CobraNet

Mediante CobraNet y Ethernet rápido, se transmiten 64 canales de audio digital sin comprimir a través de un único cable de categoría 5. Al utilizar variantes de Ethernet Gigabit o de fibra óptica , el coste del cableado por canal de audio se reduce aún más en comparación con la implementación de Ethernet rápido. Los datos de CobraNet pueden coexistir con el tráfico de datos en las redes Ethernet existentes, de modo que una única infraestructura de red puede satisfacer la distribución de audio y otras necesidades de red. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El enrutamiento de audio se puede cambiar en cualquier momento con comandos de red y no requiere recableado. ^{[ 13 ]}

El audio se transmite en formato digital y proporciona una susceptibilidad reducida a la interferencia electromagnética , la diafonía , la coloración y la atenuación debidas a la impedancia del cable . ^{[ 14 ] [ 15 ]}

El uso de Ethernet por parte de CobraNet ofrece numerosas funciones de alta disponibilidad , como el protocolo Spanning Tree , la agregación de enlaces y la gestión de red . Para aplicaciones críticas, los dispositivos CobraNet pueden conectarse a la red mediante cables redundantes. En esta configuración, si falla un dispositivo CobraNet, un cable o un conmutador Ethernet, el otro toma el control casi de inmediato. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Los retrasos en el medio de transmisión de CobraNet son de al menos 1 + 1/3 milisegundos ^{[ nota 1 ]} por cada recorrido de la red. Para algunas aplicaciones, estos retrasos pueden ser inaceptables, especialmente cuando se combinan con retrasos adicionales derivados del tiempo de propagación , el procesamiento de señales digitales y las conversiones entre analógico y digital .

Obtener la licencia de la tecnología o adquirir las interfaces CobraNet necesarias, que codifican y decodifican la señal CobraNet, puede resultar costoso.

Los datos de CobraNet se organizan en canales y paquetes. Una señal típica de CobraNet puede contener hasta 4  paquetes de audio que viajan en cada dirección, para un total de 8  paquetes por dispositivo. Cada paquete contiene hasta 8  canales de audio de 48 kHz y 20 bits , para una capacidad total de 64 canales. CobraNet es escalable, ya que la capacidad de canales aumenta cuando se utiliza audio de 16 bits y disminuye cuando se utiliza audio de 24 bits. El número de canales permitidos por paquete está limitado por la MTU  de Ethernet de 1500 bytes . ^{[ 13 ]}

Hay tres tipos de paquetes: multidifusión, unidifusión y privados: ^{[ 13 ]}

• Los paquetes de multidifusión se envían desde un dispositivo CobraNet a todos los demás dispositivos CobraNet de la red mediante el direccionamiento multidifusión Ethernet . Cada dispositivo CobraNet determina individualmente si utilizará el paquete o lo descartará. Por lo tanto, los paquetes de multidifusión consumen más ancho de banda que otros tipos de paquetes. Los paquetes numerados del 1 al 255 están reservados para los paquetes de multidifusión.
• Los paquetes unicast se envían desde un dispositivo CobraNet a cualquier otro dispositivo o dispositivos configurados para recibir el número de paquete. Los paquetes unicast son mucho más eficientes porque los conmutadores de red los enrutan únicamente a los dispositivos que realmente desean recibirlos. A pesar de su nombre, los paquetes unicast pueden enviarse a varios dispositivos, ya sea transmitiendo varias copias de los datos de audio o utilizando el direccionamiento multicast. Los números de paquete del 256 al 65279 están reservados para paquetes unicast.
• Los paquetes privados pueden enviarse mediante direccionamiento unicast o multicast. Los números de paquete 65280–65535 están reservados para paquetes privados. Estos números se asocian a la dirección MAC del dispositivo que los transmite. Para recibir un paquete privado, es necesario especificar tanto el número de paquete como la dirección MAC del transmisor. Dado que cada transmisor dispone de 256 paquetes privados, no existe límite en el número total de paquetes privados en una red.

Siempre que los paquetes de multidifusión se utilicen con moderación, es prácticamente imposible superar el ancho de banda de una  red de 100 Mbit con datos de CobraNet. Sin embargo, existen limitaciones en cuanto al número máximo de paquetes que se pueden enviar en una red, ya que el conductor debe incluir datos en sus paquetes de ritmo para cada paquete en la red, y el paquete de ritmo está limitado a 1500  bytes. Si cada dispositivo transmite un paquete, puede haber hasta 184  transmisores activos simultáneamente (para un total de 184 paquetes). Si cada dispositivo transmite cuatro paquetes, entonces solo 105 transmisores pueden estar activos, aunque producirían un total de 421 paquetes activos. El uso de paquetes privados no requiere datos adicionales en el paquete de ritmo, por lo que estas limitaciones de la red se pueden evitar utilizando paquetes privados. ^{[ 20 ]}

La red CobraNet se sincroniza con un único dispositivo CobraNet conocido como conductor . Se puede configurar una prioridad de conductor para influir en su selección. Entre los dispositivos con la misma prioridad, el primero en conectarse a la red se convierte en el conductor elegido. Todos los demás dispositivos se conocen como intérpretes . En caso de que el conductor falle, otro dispositivo CobraNet será elegido para convertirse en conductor en cuestión de milisegundos. CobraNet no puede funcionar sin un conductor. ^{[ 21 ]}

En la transmisión y sincronización de CobraNet se utilizan cuatro tipos principales de paquetes: ^{[ 13 ]}

• Paquetes de ritmo  : el conductor envía un paquete de ritmo a todos los demás dispositivos CobraNet de la red a una velocidad de 750  paquetes por segundo. Todos los demás dispositivos CobraNet de la red sincronizan su reloj de audio y sus transmisiones de datos con el paquete de ritmo. El paquete de ritmo contiene parámetros de funcionamiento de la red, datos de reloj y permisos de transmisión para paquetes multicast y unicast.
• Paquetes de audio  (también conocidos como paquetes de datos isócronos) : estos paquetes son enviados por todos los dispositivos CobraNet tras recibir un paquete de ritmo. Con la configuración de latencia estándar, se envía un paquete de audio por cada paquete de ritmo recibido, y cada paquete incluye 64 muestras de datos de audio por canal. Con una latencia menor, los paquetes de audio pueden enviarse dos o cuatro veces por cada paquete de ritmo recibido. Los agrupamientos no comparten paquetes; se envían paquetes separados en secuencia para cada agrupamiento transmitido desde el mismo dispositivo.
• Paquetes de reserva  : estos paquetes se transmiten según sea necesario o, por lo general, al menos una vez por segundo. Su función es controlar la asignación de ancho de banda, iniciar conexiones entre dispositivos CobraNet y supervisar el estado de dichos dispositivos.
• Paquetes de puente serie  : se pueden enviar datos serie asíncronos entre dispositivos CobraNet en la misma red. Se admiten muchos formatos serie asíncronos estándar, incluidos RS-232 , RS-422 , RS-485 y MIDI .

El almacenamiento en búfer y la transmisión de datos de audio en paquetes Ethernet generalmente conllevan un retardo de 256  muestras o 5 + 1/3 milisegundos . Se introducen retardos adicionales debido a la conversión analógica-digital y digital-analógica . La latencia se puede reducir enviando paquetes más pequeños con mayor frecuencia. En la mayoría de los casos, el programador puede elegir la latencia CobraNet deseada para un dispositivo CobraNet en particular ( 5 + 1/3, 2 + 2/3 o 1 + 1/3 milisegundos ) . [ 13 ] Sin embargo , ^{reducir la latencia} de audio tiene consecuencias:  

• Reducir la latencia requiere un mayor procesamiento por parte de la interfaz CobraNet y puede reducir la capacidad del canal.
• Reducir la latencia supone una exigencia adicional para el rendimiento de la red y puede que no sea posible en algunas configuraciones de red si el retardo de reenvío es demasiado elevado.
• Dado que reducir la latencia implica enviar paquetes más pequeños con mayor frecuencia,  se pueden enviar canales de audio de mayor resolución (es decir, 96 kHz, 24 bits) por paquete sin exceder el límite de carga útil de 1500 bytes para los paquetes Ethernet. ^{[ 13 ]}

La tabla de latencia frente a canales por paquete podría sugerir que se puede enviar más información con una latencia menor. Sin embargo, esto no es así. Se pueden enviar más canales por paquete, pero un dispositivo puede procesar menos paquetes simultáneamente. Por lo tanto, aunque  se pueden enviar ocho canales de 24 bits y 96 kHz en un paquete con una latencia de 1 + 1/3 ms , debido a las limitaciones de procesamiento, el dispositivo CobraNet podría solo poder enviar y recibir un paquete en lugar de los cuatro habituales. La capacidad de paquetes de los dispositivos CobraNet es única para cada dispositivo y no siempre es la misma. La tabla de canales por paquete frente a latencias de casos de prueba ilustra la capacidad de paquetes para un dispositivo DSP Biamp AudiaFLEX-CM. Las columnas Rx y Tx indican el número máximo absoluto de canales que se pueden recibir o transmitir. La columna Rx/Tx representa el número máximo de canales que se pueden recibir y transmitir simultáneamente. ^{[ 22 ]}

Las interfaces CobraNet vienen en varias versiones, algunas de las cuales admiten más canales que otras. Además, las interfaces CobraNet tienen dos puertos Ethernet etiquetados como "principal" y "secundario". Solo es necesario conectar el puerto Ethernet principal, pero si ambos puertos están conectados, el segundo actúa como respaldo . Un diseño y una topología de red cuidadosos que aprovechen esta característica pueden proporcionar una fiabilidad extremadamente alta en aplicaciones críticas. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Las interfaces CobraNet típicas proporcionadas por Cirrus Logic son la CM-1 y la CM-2: ^{[ 23 ]}

• La CM-1  , la tarjeta CobraNet estándar, proporciona 32 canales de audio de entrada y 32 de salida.
• CM-2  : diseño compacto, de bajo consumo y menor coste, que proporciona 8 o 16 canales de audio.

Ambas tarjetas están diseñadas para ser añadidas a los productos de audio por el fabricante.

Cirrus Logic proporciona una aplicación de software llamada CobraCAD, que ayuda en el diseño de la red en la que se ejecutará el sistema CobraNet. Ayuda a identificar si hay demasiados enrutadores entre dos dispositivos CobraNet, si es posible una determinada latencia dada la configuración de la red y otras tareas. Sin embargo, Cirrus Logic no proporciona software para manipular su hardware. De hecho, en los casos más sencillos, el usuario final no necesita ningún software. Por ejemplo, una caja de distribución simple que convierte una señal CobraNet en ocho señales de audio analógicas requeriría poca o ninguna configuración por parte del usuario final, aparte de posiblemente seleccionar el número de paquete. ^{[ 24 ]} Si se requiere configuración (por ejemplo, en una caja DSP con E/S CobraNet integrada), el fabricante del dispositivo normalmente proporciona software propietario para tal fin.

Un tipo de dispositivo que integra CobraNet es el DSP de audio . A medida que los altavoces autoamplificados se hicieron más comunes, CobraNet se utilizó con frecuencia para distribuir la señal de audio del DSP. ^{[ 25 ]} Estos dispositivos suelen recibir audio de CobraNet (y a menudo de otras fuentes digitales o analógicas simultáneamente), y procesan el audio utilizando filtros y efectos digitales (por ejemplo, control de volumen, ecualización , compresión , retardo , crossovers , etc.) y luego emiten el audio a través de CobraNet (u otras salidas digitales o analógicas). ^{[ 26 ]} Algunos DSP incluso tienen un híbrido telefónico integrado y pueden incorporar CobraNet y otras fuentes en una aplicación de teleconferencia . ^{[ 27 ]}

Los amplificadores con CobraNet integrado ayudan a mantener la cadena de señal digital durante un período más prolongado. Los amplificadores con entradas CobraNet también pueden tener capacidades limitadas de DSP y monitoreo de red. ^{[ 28 ]}

Los altavoces con CobraNet integrado ayudan a mantener la cadena de señal digital durante un período aún más prolongado. En una aplicación típica de altavoz pasivo , el amplificador se ubicaría lejos del altavoz y se tendería un cable de altavoz largo (analógico) entre el altavoz y el amplificador. El cable de altavoz estaría sujeto a interferencias y pérdida de señal debido a la resistencia eléctrica. Sin embargo, un altavoz activo , alimentado por un cable eléctrico y equipado con entradas CobraNet integradas, elimina el cable de altavoz y lo reemplaza por un cable de red. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Dado que un altavoz solo utilizará un canal de audio del conjunto, muchos altavoces con CobraNet también tendrán varias salidas analógicas para el resto de los canales del conjunto, lo cual es útil en aplicaciones de clúster de altavoces.

Muchas consolas de mezcla digitales están disponibles con interfaces CobraNet opcionales para aumentar la capacidad de canales y reducir el cableado.

Los fabricantes que desean integrar la conectividad CobraNet en sus dispositivos obtienen una licencia de la tecnología o compran módulos o chips de interfaz CobraNet de Cirrus Logic. ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} Muchos fabricantes de equipos de audio han incluido CobraNet en sus productos. A continuación se muestra una lista parcial: ^{[ 33 ] [ 34 ]}