コブラネット
イーサネットLAN経由のリアルタイムプロフェッショナルオーディオ
コブラネット
CobraNetロゴ
メーカー情報
メーカーシーラス・ロジック
開発日1996年、29年前 （1996年）
ネットワーク互換性
切り替え可能はい
ルーティング可能いいえ
イーサネットデータレートファストイーサネット
オーディオ仕様
最小遅延1 +1 ⁄ 3 ミリ秒[1]
リンクあたりの最大チャネル数64
最大サンプリングレート96kHz [ 1 ]
最大ビット深度24ビット

CobraNetは、標準的なイーサネットネットワークを介して非圧縮、マルチチャンネル、低遅延のデジタルオーディオを配信するために設計された、ソフトウェア、ハードウェア、およびネットワークプロトコルの組み合わせです。1990年代に開発されたCobraNetは、商業的に成功した最初のイーサネット経由オーディオ実装として広く認められています。[2] [3]

CobraNetは、コンベンションセンター、スタジアム、空港、テーマパーク、コンサートホールといった大規模な商業用オーディオ設備向けに設計され、主にそこで使用されています。多数のオーディオチャンネルを長距離または複数の場所に伝送する必要がある場合に使用されます。[4]

CobraNetは、長いケーブルを敷設すると電磁干渉、高周波減衰、電圧降下による信号劣化が生じるアナログオーディオの代替手段です。さらに、デジタル多重化技術を用いることで、アナログオーディオよりも少ないケーブルでオーディオを伝送できます。[5]

歴史

CobraNetは、1996年にコロラド州ボルダーに拠点を置くPeak Audio社によって開発されました。最初のデモは、チャネル容量が限られた10Mbpsのポイントツーポイントシステムでした。この初期の形態におけるCobraNetの最初の恒久的な設置は、ディズニーのアニマルキングダムテーマパーク全体にBGMを提供するために行われました。 [6] CobraNetの最初の商用利用は、1997年の第31回スーパーボウルのハーフタイムショーでした。[7]

CobraNetは、QSC Audio Products社との共同開発により、相互運用可能な標準規格として初めて導入されました。QSC社はPeak Audio社からこの技術のライセンスを取得し、RAVEブランドで販売した最初の企業です。この時点でCobraNetはファストイーサネットへと進化し、独自の衝突回避技術[8]を用いて、イーサネット衝突ドメインあたり最大64チャネルを伝送できるようになりました。

CobraNetはその後、スイッチドイーサネットネットワークをサポートするように拡張され、最終的にはスイッチドイーサネットネットワークを必要とするようになりました。リモート制御と監視のためにSNMPエージェントが追加されました。その後、より高いサンプルレート、より高いビット解像度、そしてより低いレイテンシ機能のサポートが段階的に導入され、後方互換性が保たれました。

2001年5月、Cirrus LogicはPeak Audioの資産を買収したことを発表しました。[9] [10] Cirrus DSP技術を活用して、CobraNetの低コストのSoC実装が開発され、販売されました。

利点と欠点

利点

CobraNetとファストイーサネットを使用することで、64チャンネルの非圧縮デジタルオーディオが1本のカテゴリー5ケーブルで伝送されます。ギガビットまたは光ファイバーイーサネットのバリアントを使用すると、ファストイーサネットの実装と比較して、オーディオチャンネルあたりの配線コストがさらに削減されます。CobraNetデータは既存のイーサネットネットワーク上のデータトラフィックと共存できるため、単一のネットワークインフラストラクチャでオーディオ配信やその他のネットワークニーズに対応できます。[11] [12]

オーディオルーティングはネットワークコマンドでいつでも変更でき、配線を変更する必要はありません。[13]

音声はデジタル形式で伝送され、ケーブルインピーダンスによる電磁干渉、クロストーク、色付け、減衰の影響を受けにくくなります。[14] [15]

CobraNetによるイーサネットの使用は、スパニングツリープロトコル、リンクアグリゲーション、ネットワーク管理など、多くの高可用性機能を提供します。重要なアプリケーションでは、CobraNetデバイスをネットワークに冗長接続することができます。この構成では、CobraNetデバイス、ケーブル、またはイーサネットスイッチの1つに障害が発生した場合、もう1つがほぼ即座に処理を引き継ぎます。[16] [17]

デメリット

CobraNet伝送媒体自体の遅延は少なくとも1 +ネットワークトラバーサルごとに1 ⁄ 3 ミリ秒[注1] 。一部のアプリケーションでは、これらの遅延は許容できない場合があります。特に、伝播時間、デジタル信号処理、アナログとデジタル間の変換によって生じるさらなる遅延と組み合わさると、許容できない場合があります。

この技術のライセンスを取得したり、CobraNet 信号をエンコードおよびデコードするために必要な CobraNet インターフェイスを購入したりすると、費用が高額になる可能性があります。

伝送

CobraNetテクノロジーを採用したオーディオシステムの簡単なブロック図。赤い線はアナログ オーディオ 信号、緑の線は標準イーサネット信号を示しています

CobraNetは標準のイーサネットパケットを使用して送信されます。TCP /IPパケットの代わりに、CobraNetはデータリンク層パケットを使用してデータを転送します。このデータリンク層パケットはハブ、ブリッジ、スイッチを高速で通過するため、上位のトランスポート層を使用するストリーミングプロトコルでよく見られる遅延やQoSの問題の影響を受けにくくなります。ただし、CobraNetはインターネットプロトコルを使用しないため、パケットはルーターを通過できず、LANでの使用に限定されます。つまり、インターネット経由では使用できません。CobraNetが送信されるネットワークは、最低でも100 Mbit/sで動作できる必要があります。すべてのCobraNetパケットは、Cirrus Logicに割り当てられた一意のイーサネットプロトコル識別子（0x8819）で識別されます。[13]

CobraNetは無線ネットワーク上で動作するように設計されていません。一般的な802.11無線ネットワークでは、帯域幅と信頼性の問題により、頻繁にデータ切断やエラーが発生する傾向があります。[18]しかし、CobraNetデータの無線通信はレーザーを使用することで確実に実現できます。[19]

チャンネルとバンドル

CobraNetデータはチャンネルとバンドルに編成されています。典型的なCobraNet信号は、各方向に最大4つのオーディオバンドルを含むことができ、デバイスごとに合計8つのバンドルになります。各バンドルには最大8チャンネルの48kHz、20ビットオーディオが収容され、合計64チャンネルの容量となります。CobraNetはある程度スケーラブルで、16ビットオーディオを使用するとチャンネル容量が増加し、24ビットオーディオを使用するとチャンネル容量が減少します。バンドルあたりのチャンネル数は、1,500バイトのイーサネットMTUによって制限されます。[13]

バンドルには、マルチキャスト、ユニキャスト、プライベートの3種類があります。[13]

  • マルチキャストバンドルは、イーサネットマルチキャストアドレスを使用して、1台のCobraNetデバイスからネットワーク内の他のすべてのCobraNetデバイスに送信されます。各CobraNetデバイスは、バンドルを使用するか破棄するかを個別に決定します。そのため、マルチキャストバンドルは他のバンドルタイプよりも多くの帯域幅を消費します。バンドル番号1～255は、マルチキャストバンドル用に予約されています。
  • ユニキャストバンドルは、1台のCobraNetデバイスから、バンドル番号を受信するように設定された他のデバイス（複数可）に送信されます。ユニキャストバンドルは、ネットワークスイッチが実際に受信を希望するデバイスにのみルーティングするため、非常に効率的です。その名前にもかかわらず、ユニキャストバンドルは、オーディオデータの複数のコピーを送信するか、マルチキャストアドレスを使用することで、複数のデバイスに送信できます。バンドル番号256～65279は、ユニキャストバンドル用に予約されています。
  • プライベートバンドルは、ユニキャストまたはマルチキャストアドレスで送信できます。バンドル番号65280～65535はプライベートバンドル用に予約されています。プライベートバンドル番号は、送信元デバイスのMACアドレスとペアになっています。プライベートバンドルを受信するには、バンドル番号と送信元のMACアドレスの両方を指定する必要があります。各送信元は256個のプライベートバンドルを使用できるため、ネットワーク上のプライベートバンドルの総数に制限はありません。

マルチキャストバンドルを控えめに使用する限り、CobraNetデータで100Mビットネットワークの帯域幅を超えることは事実上不可能です。ただし、ネットワーク上で送信できるバンドルの最大数には制限があります。これは、コンダクタがネットワーク上のすべてのバンドルについてビートパケットにデータを含める必要があり、ビートパケットは1,500バイトに制限されているためです。各デバイスが1つのバンドルを送信する場合、最大184台の送信機が同時にアクティブになります（合計184バンドル）。各デバイスが4つのバンドルを送信する場合、アクティブにできる送信機は105台のみですが、合計421のアクティブバンドルが生成されます。プライベートバンドルを使用する場合、ビートパケットに追加のデータは必要ありません。そのため、プライベートバンドルを使用することで、これらのネットワーク制限を回避できます。[20]

同期

CobraNetネットワークは、コンダクタと呼ばれる単一のCobraNetデバイスと同期します。コンダクタの優先順位を設定することで、コンダクタの選択に影響を与えることができます。同じコンダクタ優先順位を持つデバイスの中で、最初にネットワークに接続したデバイスがコンダクタに選出されます。他のすべてのデバイスはパフォーマーと呼ばれます。コンダクタに障害が発生した場合、数ミリ秒以内に別のCobraNetデバイスがコンダクタとして選択されます。CobraNetはコンダクタなしでは機能しません。[21]

パケット

CobraNetの伝送と同期には、主に4種類のパケットが使用されます。[13]

  • ビートパケット – コンダクターは、ネットワーク上の他のすべてのCobraNetデバイスに、毎秒750パケットの速度でビートパケットを出力します。ネットワーク上の他のすべてのCobraNetデバイスは、オーディオクロックとデータ送信をビートパケットに同期させます。ビートパケットには、ネットワークの動作パラメータ、クロックデータ、およびマルチキャストおよびユニキャストバンドルの送信権限が含まれます。
  • オーディオパケット（アイソクロナスデータパケット とも呼ばれます）は、ビートパケットを受信したすべてのCobraNetデバイスから送信されます。標準レイテンシ設定では、受信したビートパケットごとに1つのオーディオパケットが送信され、各オーディオパケットにはチャンネルあたり64サンプルのオーディオデータが含まれます。低レイテンシ設定では、受信したビートパケットごとにオーディオパケットが2回または4回送信される場合があります。バンドルはパケットを共有せず、同じデバイスから送信されるバンドルごとに個別のパケットが順番に送信されます。
  • 予約パケット – これらのパケットは必要に応じて、または通常は少なくとも1秒に1回送信されます。その機能は、帯域幅の割り当てを制御し、CobraNetデバイス間の接続を開始し、CobraNetデバイスのステータスを監視することです。
  • シリアルブリッジパケット –同一ネットワーク上のCobraNetデバイス間で非同期シリアルデータを送信できます。RS -232、RS-422、RS-485、MIDIなど、多くの標準的な非同期シリアルフォーマットがサポートされています。

レイテンシー

イーサネットパケットでのオーディオデータのバッファリングと送信には、通常256サンプルまたは5の遅延が発生します +1 ⁄ 3ミリ秒。アナログからデジタル、デジタルからアナログへの変換 によって追加の遅延が発生します。レイテンシは、より小さなパケットをより頻繁に送信することで削減できます。ほとんどの場合、プログラマーは特定のCobraNetデバイスに対して必要なCobraNetレイテンシを選択できます（ 5 +1 ⁄ 3、2​​ +2 ⁄ 3、または1 +1 ⁄ 3 ミリ秒）。 [13]しかし、オーディオの遅延を減らすと次のような影響があります。

  • レイテンシを削減するには、CobraNet インターフェースによる処理がさらに必要になり、チャネル容量が減少する可能性があります。
  • 遅延を減らすと、ネットワーク パフォーマンスに対する要求がさらに高まり、転送遅延が大きすぎる場合は一部のネットワーク構成では不可能になる場合があります。
  • レイテンシを減らすということは、より小さなパケットをより頻繁に送信することを意味するため、イーサネットパケットの1,500バイトのペイロード制限を超えることなく、より高い解像度（つまり96kHz、24ビット）のオーディオチャンネルをバンドルごとに送信できます。[13]
レイテンシー バンドルあたりのチャンネル数
16ビット、48kHz 20ビット、48kHz 24ビット、48kHz 16ビット、96kHz 20ビット、96kHz 24ビット、96kHz
5 +1⁄3ミリ秒 8 8 7 5 4 3
2 +2⁄3ミリ秒 8 8 8 8 8 7
1 +1⁄3ミリ秒 8 8 8 8 8 8

レイテンシーとバンドルあたりのチャンネル数の表を見ると、より低いレイテンシーでより多くの情報を送信できるように見えるかもしれません。しかし、そうではありません。バンドルあたりに送信できるチャンネル数は増えますが、1つのデバイスで同時に処理できるバンドル数は少なくなります。つまり、1つのバンドルで24ビット、96kHzのチャンネルを8つ、1つのレイテンシーで送信できる一方で、 +1 ⁄ 3 msのレイテンシの場合、処理上の制約により、CobraNetデバイスは通常の4つのバンドルではなく、1つのバンドルしか送受信できない場合があります。CobraNetデバイスのバンドル容量はデバイスごとに異なり、常に同じではありません。「バンドルあたりのチャンネル数とテストケースのレイテンシ」の表は、Biamp AudiaFLEX-CM DSPデバイスのバンドル容量を示しています。Rx列とTx列は、受信または送信可能なチャンネルの最大数を示しています。Rx/Tx列は、同時に受信および送信可能なチャンネルの最大数を示しています。 [22]

バンドルあたりのチャンネル数 1 +1 ⁄ 3ミリ秒の遅延 2 +2 ⁄ 3ミリ秒の遅延 5 +1 ⁄ 3ミリ秒の遅延
処方箋 処方箋 処方箋/処方箋 処方箋 処方箋 処方箋/処方箋 処方箋 処方箋 処方箋/処方箋
8 32 32 32/32 32 32 32/32 32 32 16/16
7 32 32 32/32 32 32 29/29 28 32 14/15
6 32 32 32/32 32 32 29/29 24 32 12/13
5 32 32 32/32 32 32 25/27 21 32 12/13
4 32 32 32/32 32 32 24/24 20 28 12/12
3 32 32 32/32 32 32 20/21 15 24 9/11
2 32 32 28/29 27 32 16/16 12 18 6/7
1 16 16 16/16 16 16 9/10 7 10 4/4

ハードウェアとソフトウェア

CobraNetネットワークカード

CobraNetインターフェースにはいくつかの種類があり、その中には他のものよりも多くのチャネルをサポートできるものがあります。さらに、CobraNetインターフェースには、「プライマリ」と「セカンダリ」というラベルの付いた2つのイーサネットポートがあります。プライマリイーサネットポートのみを接続する必要がありますが、両方のポートが接続されている場合は、後者のポートがフェイルセーフとして機能します。この機能を活用した慎重なネットワーク設計とトポロジは、重要なアプリケーションにおいて非常に高い信頼性を提供できます。[16] [17]

Cirrus Logicが提供する典型的なCobraNetインターフェースはCM-1とCM-2である。[23]

  • CM-1  – 標準 CobraNet カードは、32 個の入力と 32 個の出力のオーディオ チャネルを提供します。
  • CM-2  – コンパクト、低消費電力、低コストの設計で、8 または 16 のオーディオ チャネルを提供します。

どちらのカードも、メーカーがオーディオ製品に追加できるように設計されています。

ソフトウェア

Cirrus Logicは、CobraNetシステムが動作するネットワークの設計を支援するCobraCADというソフトウェアアプリケーションを提供しています。このソフトウェアは、2つのCobraNetデバイス間にルーターが多すぎるかどうか、ネットワーク構成やその他のタスクを考慮して特定の遅延が許容されるかどうかなどを特定するのに役立ちます。しかし、Cirrus Logicはハードウェアを操作するためのソフトウェアを提供していません。実際、最もシンプルなケースでは、エンドユーザーはソフトウェアを必要としません。例えば、CobraNet信号を8つのアナログオーディオ信号に変換するシンプルなブレイクアウトボックスでは、バンドル番号を選択する以外は、エンドユーザーによる設定はほとんど、あるいは全く必要ありません。 [24]設定が必要な場合（例えば、CobraNet I/Oを統合したDSPボックスなど）、通常、デバイスのメーカーはそのため専用のソフトウェアを提供します。[要出典]

デバイス

CobraNetを統合するデバイスの1つに、オーディオDSPがあります。セルフパワードスピーカーが普及するにつれて、CobraNetはDSPからのオーディオ信号を分配するために頻繁に使用されるようになりました。[25]これらのデバイスは通常、CobraNetから（そして多くの場合、他のデジタルまたはアナログソースからも）オーディオを受信し、デジタルフィルターとエフェクト（ボリュームコントロール、EQ、コンプレッション、ディレイ、クロスオーバーなど）を使用してオーディオを処理し、CobraNet（または他のデジタルまたはアナログ出力）を介してオーディオを出力します。[26]一部のDSPには電話ハイブリッドが内蔵されており、CobraNetと他のソースをテレビ会議アプリケーションに組み込むことができます。[27]

CobraNetを内蔵したアンプは、信号チェーンをより長い期間デジタル化するのに役立ちます。CobraNet入力を備えたアンプは、DSPやネットワーク監視機能が制限される場合があります。[28]

CobraNetを統合したスピーカーは、信号チェーンをデジタルに保つのに役立ち、より長いスパンで使用できます。一般的な非電源スピーカーの場合、アンプはスピーカーから離れた場所に設置され、スピーカーとアンプの間は長いスピーカーケーブル（アナログ）で接続されます。スピーカーケーブルは電気抵抗による干渉や信号損失の影響を受けます。しかし、電源ケーブルで駆動し、CobraNet入力を統合した電源付きスピーカーでは、スピーカーケーブルが不要になり、ネットワークケーブルで代用できます。 [14] [15]スピーカーはバンドル内の1つのオーディオチャンネルのみを使用するため、CobraNetを搭載した多くのスピーカーはバンドル内の残りのチャンネル用に複数のアナログ出力も備えており、これはスピーカークラスターアプリケーションで役立ちます。[オリジナル研究? ]

多くのデジタルミキシング コンソールは、オプションの CobraNet インターフェイスを使用して、チャンネル容量を増やし、ケーブル配線を削減できます。[引用が必要]

メーカー

CobraNet接続を自社の機器に統合したいメーカーは、Cirrus Logicから技術のライセンスを取得するか、CobraNetインターフェースモジュールまたはチップを購入します。[29] [30] [31] [32]多くのオーディオ機器メーカーが自社製品にCobraNetを搭載しています。以下はその一部です。[33] [34]

参照

注記

  1. ^ CobraNetは3つのレイテンシーモードをサポートしています。1 +1 ⁄ 3、2​​ +2 ⁄ 3と5 +1 ⁄ 3 ミリ秒。詳細については、§ レイテンシを参照してください。

参考文献

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  • 公式ウェブサイト
  • CobraNetの概要、使用方法、よくある質問
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