看以太网黑科技如何让汽车变为“移动音乐厅”（下）

在之前的文章中我们介绍了AVTP的由来以及用其来传输音频时头部的各字段含义，本文将讲述其中时间戳的含义和约束，以及音频数据的编码方式。

1、AVTP展示时间

AVTP展示时间以gPTP时间表示AVTPDU中某一特定的采样或事件传输给时间敏感应用的时间，通常情况下对应于AVTPDU中第一个采样的时间。和展示时间相关的时间段和时间点如下所示：

图1 AVTP时间参考平面

在发送端，如果采样数据没有直接组成AVTPDU，则会存在采样数据缓冲区；接收端同理，如果无法直接从AVTPDU中提取采样数据，也会存在采样数据缓冲区。

在发送端由于各种不确定性可能导致1722数据到达网卡并发送到线上的时间存在一定范围内的波动，这段时间被称为时间不确定性，其上界被称为最大时间不确定性（Max Timing Uncertainty）。

为了保证展示时间对应的时刻该AVTPDU一定能够到达接收端，需要展示时间满足以下条件：

其中：

• Tsend为该AVTPDU中的第一个采样时间对应的时间点，
• TTmax为最大传输时间（当存在多个接收端时，取其中的最大值），
• TUmax为最大时间不确定性。

由于每帧发送的报文受到时间不确定性及网络波动的影响，实际到达接收端的时间会随之发生变化，所以需要接收端AVTPDU缓冲区至少能够承载TTmax+TUmax时间长度所对应的采样数据。

2、AAF AVTP负载部分

PCM格式

当头部的format字段指示音频数据为PCM格式时，负载部分以PCM格式传输音频数据。

PCM（脉冲编码调制）是数字音频基本的编码格式，通过以固定采样率周期性地对模拟信号进行采样，再将每个采样点的连续幅度值以固定位深度量化为离散的整数幅值，从而将连续的模拟音频信号转换为离散的数字信号，最终生成未经压缩、包含所有原始波形信息的二进制数据流。

协议要求同一流内的所有AVTPDU内的采样数量相同，当音频数据长度有限时，末尾可能存在采样数据无法填满AVTPDU的情况，此时发送端可以采取截断尾部或合成填充的方式满足协议约束。

当channels_per_frame的值大于1时，音频采样数据会按时间交织成帧，即先按照声道顺序传输同一时刻的所有声道的采样数据，再传输下一采样时刻的采样数据。如图所示：

图2 AAF 32-bit整型PCM格式，双声道

AES3格式

当头部的format字段指示音频数据为AES3格式时，负载部分以AES3格式传输音频数据。

AAF AVTP中的AES3格式本质上是使用以太网帧封装了AES3接口的数据流，AES3接口是由音频工程协会（AES）与欧洲广播联盟（EBU）联合制定的专业数字音频传输标准，用于通过单根屏蔽双绞线或同轴电缆串行传输立体声线性PCM音频数据，支持多种采样频率配置（如44.1kHz、48kHz等）和24位量化深度。其传输协议包含子帧、帧和块结构，每块包含192个帧，每帧包含两个子帧（各对应一个声道），子帧内整合音频数据、前导码（用于同步）、有效位、用户数据、信道状态及奇偶校验位，并采用二进制频率调制编码确保传输稳定性和自同步能力，AAF中直接复用AES3接口的数据结构，既利用了以太网的通用介质又尽可能保留了兼容性。

同样的，协议也要求在同一AVTPDU中子帧的数量相等，当streams_per_frame大于1时，子帧以时间顺序交织成帧，如下图所示：

图3 AAF AES3格式，三个AES3流

其中，每个子帧的格式如下：

其中：

• B：块起始，每个块的第一个子帧将此位置1，其余子帧置0；
• C：信道状态，每个子帧传输一个比特，每一块共传输两个24字节的信道状态结构体；
• U：用户自定义信息，同样每一块共可传输两个24字节的自定义数据结构；
• V：AES3音频数据的格式，当该位为0时表示音频数据为PCM格式，为1时为其它格式（如Dolby E等）。

3、总结

AVTP协议的出现为电子汽车上使用以太网传输音视频数据提供了一种通用、可靠且低延时的解决方案，其中AAF章节定义了使用AVTP传输音频的格式，AAF AVTPDU支持多种音频格式、采样速率和采样深度，借助AVB协议族中的其它协议，使其还具备一对多的同步播放能力，为实现车上丰富的影音娱乐功能提供了坚实的基础。

当然AVTP的功能还远不止此，除了传输音频信息，它还能实现哪些其它功能？我们将在下期揭秘它的其它作用。

经纬恒润作为OPEN联盟会员和AUTOSAR联盟的高级合作伙伴，长期为国内外各大OEM和供应商提供涵盖TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技术领域的设计和测试咨询服务，积极研发和探索车载网络前沿技术的工程应用。通过多个项目的实践经验，已建立了高质量、本土化的设计与测试一体化解决方案，为整车网络架构提供可靠支持。