一种音频信号的网络传输和矩阵切换方法 【技术领域】
本发明涉及一种音频信号的传输和切换方法，特别是一种音频信号的网络传输和矩阵切换方法，该方法利用以太网络传输音频信号的通讯协议即CobraNet协议，实现音频信号在以太网上的传输和切换，被应用于公共广播、扩声、会议和广电行业的音频信号切换系统中。
背景技术
音频信号切换系统在公共广播、扩声和广电音频系统中占据着重要的地位，它直接关系到音频信号的音质保证、系统的安全性保证以及系统的使用方便性和灵活性，而且在整个音频系统的成本中也占据了相当的分量，直接影响到系统的造价。目前，最简单的音频传输切换系统是通过塞孔盘进行信号的人工交换。随着电子技术的发展，产生了基于模拟技术地模拟音频矩阵，大大提高了系统的灵活性和受控能力，同时还能实现信号的自动切换。后来又出现了基于数字交换技术的数字音频矩阵，先进的数字交换和处理技术，使得音频信号在数字矩阵的传输切换过程中的音质损失减少到最小，而系统的切换功能则大大加强。虽然模拟矩阵和数字矩阵的交换原理有了很大的不同，但其系统结构基本相似，都是以音频矩阵为中心设备，该音频矩阵有信号输入输出接口，将各个音源的音频信号通过音频线缆输送到音频矩阵，经音频矩阵交换后，再通过音频线缆输送到各音频设备。这样的结构，系统庞大复杂，不但建造工程大，费时费工，而且维护也非常困难。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种能大大简化音频信号切换系统的设计和施工的音频信号网络传输和矩阵切换的方法。
本发明解决上述问题所采取的技术方案是：该音频信号的网络传输和矩阵切换方法，其特点是：所述的方法是基于以太网络传输音频信号的通讯协议即CobraNet协议，通过网络音频接口设备和控制设备实现音频信号在以太网络上的传输和切换，该方法包括信号变换步骤、信号复合步骤、信号传输步骤、信号接收和分解步骤、信号转换步骤，以及切换控制步骤，所述的：
a、信号变换步骤，将每一路模拟/数字输入音频信号经过网络音频接口设备的信号变换电路，变换成符合以太网络传输音频信号要求的数据流；
b、信号复合步骤，将变换后的多路音频数据流，按CobraNet通讯协议复合成具有唯一编号的一个发送数据包；
c、信号传输步骤，按照切换控制要求，决定数据包的发送方式、发送目的地址，并在以太网上传输；
d、信号接收和分解步骤，按照控制设备发出的命令，选择接收方式，接收音频数据包，并将接收数据包分解成各输出通道的数据流；
e、信号转换步骤，分解出的数据流通过信号转换电路，变成模拟/数字音频信号输出；
f、切换控制步骤，控制设备按音频信号切换要求发出切换控制命令，控制网络音频接口设备改变接收数据包号，实现输出/输入音频信号的切换。
本发明所述的信号传输步骤，是根据接受用户数，选择合适的传输方式，发送数据包的传输方式有点对点传输、点对多点传输，或广播式传输。
本发明所述的信号接收和分解步骤中各个网络音频接口设备根据控制设备发出的命令，改变接收数据包号以及接收数据包中的子号，接收和接收数据包编号一致的发送数据包。
本发明所述的信号接收和分解步骤在同一个网络音频接口设备的内部信号交换和复制中，通过改变自环输入通道编号和自环输出通道编号，或改变复制输入通道编号和复制输出通道编号。
本发明所述的切换控制步骤是控制设备根据信号切换要求，给各个网络音频接口设备发送切换控制命令，即改变接收数据包号以及接收数据包中的子号，以实现输出音频信号的切换。
本发明所述的切换控制命令传输方式为a、切换控制命令和音频信号数据共用以太网物理介质，实现同网传输；或b、切换控制命令通过其他网络通道进行传输；或c、利用串行或并行通讯端口将控制命令直接传输给网络音频接口设备；或d、通过某一台或多台网络音频接口设备的串口/网口，对其他网络音频接口设备发出控制命令。
本发明所述的切换控制命令可以实时发布，也可以非实时发送，非实时发送的命令存储在网络音频接口设备的存储器中，网络音频接口设备将根据存储的命令，自动执行音频信号切换控制。
本发明与现有技术相比具有以下有益的效果：1、音频信号网络传输和矩阵切换方法利用CobraNet通讯协议，实现在以太网上传输多路高质量音频信号和音频信号的网络化矩阵切换，大大简化了音频信号传输和切换系统的设计和施工，省却了大量的音频线缆的敷设，节省了线缆成本、减少了敷设工程量。2、利用CobraNet通讯协议实现音频信号的传输和切换，传输和切换过程中的音质损失极少、控制方式灵活多样，保证了音频信号的传输质量，加强了系统的切换功能，为构建智能化、网络化音频系统奠定了技术基础。
【附图说明】
图1为本发明音频信号网络传输和矩阵切换方法流程示意图。
图2为使用本发明的实例网络结构示意图。
【具体实施方式】
实施例的步骤参见图1。该音频信号传输和切换方法是基于以太网络传输音频信号的通讯协议即CobraNet协议，通过网络音频接口设备和控制设备实现音频信号在以太网络上的传输和切换，该方法包括信号变换步骤、信号复合步骤、信号传输步骤、信号接收和分解步骤、信号转换步骤，以及切换控制步骤。
1、信号变换步骤，将每一路模拟/数字输入音频信号经过网络音频接口设备的信号变换电路，变换采样率和分辨率，得到采样率为48KHZ、分辨率为20比特/24比特的符合以太网络传输音频信号要求的串行数据流。
2、信号复合步骤，将变换后的每7路或8路串行数据流，复合成具有唯一编号的一个原始发送数据包。
3、信号传输步骤，按照切换控制要求和接收用户数，自动设置发送数据包的传输方式，将发送数据包在以太网上传输。
发送数据包的传输方式有多种。一种是点对点地发送，也就是说该数据包只能被一个接收设备所接收。另一种是点对多点地发送，也就是说该数据包可以被多个接收设备同时接收。还有一种是广播式传输，也就是说该数据包可以被网络中所有的网络音频接口设备所接收。本发明根据接收用户数，动态决定发送数据包的发送方式。当接收用户只有一个时，采用点对点传输，接收用户数少于预设值数量时，采用点对多点传输；接收用户大于预设值数量时，采用广播方式传输。从而最大限度利用网络带宽，实现音频信号的网络切换。
4、信号接收和分解步骤，网络音频接口设备接收控制设备发出的命令，改变各个网络音频接口设备的接收数据包即Bundle号以及接收数据包中的子号Submap。一个网络音频接口设备要从以太网上接收数据包时，首先要确定其接收数据包号，每个接收数据包有一个编号。当发送数据包和接收数据包的编号一致时，输出设备就能接收该数据包。再通过收数据包中的子号，就可以分解出接收数据包中的输出通道。
当网络音频接口设备的输出信号来自于本身的输入信号时，可通过改变自环输入通道编号和自环输出通道编号实现。不需要设置接收数据包及其子号，只需改变自环输入通道编号和自环输出通道编号便可实现，从而节省网络带宽。
当一个网络音频接口设备的多个输出切换到同一音源时，可通过改变复制输入通道编号和复制输出通道编号实现，第一个输出通过改变接收数据包号及其子号接收，其它输出通过改变复制输入通道编号和复制输出通道编号，将第一个输音源信号在设备内部复制输出。
在本实施例中，实现了根据接收状态，动态调节发送方式和接收方式，充分节省带宽，并提出了利用控制软件和网络音频接口设备，实现各网络音频接口设备的输入/输出音频信号之间的任意切换。
5、信号转换步骤，将分解出的串行音频数据，通过信号转换电路，变成模拟音频信号/数字音频信号输出。
6、切换控制步骤，是控制设备根据信号切换要求，给各个网络音频接口设备发送切换控制命令，即接收数据包号以及接收数据包中的子号，以实现输出音频信号的切换。切换控制命令可以和音频信号数据共用以太网物理介质，实现同网传输；也可以通过其他网络通道进行传输；还可以利用RS232/RS422等串行或并行通讯端口将控制命令直接传输给网络音频接口设备；还可以通过某一台或多台网络音频接口设备的串口/网口，对其他网络音频接口设备发出控制命令。切换控制命令可以实时发布，也可以非实时发送，非实时发送的命令存储在网络音频接口设备的存储器中，网络音频接口设备将根据存储的命令，自动执行音频信号切换控制。
应用本发明音频信号传输和网络切换方法的实例网络结构参见图2。音频信号切换系统主要由网络音频接口设备、控制设备和以太网构成。在该应用实例中，控制设备为一台安装了控制软件的控制计算机，控制设备、网络音频接口设备通过五类线CAT-5或光纤与以太网连接，利用简单网络通信协议即SNMP，对各个网络音频接口设备发送控制命令。网线上既能传输音频数据，又能传输控制信号。在某些应用场合下，控制设备与各个网络音频接口设备也可以通过RS232/RS422通讯线直接连接。
由于各个网络音频接口设备是通过以太网络连接，各个网络音频接口设备可以分散放置在各个音源附近，而不需要将音频信号集中传输到某一点，再进行交换，从而省却大量音频传输线缆。
该音频信号网络传输和矩阵切换方法应用实例所采用的网络音频接口设备已申请专利，此接口设备具有以下特征：
1、能采用CobraNet协议，进行音频信号的发送和接收。
2、可利用TCP/IP协议或其他网络传输协议，通过网络口接收计算机发出的命令，或接收另一个接口设备通过等时异步传输控制协议发出的控制命令，也可以通过RS232、RS422等串口数据传输协议，直接接收控制计算机或其它控制设备发出的命令，并根据该命令选择接收方式、设置接收参数，改变本机音频输出通道和本机音频输入通道和网上其他采用CobraNet协议发送音频信号的设备的音频输入通道之间的建立虚拟连接，从而实现输出音频信号的切换。
3、根据各输入通道音频信号被虚拟连接到输出通道的数量，动态改变本机发送数据包的传输方式，点对点、点对多点或广播式，智能调节网络数据流量。
该应用实例采用的控制设备具有以下特征：
1、可利用TCP/IP协议或其他网络传输协议，通过网络口给各网络音频接口设备发出音频信号切换命令，也可以通过RS232、RS422口直接给接口设备发出音频信号切换命令，控制各音频接口设备数据包的发送方式、接收方式和接收参数数值，改变各音频接口设备的音频输出通道和网上采用CobraNet协议发送音频信号的设备的音频输入通道之间的虚拟连接，从而实现输出音频信号的切换。
2、可利用TCP/IP协议或其他网络传输协议，或通过RS232、RS422等串口数据传输协议，和网络音频接口设备进行数据交换，获取各音频设备的运行状态参数，进行设备运行状态监测。