CN106789268A - 一种网络音频传输方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网络音频传输方法，涉及交换机、至少一个音频发送设备和至少一个音频接收设备，所述的交换机、音频发送设备和音频接收设备位于同一网段内，所述的方法具体为：步骤1：音频发送设备将封装有IP地址、音频信号或控制信号的数据发送给交换机；步骤2：交换机接收所述的数据并将该数据发送到IP地址对应的音频接收设备；步骤3：所述的音频接收设备接收交换机发送的数据并解封装得到音频信号或控制信号。本发明的目的在于提供一种网络音频传输方法和***。
Description
技术领域
本发明涉及网络音频传输技术领域，具体地说是一种网络音频传输方法和***。
背景技术
在现有技术中，音频大多需要以对应的音频线以模拟信号进行传输，这样的话存在的缺陷在于，需要连接大量的音频线进行连接，对操作人员的操作要求高，特别是对于远距离数据传输其难度更大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网络音频传输方法和***。
本发明的具体的技术方案为：一种网络音频传输方法，涉及交换机、至少一个音频发送设备和至少一个音频接收设备，所述的交换机、音频发送设备和音频接收设备位于同一网段内，所述的方法具体为：
步骤1：音频发送设备将封装有IP地址、音频信号或控制信号的数据发送给交换机；
步骤2：交换机接收所述的数据并将该数据发送到IP地址对应的音频接收设备；
步骤3：所述的音频接收设备接收交换机发送的数据并解封装得到音频信号或控制信号。
在上述的网络音频传输方法中，步骤1中，所述的音频发送设备和音频接收设备通过零配置网络协议或DHCP服务器分配IP地址。
在上述的网络音频传输方法中，步骤1中，所述的音频发送设备将所述的音频信号或控制信号在传输层封装UDP首部，在网络层封装所述的IP地址，在数据链路层封装以太网首部，并将其发送到物理层；
所述的音频接收设备在物理层接收音频发送设备发送的数据后，在数据链路层、网络层、传输层进行相应的解封操作得到音频信号或控制信号。
在上述的网络音频传输方法中，还包括同步时钟信号，所述的同步时钟信号与数据同步打包，所述的音频接收设备根据同步时钟信号以同一基准时间输出音频信号或控制信号。
在上述的网络音频传输方法中，所述的音频发送设备包括麦克风、数字音乐存储播放单元、DSP数字处理器中至少一种；所述的音频接收设备包括音响、DSP数字处理器、数字音乐存储播放单元中的至少一种。
同时，本发明还公开了一种网络音频传输***，包括交换机、少一个音频发送设备、至少一个音频接收设备，所述的交换机、音频发送设备和音频接收设备位于同一网段内，所述的音频发送设备用于封装包含有IP地址、音频信号或控制信号的数据，并将数据发送到交换机；
所述的交换机用于接收所述的数据并将所述的数据发送到该IP地址对应的音频接收设备；
所述的音频接收设备用于接收交换机发送的数据并解封装得到音频信号或控制信号。
在上述的网络音频传输***中，所述的音频发送设备还用于将同步时钟信号和所述的数据打包发送给交换机；
所述的音频接收设备用于根据同步时钟信号以同一基准时间输出音频信号或控制信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的音频数据以数据包的形式进行传输，基于三层的IP网络技术来传输音频数据，使得网络音频传输不依赖于控制***而独立存在，解决传统多线路音频线缆铺设困难的问题，不再需要价格昂贵的多通道模拟线缆，改用成本低廉的CAT5e和CAT6类线及100/1000Mb/s的交换机。也解决了远距离传输、数据备份、自动冗余等模拟设备无法解决的问题。
本发明利用IEEE1588精密时钟同步协议来进行时钟同步，由于每个音频网络接口都是将本地时钟同步到基准时钟，所以他们的数据在打包和解包的过程中产生的数据量是完全相同的，这就不会因缓存过载导致音频数据丢失。
同时，在同一网络中分发同步时钟信号、音频信号和控制信号是分开进行的，音频信号和同步信号则是一起打包以UDP/IP形式传送，数据包跟随绝对时间戳在网络中传递，确保网络中任何位置结点可以同一基准时间输出相同采样频率的原信号。
本发明采用专用零配置技术——“即插即用”服务发现技术。利用自动配置自动查找接口设备、标识标签及区分IP地址等工作，无需启动高层级别的DNS和DHCP服务。即在不需要任何人工参与和管理、不需要各种服务参与的情况下，自动实现主机之间、主机和设备之间网络通信的配置。主要需要完成两方面：(1)IP地址自动分配，(2)服务的发现。当设备插上网线，一旦连接到网络，便可自动在网络上互相识别并配置，真正做到即插即用。
本发明只需要预先在控制终端如电脑上对交换机进行设置，在该局域网内任意的网络端点，都可以在应用程序界面上轻松的查阅、监控、配置音频信号的路由。
附图说明
图1是本发明实施例1的流程方框图；
图2是本发明实施例1的同步时钟信号的选择方法方框图；
图3是本发明实施例2的结构方框图；
图4是本发明实施例3的结构方框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
如图1所示，一种网络音频传输方法，涉及交换机、至少一个音频发送设备和至少一个音频接收设备，所述的交换机、音频发送设备和音频接收设备位于同一网段内，所述的方法具体为：
步骤1：音频发送设备将封装有IP地址、音频信号或控制信号的数据发送给交换机；所述的音频发送设备和音频接收设备通过零配置网络协议或DHCP服务器分配IP地址。
本实施例采用专用零配置技术——“即插即用”服务发现技术。利用自动配置自动查找接口设备、标识标签及区分IP地址等工作，无需启动高层级别的DNS和DHCP服务。即在不需要任何人工参与和管理、不需要各种服务参与的情况下，自动实现主机之间、主机和设备之间网络通信的配置。主要需要完成两方面：(1)IP地址自动分配，(2)服务的发现。当设备插上网线，一旦连接到网络，便可自动在网络上互相识别并配置，真正做到即插即用。
更为具体来说：“即插即用”服务发现技术包括以下方面：
(1)IP地址自动分配
接入***网络的设备，会自动为其分配配置信息，且配置参数一直维持这种网络设置，即使重启该设备，网络设置也不会改变
参与到同一链路的设备会在169.254.*的地址范围内随机选择一个IP地址
然后发出探测报文，检测所选的IP地址是否被占用
设备IP地址一旦确定将不断发出通知，告知其他设备，该IP地址已被占用。
(2)服务发现
(a)接入***网络的设备或主机，在没配置也没其他配置管理服务情况下，该服务发现功能可以使设备自动发现网络上提供的服务，
(b)支持这样一种框架，用户端有用户代理进程负责发送服务请求
(c)服务端通过服务代理进程声明服务
(d)当服务发现时，用户指定所需服务的特征信息，由用户代理发出服务请求
(e)若网路上存在相匹配的服务，用户代理将收到服务位置的应答。
本实施例所述的数据的封装步骤如图1所示，音频信号或控制信号作为数据部分在应用/表示/会话层产生，然后在传输层封装UDP首部，然后在网络层封装IP首部，最后经过数据链层封装以太网首部后在物理层进行数据传输。
封装后的数据如下表1：
| 以太网首部/IP首部/UDP首部 | 音频信号/控制信号 |
在封装产生上述数据的同时，还同时封装同步时钟信号。
本发明的同步时钟信号利用IEEE1588精密时钟同步协议来进行时钟同步，IEEE1588精密时钟同步协议的网络拓扑由基准时钟(Crandmaster Clock)、边界时钟(Boundary Clock)和本地时钟(Ordinary CLock)构成。IEEE1588根据最佳主时钟算法(BMC)完成主时钟即上述所说的基准时钟的选举，网络中的每个音频设备都跟踪基准时钟，由于每个音频网络接口都是将本地时钟同步到基准时钟，所以他们的数据在打包和解包的过程中产生的数据量是完全相同的，这就不会因缓存过载导致音频数据丢失。
另外，在同一网络中可以发送同步时钟信号、音频信号和控制信号，音频信号和同步信号则是一起打包以UDP/IP形式传送，数据包跟随绝对时间戳在网络中传递，确保网络中任何位置结点可以同一基准时间输出相同采样频率的原信号。
最佳主时钟算法BMC(Best Master Clock Algorithm)独立运行与时钟同步***(在这里指本发明的***中)的每个时钟上，BMC中的数据设置比较算法DSC(Data SetComparison Algorithm)来完成选举主时钟的工作。
DSC算法动态运行于每个时钟上，在***运行中根据实时数据不断计算比较时钟选举的数据集，该数据集包含时钟品质、时钟等级、时钟类型、时钟偏移等参数信息的集合，不断比较的过程如下图2所示。
根据不断计算比较的结果动态调整各节点和端口的状态，***会选择出更合适的节点作为主时钟。
具体的计算方法如下：
S1：比较数据集A、B，判断A、B的唯一标示是否相同；若相同，则进行S2，若不同则进行S3；其中，数据集A代表原有数据集；数据集B代表新更新的数据集；在本步骤中，A、B的唯一标示是指算法里面对每生成的数据集，都给予一个唯一的标识值；
S2：判断A、B被转发的路径数是否相同；若不同，则较小的值比较好，若相同，则判断A与B的sequence ID是否相同，若相同则较大的值比较好；在本步骤中，转发的路径数是指数据集A和B被转发的次数；较大的值和较小的值的大小区分通过参数sequence ID进行比较。
S3：A与B的时钟级别是否相同，若不相同则进入S4；若相同则判断A与B的时钟抖动方差是否相同，若不同则进入S4，若相同则判断A的标识值是否小于B的标识值，若是则进入S4；在本步骤中，时钟级别是指精度等级值，谁的精度更好，优先级别更高；；时钟抖动是指对于理想时钟沿实际时钟存在不随时间积累的、时而超前、时而滞后的偏移称为时钟抖动,简称抖动.可以用抖动频率和抖动幅度对时钟抖动进行定量描述。
S4：判断较小的值比较好。
步骤2：交换机接收所述的数据并将该数据发送到IP地址对应的音频接收设备；
交换机根据数据中所封装的IP地址将数据发送到对应的音频接收设备。
步骤3：所述的音频接收设备接收交换机发送的数据并解封装得到音频信号或控制信号。
音频接收设备对于数据的解封装按照上述的封装步骤逆向解除封装即可。
本实施例的音频信号或控制信号以数据包的形式进行传输，基于三层的IP网络技术来传输音频数据，使得网络音频传输不依赖于控制***而独立存在，解决传统多线路音频线缆铺设困难的问题，不再需要价格昂贵的多通道模拟线缆，改用成本低廉的CAT5e和CAT6类线及100/1000Mb/s的交换机。也解决了远距离传输、数据备份、自动冗余等模拟设备无法解决的问题。
本实施例利用IEEE1588精密时钟同步协议来进行时钟同步，由于每个音频网络接口都是将本地时钟同步到基准时钟，所以他们的数据在打包和解包的过程中产生的数据量是完全相同的，这就不会因缓存过载导致音频数据丢失。
同时，在同一网络中分发同步时钟信号、音频信号和控制信号是分开进行的，音频信号和同步信号则是一起打包以UDP/IP形式传送，数据包跟随绝对时间戳在网络中传递，确保网络中任何位置结点可以同一基准时间输出相同采样频率的原信号。
本实施例采用专用零配置技术——“即插即用”服务发现技术。利用自动配置自动查找接口设备、标识标签及区分IP地址等工作，无需启动高层级别的DNS和DHCP服务。即在不需要任何人工参与和管理、不需要各种服务参与的情况下，自动实现主机之间、主机和设备之间网络通信的配置。主要需要完成两方面：(1)IP地址自动分配，(2)服务的发现。当设备插上网线，一旦连接到网络，便可自动在网络上互相识别并配置，真正做到即插即用。
本实施例只需要预先在控制终端如电脑上对交换机进行设置，在该局域网内任意的网络端点，都可以在应用程序界面上轻松的查阅、监控、配置音频信号的路由。
实施例2
如图3所示，一种网络音频传输***，包括交换机1、少一个音频发送设备2、至少一个音频接收设备3，所述的交换机1、音频发送设备2和音频接收设备3位于同一网段内；
所述的音频发送设备2用于封装包含有IP地址、音频信号或控制信号的数据，并将数据发送到交换机1；为了进一步提高数据的同步性，数据还和同步时钟信号共同打包发送给交换机1；
所述的交换机1用于接收所述的数据并将所述的数据和同步时钟信号发送到该IP地址对应的音频接收设备3；
所述的音频接收设备3用于接收交换机发送的数据和同步时钟信号并解封装得到音频信号或控制信号。所述的音频接收设备3根据同步时钟信号以同一基准时间输出音频信号或控制信号。这样就实现了在网络层面上对数据的传输和同步播放。
在本实施例中，所述的交换机1包括数据接收发送单元和用于为接入设备自动配置接口设备、标识标签及区分IP地址并与该接入设备配对的配置单元，所述的控制信号包括接收该数据包的接口设备、标识标签及区分IP地址以及发送该数据包的接口设备、标识标签及区分IP地址。
本实施例的音频数据以数据包的形式(数据包格式如图1-2-2)进行传输，基于三层的IP网络技术来传输音频数据，使得网络音频传输不依赖于控制***而独立存在，解决传统多线路音频线缆铺设困难的问题，不再需要价格昂贵的多通道模拟线缆，改用成本低廉的CAT5e和CAT6类线及100/1000Mb/s的交换机。也解决了远距离传输、数据备份、自动冗余等模拟设备无法解决的问题。
本实施例利用IEEE1588精密时钟同步协议来进行时钟同步，由于每个音频网络接口都是将本地时钟同步到基准时钟，所以他们的数据在打包和解包的过程中产生的数据量是完全相同的，这就不会因缓存过载导致音频数据丢失。
同时，在同一网络中分发同步时钟信号、音频信号和控制信号是分开进行的，音频信号和同步信号则是一起打包以UDP/IP形式传送，数据包跟随绝对时间戳在网络中传递，确保网络中任何位置结点可以同一基准时间输出相同采样频率的原信号。
本实施例采用专用零配置技术——“即插即用”服务发现技术。利用自动配置自动查找接口设备、标识标签及区分IP地址等工作，无需启动高层级别的DNS和DHCP服务。即在不需要任何人工参与和管理、不需要各种服务参与的情况下，自动实现主机之间、主机和设备之间网络通信的配置。主要需要完成两方面：(1)IP地址自动分配，(2)服务的发现。当设备插上网线，一旦连接到网络，便可自动在网络上互相识别并配置，真正做到即插即用。
本实施例只需要预先在控制终端如电脑上对交换机进行设置，在该局域网内任意的网络端点，都可以在应用程序界面上轻松的查阅、监控、配置音频信号的路由。
实施例3
下面，本实施例以具体的例子对本发明的方法进行解释。
如图4所示，以麦克风11、路由器12、DSP处理器13、调音台14、音响15、PC机16为例。
(a)在除路由器或交换机12以外的其他设备嵌入转换器模块(含以太网网口)
(b)搭建一个如图3所示的网络音频***：
(b1)各设备之间的传输线为cat5类以上的双绞线
(b2)各音频设备及PC机通过cat5类以上的网线连接到路由器的网口
(b3)各设备根据零配置协议会获得在169.254.*范围内的一个IP地址，
(b4)PC机的控制程序具有服务发现功能，发现该网络***内的各设备信息(包括名称、IP地址、音频通道数等信息)
(c)此时PC机16的控制程序可以设置我们所想要的音频路由，例如，可设置麦克风11的channel-1作为发送端，调音台的channel-1和channel-2作为接收端，
(d)再将调音台14的channel-1和channel-2作为发送端，DSP处理器13的channel-1和channel-2作为接收端，调音台14处理完音频信号会将其发送到DSP处理器13；
(e)再将DSP处理器13的channel-1和channel-2作为发送端，音响的channel-1和channel-2作为接收端，DSP处理器13处理完音频信号会将其发送到音响15的channel-1和channel-2，作为左右声道输出音频信号。
上述c-e的数据传输过程中，音频信号会封装所需要传递到的设备的IP地址，同时与同步时钟信号一起打包，通过交换机发送到对应的设备。
当***中需要增加新的设备时，该设备都需要嵌入或接入我们的转换器模块(含以太网网口)，然后通过cat5类及以上的双绞线连接到音频网络中的交换机或路由器12。例如加入手机设备，手机设备可作为发送端，通过3.5音频线接入转换器模块(则在音频网络中，即将其channel-1和channel-2当作发送端)，转换器模块再通过cat5类及以上的双绞线连接到音频网络中，这样就实现了新设备的加入。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种网络音频传输方法，涉及交换机、至少一个音频发送设备和至少一个音频接收设备，所述的交换机、音频发送设备和音频接收设备位于同一网段内，其特征在于，所述的方法具体为：
步骤1：音频发送设备将封装有IP地址、音频信号或控制信号的数据发送给交换机；
步骤2：交换机接收所述的数据并将该数据发送到IP地址对应的音频接收设备；
步骤3：所述的音频接收设备接收交换机发送的数据并解封装得到音频信号或控制信号。
2.根据权利要求1所述的网络音频传输方法，其特征在于，步骤1中，所述的音频发送设备和音频接收设备通过零配置网络协议或DHCP服务器分配IP地址。
3.根据权利要求2所述的网络音频传输方法，其特征在于，步骤1中，所述的音频发送设备将所述的音频信号或控制信号在传输层封装UDP首部，在网络层封装所述的IP地址，在数据链路层封装以太网首部，并将其发送到物理层；
所述的音频接收设备在物理层接收音频发送设备发送的数据后，在数据链路层、网络层、传输层进行相应的解封操作得到音频信号或控制信号。
4.根据权利要求1所述的网络音频传输方法，其特征在于，还包括同步时钟信号，所述的同步时钟信号与数据同步打包，所述的音频接收设备根据同步时钟信号以同一基准时间输出音频信号或控制信号。
5.根据权利要求1所述的网络音频传输方法，其特征在于，所述的音频发送设备包括麦克风、数字音乐存储播放单元、DSP数字处理器中至少一种；所述的音频接收设备包括音响、DSP数字处理器、数字音乐存储播放单元中的至少一种。
6.一种网络音频传输***，包括交换机、少一个音频发送设备、至少一个音频接收设备，所述的交换机、音频发送设备和音频接收设备位于同一网段内，其特征在于：
所述的音频发送设备用于封装包含有IP地址、音频信号或控制信号的数据，并将数据发送到交换机；
所述的交换机用于接收所述的数据并将所述的数据发送到该IP地址对应的音频接收设备；
所述的音频接收设备用于接收交换机发送的数据并解封装得到音频信号或控制信号。
7.根据权利要求6所述的网络音频传输***，其特征在于，所述的音频发送设备还用于将同步时钟信号和所述的数据打包发送给交换机；
所述的音频接收设备用于根据同步时钟信号以同一基准时间输出音频信号或控制信号。
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- 2016-12-27 CN CN201611226392.9A patent/CN106789268A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xu Yongjian Inventor after: Lu Xuming Inventor after: Xu Guangjian Inventor after: Tan Hongzhou Inventor after: Chen Yuanchuan Inventor before: Xu Yongjian Inventor before: Lu Xuming Inventor before: Xu Guangjian Inventor before: Tan Hongzhou Inventor before: Chen Yuanchuan |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170531 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |