Midas digitális protokoll


Háttér

Még 2005 júliusában az Audio Engineering Society nyilvánosságra hozta az AES50 nyílt szabványát, amelyben meghatározta egy, a 100 Mbit/s Cat5 kábelen használható digitális többcsatornás audió jelátvitel módszerét. Az AES50-et követő SuperMAC technológiát az oxfordi Sony Pro-Audio Lab fejlesztette ki és kezdetben a Sony segítette elő a szabvány alkalmazását más gyártók számára a SuperMAC és párja, a Gigabit Ethernet HyperMAC technológia licencének átadásával.

Messze a legnagyobb kereskedelmi felhasználást a Midas döntése jelentette, amikor ezt a technológiát választotta az XL8 Live Performance System digitális keverőasztal audió- és hálózati rendszeréhez. Nem sokkal a formátum AES általi sikeres egységesítése és az XL8 piacra dobása után a Sony azt a testületi döntést hozta, hogy eladásra kínálja fel a Sony Oxford Lab hálózati részlegét, és mind a SuperMAC, mind pedig a HyperMAC a Klark Teknik birtokába került, akik a technológiát jogdíjmentes alapon elérhetővé tették. Akárcsak a XL8, a Midas Pro6 Live digitális pult és a Klark Teknik DN9696 nagyfelbontású hangfelvevő rendszere is SuperMAC és HyperMAC interfészeket alkalmaz.

A SuperMAC és HyperMAC technológia jó néhány jelentős turné során gyakorlatban is kipróbálásra került, így a Metallica, AC/DC, Oasys, REM, The Verve, Depeche Mode, OMD és Arctic Monkeys koncertjein, valamint a Led Zeppelin mostani legendás és egyszeri megújulásán a londoni O2 arénában. A SuperMAC és HyperMAC audió hálózatok előnyeit számos szabadtéri fesztivál is élvezhette, közöttük a Glastonbury, a T in the Park, a Francofolies és a New York-i Metropolitan Opera a Central Parkban.

Rangos intézményekben is beépítésre került, ilyenek a Westover templom Greensboróban, új Carolinában, a több szerepet betöltő kulturális és művészeti központ Kína Suzhou és Shenzen városában, a Malai színház Moszkvában és a Shibuya-AX koncertterem Tokióban. Több nagyobb eseményen, így a pekingi Madárfészek Stadion Placído Domingo koncertjén, számos Broadway musicalben és az oslói Nobel békedíj átadáson is sikerrel alkalmazták.


A SuperMAC és a HyperMAC összehasonlítása

SuperMAC (AES50 szabvány szerint)

  • 100 Mbit/s Ethernet Cat 5/Cat 5e rézkábelen keresztül (100 méter)
  • 24 kétirányú csatorna @96 kHz (48 kétirányú csatorna @48 kHz)
  • Késés linkenként 62,50 µs @96 kHz (48 kHz-en is)
  • 5 Mbit/s adatcsatorna
  • Külön sodrott érpárok hanghoz, adathoz és órajelhez

HyperMAC

  • 1 Gbit/s Ethernet Cat 5e/Cat 6 rézkábelen keresztül (100 m), vagy 50/125 µm multimode optikai kábellel (500 m)
  • 192 kétirányú csatorna @96 kHz
  • Késés linkenként 41,66 µs @96 kHz
  • 200 Mbit/s adatcsatorna
  • Órajel az adatfolyamba ágyazva

SuperMAC az AES50 szabvány

A SuperMAC egy szabadalmaztatott, Ethernet hálózaton több mint 100 Mbit/s sebességgel működő digitális, két végpont közötti (point-to-point) audió csatlakozási technológia. Az eredetileg az oxfordi Sony Pro-Audio Lab által kifejlesztett megoldás jelenleg a Klark Teknik birtokában van és ez képezi az alapját az Audio Engineering Society AES50 nyitott szabványának (AES50, AES szabvány a digitális hangfeldolgozáshoz – nagyfelbontású többcsatornás audió összeköttetés (HRMAI). Megjelentette az Audio Engineering Society Inc. Copyright ©2005 by the Audio Engineering Society, New York, NY, USA. www.aes.org).

A SuperMAC hálózatok speciális routerek segítségével hozhatók létre, ilyen például a Midas DL461 Audio System Signal Router, amely csatornánkénti hangátvitelt (mint egy patch bay), illetve csomagkapcsolt adatátvitelt tesz lehetővé. Ezzel masszív, alacsony késleltetésű audió jelút hozható létre a csomagkapcsolt adatátvitel minden előnyével.

A jel útja központosított, nem pedig megosztott, így kisebb késés, jobb szabályzás és megbízhatóság érhető el, mint a megosztott audió hálózatokkal. A kábelek és az adó-vevők mindkét oldalon Ethernet frame átvitelt használnak. Egy meghatározó protokoll végzi a hardver szintű időosztású nyalábolást (Time Division Multiplex).

Ez a megoldás nagyszámú csatorna egyidejű használatát teszi lehetővé nagyon alacsony meghatározott (fix) latency értékkel. 96 kHz-es felbontásnál (a Klark Teknik és a Midas ezt vette át) a SuperMAC 24 kétirányú csatornát kínál egyenként 62,50 µs késéssel. A csatornaszámok és az alkalmazható mintavételi frekvenciákhoz tartozó latency értékek listája a következő:

48-csatorna 44.1 kHz 24-bit PCM 3 Minta 68.02 μs
48-csatorna 48 kHz 24-bit PCM 3 Minta 62.50 μs
         
24-csatorna 88.2 kHz 24-bit PCM 6 Minta 68.02 μs
24-csatorna 96 kHz 24-bit PCM 6 Minta 62.50 μs
         
12-csatorna 176.4 kHz 24-bit PCM 12 Minta 68.02 μs
12-csatorna 192 kHz 24-bit PCM 12 Minta 62.50 μs
         
6 csatornas 352.8 kHz 24-bit PCM 24 Minta 68.02 μs
6 csatornas 384 kHz 24-bit PCM 24 Minta 62.50 μs

Meg kell jegyezni, hogy a SuperMac különbözik az AES50 szabványtól a minták száma  és az alkalmazott késés tekintetében a 96 kHz-nél magasabb mintavételi frekvenciákra vonatkozóan, valamint a Direct Stream Digital (DSD) formátum nem kifejezetten támogatott.

Az AES50 szabvány a mintavételi frekvenciát 44,1 kHz és 48 kHz-ben, valamint ezek többszörösében határozza meg, a Midas és a Klark Teknik 96 kHz-es belső működést szabványosít (a 48 kHz-es mintavételi alapfrekvencia kétszeresét) mind a SuperMAC, mind pedig a HyperMAC esetében az analóg és digitális tartomány konvertálása közötti késés minimumra szorításának érdekében.

96 kHz-en a SuperMAC linkenkénti késése hat mintában van rögzítve az alap mintavételi frekvencia kétszeresén, ez 96 kHz-re vonatkoztatva 6 × 10,42 µs (egy minta 96 kHz-en), vagy 62,50 µs. Ezen kívül a SuperMAC átviteli lánc mindkét végén lévő interfészek implementációjától függően további egy, az alap mintavételi frekvenciához tartozó minta és egy mintavételi minta késése következik be a belső adatformátumok konverziója (pl. I²S) folyamán, bár a legtöbb esetben ez csak az alap mintavételi frekvencia mintájára korlátozódik. A SuperMAC átvitele rövid távolságra szabványos, árnyékolás nélküli Cat 5 kábelen történhet. Hosszabb, legfeljebb 100 méteres távolságra (az IEEE 802.3 Ethernet szabvány páronként sodrott rézkábel esetén ennyiben határozza meg a maximális távolságot) jobb minőségű Cat 5e, vagy Cat 6 kábel használata javasolt.

A SuperMAC fázis-pontos órajel küldését biztosítja különálló érpárokon az audió és az órajel számára Cat 5/Cat 5e kábelen keresztül. Ezzel megbízható, alacsony jitter értékű órajel érhető el a rendszer végpontjainál. Miután a jelenlegi digitális audió fejlesztések során a digitális elektronikákat analóg „szigeteken” keresztül kábelezik a teljes digitális rendszerhez, az a képesség, hogy a hanggal együtt kiváló minőségű órajel is küldhető kiemelkedő fontosságúvá vált.

Az órajel szinkronizálása nagyon egyszerű mind master (belső órajel), mind slave (külső órajel) SuperMAC interfésszel szerelt készülékek esetében. Mindössze egy működő audió hálózatot kell létrehozni és a SuperMAC interfészre csatlakoztatni, majd kiválasztani az órajel forrását.

A SuperMAC esetében az audió adatok Ethernet frame-ekbe vannak rendezve (nem pedig csomagokba, mint az IP-alapú audió rendszereknél) és a Cyclic Redundancy Check (CRC) vizsgálja a hibákat. A CRC az eredményt az átviteli lánc végénél számolja és a hozzá tartozó audió adattal küldi.

A SuperMAC további szolgáltatása az erőteljes Hamming Code hibajavítási séma, amely lehetővé teszi önálló bit hibák javítását a lánc vevőoldali végénél. Az extra adatok az audióval együtt továbbítódnak, így ha csak kevés hibás adat keletkezik a láncban (pl. külső interferencia miatt), a vevő képes teljes egészében helyreállítani az átvitt adatot. Ez nem a hibák elrejtését jelenti – ez valódi veszteségmentes hibajavítás. Ezáltal nyolc teljes vonal hibáját lehet korrigálni 11 µs alatt.

A SuperMac „összekeveri” az audió adatokat oly módon, hogy a szomszédos bitek különböző mintákhoz tartoznak, miáltal a burst hibák teljes javítása lehetővé válik. Ez azt jelenti, hogy egy gyenge minőségű láncot (rossz kábelnek, vagy interferenciának köszönhetően) is érzékel a vevő, az audió jel pedig zavartalanul átmegy.

A SuperMAC kettős redundáns és N+1 redundáns hálózatot támogat. A hiba- és csatlakozási állapot üzenetek, mint például a CRC hibakeresés, órajel szinkronizálási állapot, kapcsolódási állapot, stb. nagyon egyszerűvé teszik a felhasználó tájékoztatását a rendszer működéséről csakúgy, mint a kapcsolatok manuális és automatikus váltását.

A SuperMAC beépített képességekkel bír a vezérlő adatok továbbítását illetően, beleértve a TCP/IP és hasonló IP-alapú adatcsomagokat 5 Mbit/s sebességgel. A kiegészítő adatok ugyanabba a frame-be vannak beágyazva, mint az audió adatok. Ez a fix felépítés azt jelenti, hogy nem áll fent az audió adatok bizonytalanná válásának veszélye a vezérlő adatok miatt. A vezérlő adatcsomag tartalma a SupeMAC audió folyam működése szempontjából közömbös, így bármilyen formátumú beérkező vezérlő adat továbbítása lehetségessé válik.


HyperMAC

A HyperMAC egy szabadalmaztatott, Gigabit Ethernet hálózaton működő digitális, két végpont közötti (point-to-point) audió csatlakozási technológia, amelyet eredetileg a Sony Pro-Audio Lab fejlesztett ki és jelenleg a Klark Teknik birtokában van.

A HyperMAC hálózat dedikált routereken keresztül működik, ilyen például a Midas DL461 Audio System Signal Router, amely csatornánkénti hangátvitelt (mint egy patch bay), illetve csomagkapcsolt adatátvitelt tesz lehetővé. A jel útja központosított, nem pedig megosztott, így kisebb késés, jobb felbontás, kontroll és megbízhatóság érhető el, mint a megosztott audió hálózatokkal. A kábelek és az adó-vevők mindkét oldalon Ethernet frame átvitelt használnak. Egy meghatározó protokoll végzi a hardver szintű időosztású nyalábolást (Time Division Multiplex). Ezzel masszív, alacsony késleltetésű audió jelút hozható létre a csomagkapcsolt adatátvitel minden előnyével.

A frame-eken alapuló megoldás nagyszámú csatorna egyidejű használatát teszi lehetővé nagyon alacsony meghatározott (fix) latency értékkel. 96 kHz-es felbontásnál (a Klark Teknik és a Midas ezt vette át az analóg és digitális tartomány közötti konvertáláshoz a késések minimalizálása érdekében) a HyperMAC 192 kétirányú csatornát kínál egyenként négy mintányi, vagy 41,66 µs késéssel. Egy tipikus műveletnél további két mintányi késés merül fel a belső adatformátummá konvertáláskor (pl. I²S), így összesen 62,50 µs a késés. A HyperMAC jelenleg csak a 96 kHz-es működést támogatja (egyéb mintavételi frekvenciák támogatása a HyperMAC fejlesztői csomag részeként lesz megtalálható).

A HyperMAC fázis-pontos órajel küldést biztosít időjelek beágyazásával az adatfolyamba. Ezzel megbízható, alacsony jitter értékű órajel érhető el a rendszer végpontjainál. Miután a jelenlegi gyakorlat szerint a teljes hálózatra fejlesztett digitális audió rendszerek a csomóponti csatlakozásokhoz analóg kábeleket használnak, az a képesség, hogy a hanggal együtt kiváló minőségű órajel is küldhető kiemelkedő fontosságúvá vált.

A beágyazott órajelet a HyperMAC rendszer Cat 5e, illetve Cat 6 rézkábelen keresztül 100 méteres távolságra képes küldeni az IEEE 802.3 Ethernet szabványnak megfelelően, vagy 500 méteres távolságra 50/125 µm-es multimode optikai kábel használatával.

Az órajel szinkronizálása nagyon egyszerű mind master (belső órajel), mind slave (külső órajel) HyperMAC interfésszel szerelt készülékek esetében. Mindössze egy működő audió hálózatot kell létrehozni és a HyperMAC interfészre csatlakoztatni, majd kiválasztani az órajel forrását.

A HyperMAC a Cyclic Redundancy Check (CRC) két szintjét alkalmazza a hibajavításhoz, az Ethernet frame és az audió adat szinten. A CRC az eredményt az átviteli lánc végénél számolja és a hozzá tartozó Ethernet frame-mel és audió adattal küldi.

A HyperMAC kettős redundáns és N+1 redundáns hálózatot támogat. A hiba- és csatlakozási állapot üzenetek, mint például a CRC hibakeresés, órajel szinkronizálási állapot, kapcsolódási állapot, stb. nagyon egyszerűvé teszik a felhasználó tájékoztatását a rendszer működéséről csakúgy, mint a kapcsolatok manuális és automatikus váltását.

A HyperMAC beépített képességekkel bír a vezérlő adatok továbbítását illetően, beleértve a TCP/IP és hasonló IP-alapú adatcsomagokat 200 Mbit/s sebességgel. Miután a kontroll adatokhoz egy meghatározott kapacitás rendelhető, nem áll fent a veszélye annak, hogy a hangátvitel bizonytalanná válik a vezérlő adatok küldése miatt. A HyperMAC ezt a kiegészítő adatokhoz tartozó különböző vezérlő frame-ek implementálásával éri el, amelyek eltérnek az audió adat frame-ektől. Ezek a különálló kontroll frame-ek lehetővé teszik teljes Ethernet adatcsomagok küldését hagyományos Ethernet switch, vagy router kapcsolattal TCP/IP formátumban. A kontroll adatcsomagok tartalma ily módon közömbös a HyperMAC audió adatfolyam szempontjából, bármilyen formátumú kontroll adat küldhető és fogadható.


© 2015 Bluesound Kft.