Presentación Novedades Enero 2011 · - Mejora del servicio posventa, reducción de su coste y...

Audio sobre red en sistemas de Sonido

Presentación Novedades Enero 2011

1ª parte: Análisis general de la tecnología


Audio sobre red versus interconexión convencionalAudio sobre red versus interconexión convencional

• Existen múltiples protocolos que permiten la transferencia de información de audio sobre una red

de datos estándar 802.3 (Ethernet) o que se basan en el uso de interfaces electrónicas utilizadas en

los equipos electrónicos de redes de datos.

• Básicamente realizan la misma función que las conexiones analógicas y digitales entre equipos

pero, además, aportan nuevas funcionalidades y ventajas.


pero, además, aportan nuevas funcionalidades y ventajas.

• Los protocolos a utilizar en sistemas de audio profesional deben cumplir con dos requisitos

fundamentales:

- Latencia conocida o controlada y dentro de los límites o tolerancias que definen el concepto “tiempo

real” según el entorno del sistema de audio.

- Audio sin comprimir, PCM lineal.

• La utilización de estos protocolos conlleva de forma inherente la posibilidad de

supervisión y gestión remota desde múltiples puestos de control.

Funcionalidades y ventajas según sectoresFuncionalidades y ventajas según sectores

• Sonido directo:

Funcionalidad más significativa

- Copia y/o distribución instantánea de señales de audio a diferentes clientes (mesas de mezcla,

sistemas de grabación, etc.)

Algunas ventajas

- Ahorro de peso, espacio y coste del cableado de interconexión.


- Ahorro de peso, espacio y coste del cableado de interconexión.

- Posibilidad de crear nuevas funcionalidades, como circuitos virtuales de monitorización.

- Posibilidad de establecer redundancia en las conexiones críticas entre electrónicas.


• Estudio:

-En grabación musical: poca utilidad salvo el gran

ahorro en costes de instalación

- En postproducción:


- Direccionamiento de señales entre múltiples



orígenes y múltiples destinos, por ejemplo estudios de

doblaje.

- Unificación del control de los estudios junto con la

transferencia de audio.

Algunas ventajas

- Unificación de audio entre fuentes y receptores.

- Centralización de la gestión


• Broadcast:



orígenes y múltiples destinos. Matriz virtual.

Nota: diferenciar entre los protocolos de audio


Nota: diferenciar entre los protocolos de audio

sobre red objeto de esta información y los

utilizados para enlaces o emisión (audio

comprimido)

Algunas ventajas

- Matriz central innecesaria. Reducción de fallo en el núcleo del sistema de audio.

- Posibilidad de establecer redundancia en las conexiones críticas entre electrónicas.


• Sonorización industrial


- Direccionamiento de señales desde varios orígenes a múltiples destinos.

- Distribución de señales a la totalidad de la superficie arquitectónica existente.

- Cambios en la relación fuentes-destinos sin instalación


Algunas ventajas

- Gestión y supervisión general del sistema fija o inalámbrica desde cualquier ubicación o ubicaciones.

- Automatización de eventos y envío de alertas

- Reducción de tiempo de desarrollo de presupuestos y proyectos.

- Ahorro económico y reducción de tiempos de instalación y puesta en marcha.

- Mejora del servicio posventa, reducción de su coste y generación de oportunidades de negocio

posventa.


• Sonorización industrial Ejemplo


2ª parte: Consideraciones fundamentales a tener en cuenta


Utilizar la infraestructura de red existente o

invertir en una paralela

Utilizar la infraestructura de red existente o

invertir en una paralela

Depende de la estructura de red donde se quiera

implementar el protocolo de audio y de los usos de la

misma. El protocolo de audio a seleccionar depende

de las siguientes consideraciones:

- Existencia de la figura de “Administrador de red”

- Compromiso de funcionamiento de los servicios


- Compromiso de funcionamiento de los servicios

(ofimática, control telemático de sistemas, etc.)

- Existencia de ancho de banda suficiente para un

servicio de tiempo real

- Electrónicas de red gestionables para la aplicación

de Vlan y QoS en los enlaces troncales

Protocolo de capa 2 o capa 3Protocolo de capa 2 o capa 3

Dependiendo de la estructura de red donde se implemente el protocolo

de audio, será interesante o no disponer de “enrutamiento” entre

subredes.


Protocolo de capa 2 o capa 3Protocolo de capa 2 o capa 3

LAN plana. No es necesario emplear un protocolo de

audio de capa 3


LAN de dos subredes. Es necesario emplear un protocolo de

audio de capa 3 si queremos ofrecer el servicio de monitor al

productor. Los protocolos de capa 2 no funcionarían en este caso

Fast Ethernet o Gigabit EthernetFast Ethernet o Gigabit Ethernet

Los protocolos de audio más actuales son protocolos “enrutables”. Estos protocolos IP de capa 3

necesitan mayor ancho de banda para transmitir el mismo número de canales. Aunque la progresión

de infraestructura Gigabit es imparable, todavía existen muchas infraestructuras Fast Ethernet

funcionando.

- 48 canales en cada


dirección (96 ch) por enlace

Fast Ethernet a 24 bits / 48

Khz

- 512 canales en cada

dirección (1024 ch) por

enlace Gigabit Ethernet a

24 bits / 48 Khz

Fast Ethernet o Gigabit EthernetFast Ethernet o Gigabit Ethernet

Estos protocolos de audio sobre IP

adquieren su verdadero potencial

sobre redes Gigabit. Esto se debe a

la implementación de los niveles

superiores partiendo del nivel de Red

(IP) y por tanto necesitan más bits


(IP) y por tanto necesitan más bits

correspondientes a las capas

superiores para la misma cantidad de

bits de información de audio.

Unicast o MulticastUnicast o Multicast

Unicast


El intervalo de direcciones multicast es

de 224.0.0.0 a 239.255.255.255

La dirección IP multicast requiere una

dirección MAC multicast

La dirección MAC multicast es un valor

especial que comienza con 01-00-5E en

hexadecimal

LatenciaLatencia

La menor latencia se consigue mediante la transmisión de paquetes de audio a una velocidad superior.

Dado que la cantidad de datos permanece constante, esto implica que cada paquete es menor para el caso

de baja latencia que para el caso de alta latencia


TunnellingTunnelling

Este procedimiento permite enviar por el mismo enlace de red otro tipo de protocolo o información. De esta

forma se puede utilizar el enlace para el envío de Audio y Control.

Realmente tiene utilidad si se emplea para realizar el control del mismo equipo que recibe el audio o que

dispone de la electrónica interfaz del protocolo embebido.


TunnellingTunnelling

En la figura podemos apreciar claramente que la utilidad “tunnelling” queda superada por la infraestructura de red


Topologías y redundanciaTopologías y redundancia

Existen diversas topologías de red. Algunas de ellas están claramente en desuso, aunque en el caso del

doble anillo de fibra (FDDI) se mantiene como opción por redundancia en algunos protocolos enfocados al

Directo. En cualquier caso, la topología dominante es la punto a punto o en árbol expandido, siendo sus

versiones redundantes, principalmente basadas en STP, las topologías de malla.


DirectoBroadcast e Industrial

No utilizadoObsoleto Solo Supervisión y Control


Ejemplo de topología en árbol utilizando el protocolo Dante en aplicaciones de Directo



Ejemplo de redundancia por “link aggregation”

3Com's lo denomina Port Trunking y Cisco Fast EtherChannel


Ejemplo de redundancia por “Spanning Tree Protocol



3ª parte: Descripción de diferentes protocolos


Diferentes protocolos enfocados a determinadas aplicaciones:Diferentes protocolos enfocados a determinadas aplicaciones:

- Directo y estudio

- Ethersound

- ACE (Allen & Heath)

- REAC

- AES 50

- AVB

- Dante


- Dante

-Estudios y producción

- Ravenna

- Dante

-Broadcast

- Livewire (Axia Telos)

- Ravenna

-Sonorización industrial grandes infraestructuras:

- Cobranet (Mediamatrix, Media Technology Systems)

- Dante

Particularidades del protocolo EthersoundParticularidades del protocolo Ethersound

• Ethersound ES-100

Características:

- Cumple con IEEE 802.3, es decir. Compatible con

cualquier electrónica de red (conmutadores, conversores

de medio, etc.)

- Protocolo de capa 2.



- Latencia de 104 microsegundos

- Cuantificación 24 bit PCM hasta 192kHz

- 64 canales en cada dirección sobre un enlace de 100

Mbps Fast Ethernet. 128 canales de audio máximo por

sistema.

- Supervisión y control, GPIO, RS232 y actualización de

firmware embebidos.

Particularidades del protocolo EthersoundParticularidades del protocolo Ethersound

• Ethersound ES-Giga

Características:

- Similar a ES-100 pero con 256 canales en cada

dirección sobre un enlace de 1 Gbps. Gigabit Ethernet.

512 canales de audio máximo por sistema.


Características que enfocan su sector de aplicaciónCaracterísticas que enfocan su sector de aplicación

- La latencia mínima y controlada así como su

capacidad de trabajar con varias y altas frecuencias de

muestreo lo hacen adecuado para Directo y Estudio.

- La topología “daisy-chain” y anillo aportan ventajas

en aplicaciones de Directo, facilitando el cableado y la

redundancia ante fallos, respectivamente

- Los 128 canales de audio máximo por sistema limitan

su utilización en grandes sistemas de Sonorización

Industrial.

- La topología “daisy-chain” y, sobre todo, la

imposibilidad de disponer de las señales de entrada en

las “bocas” de red de las electrónicas anteriores al


las “bocas” de red de las electrónicas anteriores al

puerto de ingreso del audio, limitan claramente su

utilización en sistemas Industriales.

Particularidades del protocolo ACEParticularidades del protocolo ACE

• ACE

Características:

- Orientado a la conexión punto a punto

- Cumple con IEEE 802.3, es decir. Compatible con cualquier electrónica

de red (conmutadores, conversores de medio, etc.)


- Cuantificación 24 bit PCM a 48 khz de frecuencia de muestreo


- Cuantificación 24 bit PCM a 48 khz de frecuencia de muestreo

-Latencia inferior a 105 micro segundos


• ACE

Características:

- 64 canales en cada dirección sobre un enlace de 100 Mbps Fast Ethernet.

- 9,6 Mbps para “tunneling” Ip para software de control en cada enlace de 100 Mbps

- Redundancia electrónica y de cable sin pérdida de tramas, totalmente transparente



- La latencia mínima con capacidad de “tunneling” Ip que permite controlar por software los

diferentes sistemas de un equipamiento de directo a través de un único enlace de red.

- Redundancia directa y transparente entre equipos, tanto de electrónica como de cable.

Especialmente indicado para seguridad en aplicaciones de directo, sin topologías en anillo más

complicadas. Redundancia punto a punto.


• ACE


Particularidades del protocolo LivewireParticularidades del protocolo Livewire

Características:

- Electrónica dedicada por el propio desarrollador del protocolo.

- Cumple totalmente IEEE 802.3 y TCP/IP. Compatible con cualquier electrónica de red (comprobar

capacidades de gestión de tráfico multicast), Fast Ethernet Gigabit Ethernet.

- Difusión multicast en Capa 2 y Capa 3. Hasta 32.767 canales estéreo en un sistema.

- Cuantificación de 24 bit PCM a 48 de frecuencia de muestreo.

• Livewire


- Cuantificación de 24 bit PCM a 48 de frecuencia de muestreo.

- Tres tipos de paquetes según latencia y utilidad “Stereo Stream”, “Livestream” y “Surround Streams”

- “Stereo Stream” y “Livestream” dos canales de audio. “Surround Streams” 5.1 + Master estéreo

- 43 canales “Stereo Stream” sobre Fast Ethernet y 430 sobre Gigabit Ethernet

- 26 canales “Livestream” sobre Fast Ethernet y 260 sobre Gigabit Ethernet . Latencia 0.25 ms

- Soporta QoS (Calidad de servicio) para priorizar la transmisión.

- Configuración origen destino mediante servidor Web directo en cada nodo de electrónica.

- Software de control general y enrutamiento del sistema, Pathfinder. Software de

supervisión y mantenimiento, iProbe.

- Difusión controlada multicast de Capa 3 mediante protocolo IGMP.


• Livewire

Características:

- Control y supervisión del sistema a través de la propia interfaz Livewire. Nodos específicos GPIO

para interacción con terceros.

- El software “Axia IP-Audio Driver “permite convertir la NIC de un PC en una interfaz Livewire para 24

entradas y 24 salidas estéreo.



- Por su elevado número de canales de trabajo podría ser utilizado en sonorización Industrial. Sin

embargo, su origen determina su principal aplicación en sistemas de producción de radio y

televisión. El formato de trabajo en canales estéreo o incluso en 5.1 así lo confirma.

Particularidades del protocolo DanteParticularidades del protocolo Dante

Características:

- Cumple totalmente IEEE 802.3 y TCP/IP. Compatible con cualquier electrónica de red, Fast Ethernet

Gigabit Ethernet.


- Cuantificación de 24 bit PCM a 48 o 96 Khz (192Khz) de frecuencia de muestreo.

- 48 canales en cada dirección (96 ch) por enlace Fast Ethernet a 24 bits / 48 Khz

• Dante


- 48 canales en cada dirección (96 ch) por enlace Fast Ethernet a 24 bits / 48 Khz

- 512 canales en cada dirección (1024 ch) por enlace Gigabit Ethernet a 24 bits / 48 Khz

- Latencia de 150 microsegundos

- Soporta QoS (Calidad de servicio) para priorizar la transmisión de sincronización (protocolo PTP

“Precise Time Protocol”) y audio sobre datagramas de otros sistemas. Las electrónicas de red deben

soportar por tanto QoS, sobre todo en redes Fast Ethernet.

- Configuración origen destino mediante software. (Dante Controller)

- Permite la difusión multicast de Capa 3 mediante IGMP

- Puerto redundante en cada interfaz.


• Dante

Características:

- el Software Dante Virtual Soundcard permite convertir la NIC de un PC en una interfaz Dante. De esta

manera dispondremos de hasta 64 entradas y 64 salidas para realizar grabación/reproducción

mediante un editor Nuendo, Logic, etc.



- Este protocolo parece cubrir los requisitos necesarios para todos los campos de utilización en

sonido profesional.

- Baja latencia, PCM lineal hasta altas frecuencias de muestreo ( Directo, Estudio)

- Protocolo de Capa 3 con capacidad Gigabit Ethernet (Sonorización Industrial)


• Dante



-Características:

-160 canales

• Hasta 99 equipos en una red

• Interfaz de red redundante sobre CAT-5

•Control independiente de la ganancia

• Rocknet


• Operación desde panel frontal

• Alimentación redundante

• Frecuencia de muestreo 48KHz o 96

KHz

• Indicadores de estado (LEDs)

• Control remoto

Particularidades del protocolo RocknetParticularidades del protocolo Rocknet

• Rocknet

Características:

- Anillo redundante en cobre

- Utilidad de Autocompensación de Ganancia


Particularidades del protocolo SuperMAC (AES50) and HyperMACParticularidades del protocolo SuperMAC (AES50) and HyperMAC

- Baja latencia

- Distribución de reloj precisa y en fase.

- Redundancia de red

- Protocolo de audio de capa 2

- Datos auxiliares TCP/IP para control

• SuperMAC (AES50) / HyperMAC


- Datos auxiliares TCP/IP para control

- Sin pago de licencias al desarrollar sobre Xilinx FPGA

- SuperMAC

48 bidirectional audio channels over Cat 5/Cat 5e cable (48 kHz)

24 bidirectional audio channels over Cat 5/Cat 5e cable (96 kHz)

- HyperMAC

192 bidirectional audio channels over Cat 5e/Cat 6 cable

or 50/125 µm multimode optical fibre (96 kHz)

Particularidades del protocolo SuperMAC (AES50) and HyperMACParticularidades del protocolo SuperMAC (AES50) and HyperMAC

- Perfil para su utilización en Estudio. AES 50 es el desarrollo sobre red de datos que debería sustituir

al AES 10 (MADI)

• SuperMAC (AES50) / HyperMAC

48-channel 44.1 kHz 24-bit PCM 3 Samples 68.02 µs

SuperMAC



48-channel 48 kHz 24-bit PCM 3 Samples 62.50 µs





6 Channels 352.8 kHz 24-bit PCM 24 Samples 68.02 µs

6 Channels 384 kHz 24-bit PCM 24 Samples 62.50 µs

Particularidades del protocolo AVBParticularidades del protocolo AVB

Descripción

- Audio Video Bridging. Grupos de trabajo EEE 802.1 AVB e IEEE 1722/1733. AVnu Alliance.

- Intenta determinar un estándar IEEE dentro de Ethernet que permita la gestión eficiente de los

contenidos de Audio y Video, haciendo especial hincapié en la sincronización de tiempo.

AVB agrupo un conjunto de normas en desarrollo por la IEEE 802.1 a tal fin.

• AVB


AVB agrupo un conjunto de normas en desarrollo por la IEEE 802.1 a tal fin.

- IEEE 802.1AS: sincronización de tiempo muy precisa entre origen y destino(PTP)

- IEEE 802.1Qat: protocolo de reserva de “stream “(SRP), para reservar recursos de la electrónica de

red y priorizar la comunicación entre un origen y un destino concreto.

- IEEE 802.1Qav: protocolo para conseguir uniformidad de régimen de transmisión de tramas entre

origen y destino, controlando los reenvíos y prioridad de etiquetados en las electrónicas de red.

IEEE 802.1BA: procedimiento para la identificación de dispositivos AVB en la red.

IEEE P802.1Qat y P802.1Qav son enmiendas al documento base de IEEE 802.1Q ,


• AVB


Conectividad de sistemas AVB


• AVB


Sincronización de tiempo AVB

Particularidades del protocolo CobranetParticularidades del protocolo Cobranet

• Cobranet

Características:

- Cumple totalmente IEEE 802.3, es decir. Compatible con cualquier electrónica de red (conmutadores,

conversores de medio, etc.). Compatible con cualquier topología de red en el dominio de difusión.

Compatible con Gigabit Ethernet y enlaces de FO.



- Cuantificación de 16, 20 y 24 bit PCM a 48 o 96 Khz de frecuencia de muestreo

- Latencia seleccionable según configuración de cuantificación y frecuencia de muestreo entre 1.33 ms,

2.66 ms y 5.33 ms.

- Conectividad matricial de audio de muchos a muchos

- Grupos de transmisión de audio (bundles) de 2 a 8 canales. 254 bundles multicast, 62.323 bundles

unicast disponibles.

- “Serial Bridge” “Packet Bridge” embebidos . “Tunneling” datos serie RS-232 o RS -485 y

de datos Ethernet respectivamente.

-Software de simulación Cobracad y de supervisión SNMP Discovery.

- “Dual link” o doble interfaz para redundancia de electrónica y cable.



- Compatibilidad total con redes Ethernet multiservicio de gran tamaño.

- Capacidad superior para la distribución y control de numerosos canales de audio de entrada y

salida. Prácticamente sin límite y por encima de cualquier protocolo de audio sobre red


- Redundancia mayor que en otros protocolos,

- Software propietario de supervisión y simulación.

- Inclusión de DSP configurable en todos los interfaces.

- Elección del tiempo de latencia a emplear en función de la topología de red existente.

Todas estas características lo hacen ideal para sonorización industrial desde pequeños a grandes

espacios arquitectónicos.


- Protocolo basado en la distribución isócrona de los datos de audio.

- Un ciclo isócrono corresponde al envío de los datos de audio de todos los transmisores que comparten una

partición de red VLAN en un segmento de tiempo determinado.

- El ciclo isócrono de transmisión se inicia con el paquete “Beat”, que genera una de las interfaces Cobranet

con la condición de árbitro o “Conductor”. El paquete “Beat” se distribuye a todos los interfaces Cobranet

existentes (multicast).

• Detalles de funcionamiento

- Inmediatamente se inicia el envío de


existentes (multicast). - Inmediatamente se inicia el envío de

los datos de audio a través de los

paquetes isócronos.

- Las interfaces Cobranet que conviven

en la misma subred (VLAN) comunican

sus necesidades de transmisión al

“conductor “ para que éste reserve su

transmisión en el próximo ciclo

isócrono.


- El “Conductor” genera 750 paquetes “Beat” multicast por segundo (para 1.33 ms). Indica a todas las

interfaces el tiempo del muestreo de los datos de audio transmitidos a continuación. Sincroniza el sistema.

• Tipos de paquetes


- El “Reservation Packet” multicast es generado por todos los interfaces Cobranet para solicitar el envío “a” o

la recepción “de”. Se genera en intervalos variables, según el tamaño de la red, aunque se puede estimar un

promedio de 1 s. Es multicast para asegurar la redundancia del “Conductor”.


- El “Audio Data Packet” o “Isochronous Data Packet” puede ser unicast o multicast , según elección. Con

una cuantificación de audio de 16, 20 o 24 bit, siempre transmite audio PCM lineal.

• Tipos de paquetes


La menor latencia se consigue mediante la transmisión de paquetes de audio a una velocidad

superior. Dado que la cantidad de datos permanece constante, esto implica que cada paquete es

menor para el caso de baja latencia que para el caso de alta latencia. Una restricción en el número

de canales de audio en un paquete es debido a una restricción sobre el máximo tamaño de paquete

Ethernet. Por ello, a menor latencia menores restricciones en el número de canales por “bundle”.

• Latencia y número de canales


- Sin embargo, el número de canales totales disponibles por interfaz, disminuye al minimizar la latencia y


- Sin embargo, el número de canales totales disponibles por interfaz, disminuye al minimizar la latencia y

reducir por tanto la duración del ciclo isócrono.


- El tiempo de propagación de la red de datos junto con la variación de ese tiempo (jitter), delimita el

funcionamiento correcto de un sistema Cobranet. El “I/O buffering” de cada interfaz permite la llegada

desordenada de paquetes. Si se superan los valores de “Forwarding Delay” los receptores incrementan

automáticamente la latencia. Si se superan los valores máximos, debemos esperar pérdida de paquetes.

• Tiempos



- Los conmutadores de red (switch) existentes entre interfaces Cobranet, determinan el límite de

funcionamiento esperado en relación al tiempo de propagación y la latencia elegida. Para una latencia de

trabajo de 5,1/3 ms, los saltos de “switch” recomendados se limitan a seis. Para 2, 2/3 ms, los saltos pueden

establecerse en dos o tres y para 1,1/3 ms a uno o dos. Si las troncales entre “switch” son Gigabit, el límite

de saltos aumenta.

• Tiempos y electrónicas de red


• El porqué de considerar a Cobranet como el protocolo más adecuado para Sonorización Industrial

- Salvo protocolos de capa 3 como Dante y AVB, Cobranet es el único que inicialmente puede trabajar con

muchos canales dentro de una subred. Además es totalmente compatible con 802.3, cuestión verificada en

la práctica en redes de alta complejidad. Puede trabajar perfectamente en las redes con electrónicas que, en

su amplia mayoría, aportan conectividad 100BT, cuestión a la que protocolos como Dante no pueden

responder para trabajar con un gran numero de canales de audio. En la siguiente imagen

podremos observar esta última reflexión.


- Podemos observar en

este ejemplo que en una

determinada subred

existen 26 interfaces de

transmisión de audio (Tx)

que introducen hasta

376 canales de audio

• Capacidad de gestión de canales


con una cuantificación de

20 bit a 48 khz. Todos

estos canales, junto a las

peticiones de recepción

de las interfaces de

salida, son gestionados

por un único “Conductor”.

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