點，有兩條路可以走，當ABC的路徑不通時，可以走ADC;C點到A點也是，路徑CDA不通時可以走CBA如網

24、絡在某一時刻生成樹協議形成，自動阻塞了B到C的端口，那么網絡拓撲就會變成圖19。如果有廣播包，一定會終結于B點或C點，不會循環轉發。如果某個線路中斷（如AB之間線路），交換機需要時間轉換成ADCB方向順序地生成樹拓撲結構，轉成時間會引起Dante系統產生約2s的聲音中斷。但如果把AB之間線路重新恢復，交換機需要時間重新計算生成樹拓撲結構，包括AB點之間的線路以及ABCD點的循環，Dante系統可能會產生超過10s的聲音中斷。STP與Dante兩者相互兼容，但是STP灰復速度遠比Dante自身的Primary/Secondary（主、備）雙網絡（見圖20）切換慢。所以在架構Dante網絡系統時，

25、實現主備交換機網絡即可，STP只是在兼顧其他數據傳輸且十分必要情況下才使用。4網絡設備4.1網線Dante是基于1Gb（千兆）以太網絡的協議，而其他絕大多數網絡音頻協議都是基于100Mb（白兆）進行傳輸，如CobraNet、EtherSound等。常用的網線一般分為四類：五類、超五類、六類、七類，主要的特點性能以及在Dante網絡系統中選擇的方式如表2所示。在聲、光、電、焰火等大型復雜的演出中，整個系統環境空間可能有非常復雜的電磁十擾，如大量對講機、設備機械的開關、電機運動等，所以選擇具有屏蔽層的網線能有效保護的信號傳輸，但具備屏蔽層的網線在敷設和終端接口的制作上需要更高的施工工藝要求。銅芯網線一般使用長度不能超過100m。網線內部的結構變化對數據傳輸產生的影響較為嚴重（阻抗改變等），因此對于經常進行收放的流動網線控制在60m內使用較為安全。目前檢測網線基本都是使用通斷測量器，通過檢查8芯通斷狀況，判斷網線質量，但經常遇到線路通、數據不能傳輸的情況。原因是網線的品質不僅限于通斷，國際和國家標準對網線有嚴格的電氣性能測試指標和測試方法。主要指標包括：頻率（MHz）、回波損耗（ReturnLosS、衰減（Attn）、近端申音（Next）、近端申音功率和（PSNEXT、等效遠端申音功率和