看以太網(wǎng)黑科技如何讓汽車變?yōu)椤耙苿?dòng)音樂(lè)廳”（下）
發(fā)布時(shí)間：2025-08-19 www.dzsex.cn
在之前的文章中我們介紹了AVTP的由來(lái)以及用其來(lái)傳輸音頻時(shí)頭部的各字段含義，本文將講述其中時(shí)間戳的含義和約束，以及音頻數(shù)據(jù)的編碼方式。
1、AVTP展示時(shí)間
AVTP展示時(shí)間以gPTP時(shí)間表示AVTPDU中某一特定的采樣或事件傳輸給時(shí)間敏感應(yīng)用的時(shí)間，通常情況下對(duì)應(yīng)于AVTPDU中第一個(gè)采樣的時(shí)間。和展示時(shí)間相關(guān)的時(shí)間段和時(shí)間點(diǎn)如下所示：
圖1 AVTP時(shí)間參考平面
在發(fā)送端，如果采樣數(shù)據(jù)沒(méi)有直接組成AVTPDU，則會(huì)存在采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；接收端同理，如果無(wú)法直接從AVTPDU中提取采樣數(shù)據(jù)，也會(huì)存在采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
在發(fā)送端由于各種不確定性可能導(dǎo)致1722數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)卡并發(fā)送到線上的時(shí)間存在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，這段時(shí)間被稱為時(shí)間不確定性，其上界被稱為最大時(shí)間不確定性（Max Timing Uncertainty）。
為了保證展示時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)刻該AVTPDU一定能夠到達(dá)接收端，需要展示時(shí)間滿足以下條件：
其中：
●Tsend為該AVTPDU中的第一個(gè)采樣時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，
●TTmax為最大傳輸時(shí)間（當(dāng)存在多個(gè)接收端時(shí)，取其中的最大值），
●TUmax為最大時(shí)間不確定性。
由于每幀發(fā)送的報(bào)文受到時(shí)間不確定性及網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)的影響，實(shí)際到達(dá)接收端的時(shí)間會(huì)隨之發(fā)生變化，所以需要接收端AVTPDU緩沖區(qū)至少能夠承載TTmax+TUmax時(shí)間長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)。
2、AAF AVTP負(fù)載部分
PCM格式
當(dāng)頭部的format字段指示音頻數(shù)據(jù)為PCM格式時(shí)，負(fù)載部分以PCM格式傳輸音頻數(shù)據(jù)。
PCM（脈沖編碼調(diào)制）是數(shù)字音頻基本的編碼格式，通過(guò)以固定采樣率周期性地對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，再將每個(gè)采樣點(diǎn)的連續(xù)幅度值以固定位深度量化為離散的整數(shù)幅值，從而將連續(xù)的模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，最終生成未經(jīng)壓縮、包含所有原始波形信息的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
協(xié)議要求同一流內(nèi)的所有AVTPDU內(nèi)的采樣數(shù)量相同，當(dāng)音頻數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有限時(shí)，末尾可能存在采樣數(shù)據(jù)無(wú)法填滿AVTPDU的情況，此時(shí)發(fā)送端可以采取截?cái)辔膊炕蚝铣商畛涞姆绞綕M足協(xié)議約束。
當(dāng)channels_per_frame的值大于1時(shí)，音頻采樣數(shù)據(jù)會(huì)按時(shí)間交織成幀，即先按照聲道順序傳輸同一時(shí)刻的所有聲道的采樣數(shù)據(jù)，再傳輸下一采樣時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)。如圖所示：
圖2 AAF 32-bit整型PCM格式，雙聲道
AES3格式
當(dāng)頭部的format字段指示音頻數(shù)據(jù)為AES3格式時(shí)，負(fù)載部分以AES3格式傳輸音頻數(shù)據(jù)。
AAF AVTP中的AES3格式本質(zhì)上是使用以太網(wǎng)幀封裝了AES3接口的數(shù)據(jù)流，AES3接口是由音頻工程協(xié)會(huì)（AES）與歐洲廣播聯(lián)盟（EBU）聯(lián)合制定的專業(yè)數(shù)字音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，用于通過(guò)單根屏蔽雙絞線或同軸電纜串行傳輸立體聲線性PCM音頻數(shù)據(jù)，支持多種采樣頻率配置（如44.1kHz、48kHz等）和24位量化深度。其傳輸協(xié)議包含子幀、幀和塊結(jié)構(gòu)，每塊包含192個(gè)幀，每幀包含兩個(gè)子幀（各對(duì)應(yīng)一個(gè)聲道），子幀內(nèi)整合音頻數(shù)據(jù)、前導(dǎo)碼（用于同步）、有效位、用戶數(shù)據(jù)、信道狀態(tài)及奇偶校驗(yàn)位，并采用二進(jìn)制頻率調(diào)制編碼確保傳輸穩(wěn)定性和自同步能力，AAF中直接復(fù)用AES3接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，既利用了以太網(wǎng)的通用介質(zhì)又盡可能保留了兼容性。
同樣的，協(xié)議也要求在同一AVTPDU中子幀的數(shù)量相等，當(dāng)streams_per_frame大于1時(shí)，子幀以時(shí)間順序交織成幀，如下圖所示：
圖3 AAF AES3格式，三個(gè)AES3流
其中，每個(gè)子幀的格式如下：
其中：
B：塊起始，每個(gè)塊的第一個(gè)子幀將此位置1，其余子幀置0；
C：信道狀態(tài)，每個(gè)子幀傳輸一個(gè)比特，每一塊共傳輸兩個(gè)24字節(jié)的信道狀態(tài)結(jié)構(gòu)體；
U：用戶自定義信息，同樣每一塊共可傳輸兩個(gè)24字節(jié)的自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
V：AES3音頻數(shù)據(jù)的格式，當(dāng)該位為0時(shí)表示音頻數(shù)據(jù)為PCM格式，為1時(shí)為其它格式（如Dolby E等）。
3、總結(jié)
AVTP協(xié)議的出現(xiàn)為電子汽車上使用以太網(wǎng)傳輸音視頻數(shù)據(jù)提供了一種通用、可靠且低延時(shí)的解決方案，其中AAF章節(jié)定義了使用AVTP傳輸音頻的格式，AAF AVTPDU支持多種音頻格式、采樣速率和采樣深度，借助AVB協(xié)議族中的其它協(xié)議，使其還具備一對(duì)多的同步播放能力，為實(shí)現(xiàn)車上豐富的影音娛樂(lè)功能提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
當(dāng)然AVTP的功能還遠(yuǎn)不止此，除了傳輸音頻信息，它還能實(shí)現(xiàn)哪些其它功能？我們將在下期揭秘它的其它作用。
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