Tento článok poskytuje zabudované riešenie systému digitálneho hlasového vysielania Ethernet, ktoré môže ľahko realizovať funkciu regionálneho vysielania vysielacieho systému. Systém je založený na architektúre ramena a na riadenie realizácie regionálneho vysielania prijíma metódu arbitráže terminálu prehrávania systému, pričom je možné súčasne prehrávať a ukladať vysielaný obsah.
Systém digitálneho hlasového vysielania typu Ethernet sa týka hlavne systému vysielania, ktorý používa Ethernet ako prenosové médium na poskytovanie zvukových služieb. Na riešenie problému prenosu hlasových signálov na veľké vzdialenosti je možné použiť ethernet. Umožňuje návrhárom vytvoriť rozsiahlu sieťovú štruktúru na realizáciu prenosu tisícov digitálnych hlasových signálov po sieti Ethernet, pričom plne využije existujúce sieťové zdroje, zabráni problémom s opakovaným vytváraním liniek a realizuje integráciu vysielacích a počítačových sietí. . Rieši problémy so zlou kvalitou zvuku, náchylnosťou na rušenie, komplexnou údržbou a správou a zlou interakciou v tradičných vysielacích systémoch. Zároveň je možné zvoliť všetky, čiastočné alebo konkrétne oblasti smerového skupinového vysielania, čo prekonáva obmedzenie, že tradičné vysielacie systémy môžu vykonávať verejné vysielanie iba pre všetky oblasti. Existujúce systémy digitálneho hlasového vysielania typu Ethernet väčšinou používajú riadiace signály na riadenie vysielacieho terminálu, aby sa pripojili alebo opustili skupinu multicast pri uskutočňovaní regionálnej vysielacej funkcie. Pred uskutočnením vysielania je potrebné vyslať riadiaci signál, aby sa terminál pripojil k skupine multicast. Alebo vytvorte komplexnú mapovaciu tabuľku na strane servera, aby ste udržali stav prehrávacieho terminálu na dosiahnutie regionálneho vysielania, ktorého implementácia je komplikovanejšia.
1 Konštrukčný návrh
Tento systém prijíma štruktúru C / S a je tvorený dvoma časťami konca servera vysielacieho systému a vysielacieho terminálu vysielacieho systému, ako je znázornené na obr.
Server vysielacieho systému je implementovaný na PC a je to program zberu, ukladania a sieťového prenosu hlasových signálov realizovaný pomocou VC ++. Táto časť zhromažďuje a ukladá hlasový signál cez mikrofón a potom prenáša hlasové údaje do siete Ethernet cez UDP, aby sa realizovala funkcia sieťového prenosu hlasových údajov.
Prehrávací terminál vysielacieho systému je zabudovaný terminál založený na LM3S8962, ktorý môže prijímať pakety hlasových údajov IP, ktoré sú doň odosielané z ethernetu, a zvukový dekódovací čip MS6336 dokončuje digitálnu / analógovú konverziu a prehrávanie hlasových údajov.
2 Hardvérový dizajn vysielacieho terminálu vysielacieho systému
Hlavný riadiaci čip vysielacieho terminálu vysielacieho systému využíva mikrokontrolér LM3S8962 poskytovaný spoločnosťou LuminaryMicro. Táto séria čipov je prvý radič na báze ARM CortexTM-M3 s interným integrovaným radičom Ethernet. Je to prvý ARM čip na trhu, ktorý podporuje Industrial Ethernet (IEEE) a môže ľahko implementovať sieťové funkcie.
Čip zvukového dekodéra používa čip MS6336 vyrobený spoločnosťou MOSA. Čip je 16-bitový stereofónny zvukový digitálno-analógový prevodník a podporované digitálne vstupné formáty sú Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Ovládacie rozhranie MS6336 využíva zbernicu I2C, rozhranie sa ľahko nastavuje. DAC časť má presný a stabilný prúd, v kombinácii s vynikajúcou metódou symetrického dekódovania dokáže reprodukovať vysokokvalitné zvukové signály.
Hlavný riadiaci čip LM3S8962 je pripojený k rozhraniu RJ45 prostredníctvom magnetických komponentov a slúži na príjem hlasových údajov z Ethernetu. LM3S8962 poskytuje riadiace signály a signály hlasových údajov pre zvukový dekódovací čip MS6336. LM3S8962 podporuje funkciu I2C. Porty PB2 a PB3 poskytujú hodiny a dátové signály I2C. Tieto dva piny je možné priamo spojiť s funkčnými piny I2C MS6336 a je potrebný pull-up rezistor. LM3S8962 nepodporuje formát vstupu dát vyžadovaný MS6336. Formát vstupu dát MS6336 v systéme využíva I2S. Z tohto dôvodu je potrebné na zabezpečenie hlasových údajov pre MS6336 použiť softvér portu GPIO LM3S8962 na simuláciu vstupného formátu údajov I2S požadovaného MS6336. V dizajne sa na simuláciu tejto funkcie používajú porty PA5, PA6 a PA7. Tieto tri piny zodpovedajú signálu výberu signálu I2S, hodinovému signálu a dátovému signálu. Pripojte tieto tri piny k funkčnému pinu I2S na karte MS6336.
Hardvérová štruktúra prehrávacieho terminálu systému digitálneho hlasového vysielania Ethernet je zobrazená na obrázku 2.
3 Návrh softvéru systému vysielania
Softvér vysielacieho systému je rozdelený do dvoch častí: softvér servera vysielacieho systému a softvér vysielacieho terminálu.
Táto konštrukcia realizuje prehrávanie hlasových údajov v reálnom čase, takže je potrebné zaručiť výkonnosť prenosu hlasových údajov v reálnom čase, ale požiadavky na integritu údajov nie sú príliš prísne a malá strata paketov nebude mať vplyv na celkový efekt prehrávania, takže hlasové údaje systému Prenos prijíma režim prenosu UDP. Systém zároveň funguje v lokálnej sieti a dočasných používateľov je málo. Preto sa prijíma statické prideľovanie IP adries, aby sa zjednodušila realizácia softvéru prehrávacieho terminálu.
3.1 Zhromažďovanie, ukladanie a prenos hlasových údajov na strane servera vysielacieho systému
Zber hlasových údajov sa implementuje pomocou nízkoúrovňových funkcií WAVE audio API. Aby nedošlo k strate hlasových údajov, používa dizajn na ukladanie hlasových údajov dvojité ukladanie do vyrovnávacej pamäte. Proces implementácie je znázornený na obrázku 3.
Keď je jeden záznamový buffer plný, systém okamžite odošle ďalší záznamový buffer do záznamového zariadenia, aby pokračoval v nahrávaní, a aplikačný program by mal načítať údaje v úplnom záznamovom buffri a spracovať ich. Potom zavolajte funkciu waveInAddBuffer, aby ste znova priradili vyrovnávaciu pamäť záznamovému zariadeniu na recykláciu.
Aby sa zabránilo strate hlasových údajov v procese nahrávania, nestačí iba použiť dvojité ukladanie do vyrovnávacej pamäte. Je tiež potrebné poznamenať, že keď je jedna vyrovnávacia pamäť plná, aplikácia spracuje údaje vo vyrovnávacej pamäti a druhá Vyrovnávacia pamäť sa používa na záznam a doba spracovania údajov musí byť kratšia ako doba potrebná na úplné naplnenie druhej vyrovnávacej pamäte. zaznamenaný, inak nebude prvá vyrovnávacia pamäť priradená záznamovému zariadeniu po tom, čo je druhá vyrovnávacia pamäť plná, čo spôsobí stratu hlasových údajov. Ak je vzorkovacia frekvencia hlasového signálu veľká, môže tento problém efektívne vyriešiť príslušné zvýšenie veľkosti vyrovnávacej pamäte.
Aby ste mohli uložiť vysielaný obsah na neskoršie použitie, je potrebné uložiť vysielaný obsah do súboru WAV. Súbory WAV majú pevný formát hlavičky. Pred uložením hlasových údajov musíte nastaviť hlavičku súboru WAV, inak sa uložený súbor WAV nebude dať prehrať. Zakaždým, keď je záznamová medzipamäť plná, vyhľadajte najskôr koniec súboru WAV a potom postupne zaznamenajte zhromaždené údaje na koniec súboru. Po dokončení celého procesu vysielania sa všetky hlasové údaje uložia do súboru WAV, čím sa zabezpečí ich uloženie.
Keď je záznamová vyrovnávacia pamäť plná, je potrebné odoslať zhromaždené hlasové údaje cez sieť. V návrhu najskôr na vytvorenie soketu použite triedu Csocket a potom stačí už len zhromaždiť zhromaždené údaje do paketu IP a odoslať ich. Vzorkovacia frekvencia hlasového signálu je v tomto prevedení 44.1 kHz, 16-bitový dvojkanálový. Aby sa zabránilo strate hlasových údajov, je veľkosť záznamovej vyrovnávacej pamäte nastavená na 1024B.
3.2 Realizácia regionálneho vysielania
Dôležitou aplikáciou systému digitálneho hlasového vysielania Ethernet je nielen realizácia celoplošného vysielania, ale tiež realizácia funkcie miestneho vysielania, to znamená vysielanie do určeného terminálu. Preto sa multicastový paket UDP používa na dátový prenos v sieťovom prenose hlasových IP dátových paketov. Pomocou multicast paketov na prenos dát môžu všetky terminály zahrnuté v skupine v lokálnej sieti prijímať dáta, realizujúc tak celoplošné vysielanie. Na realizáciu funkcie lokálneho vysielania je pred hlasové dáta v dizajne pridaná štruktúra, ako je zobrazené nižšie, a konfiguračný súbor je použitý na uloženie IP adresy každého terminálu systému.
02 Návrh hardvéru vysielacieho terminálu vysielacieho systému
Hlavný riadiaci čip vysielacieho terminálu vysielacieho systému využíva mikrokontrolér LM3S8962 poskytovaný spoločnosťou LuminaryMicro. Táto séria čipov je prvý radič na báze ARM CortexTM-M3 s interným integrovaným radičom Ethernet. Je to prvý ARM čip na trhu, ktorý podporuje Industrial Ethernet (IEEE) a môže ľahko implementovať sieťové funkcie.
Čip zvukového dekodéra používa čip MS6336 vyrobený spoločnosťou MOSA. Čip je 16-bitový stereofónny zvukový digitálno-analógový prevodník a podporované digitálne vstupné formáty sú Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Ovládacie rozhranie MS6336 využíva zbernicu I2C, rozhranie sa ľahko nastavuje. DAC časť má presný a stabilný prúd, v kombinácii s vynikajúcou metódou symetrického dekódovania dokáže reprodukovať vysokokvalitné zvukové signály.
Hlavný riadiaci čip LM3S8962 je pripojený k rozhraniu RJ45 prostredníctvom magnetických komponentov a slúži na príjem hlasových údajov z Ethernetu. LM3S8962 poskytuje riadiace signály a signály hlasových údajov pre zvukový dekódovací čip MS6336. LM3S8962 podporuje funkciu I2C. Porty PB2 a PB3 poskytujú hodiny a dátové signály I2C. Tieto dva piny je možné priamo spojiť s funkčnými piny I2C MS6336 a je potrebný pull-up rezistor. LM3S8962 nepodporuje formát vstupu dát vyžadovaný MS6336. Formát vstupu dát MS6336 v systéme využíva I2S. Z tohto dôvodu je potrebné na zabezpečenie hlasových údajov pre MS6336 použiť softvér portu GPIO LM3S8962 na simuláciu vstupného formátu údajov I2S požadovaného MS6336. V dizajne sa na simuláciu tejto funkcie používajú porty PA5, PA6 a PA7. Tieto tri piny zodpovedajú signálu výberu signálu I2S, hodinovému signálu a dátovému signálu. Pripojte tieto tri piny k funkčnému pinu I2S na karte MS6336.
Hardvérová štruktúra prehrávacieho terminálu systému digitálneho hlasového vysielania Ethernet je zobrazená na obrázku 2.
3 Návrh softvéru systému vysielania
Softvér vysielacieho systému je rozdelený do dvoch častí: softvér servera vysielacieho systému a softvér vysielacieho terminálu.
Táto konštrukcia realizuje prehrávanie hlasových údajov v reálnom čase, takže je potrebné zaručiť výkonnosť prenosu hlasových údajov v reálnom čase, ale požiadavky na integritu údajov nie sú príliš prísne a malé straty paketov nebudú mať vplyv na celkový efekt prehrávania, takže hlasové údaje systému Prenos prijíma režim prenosu UDP. Systém zároveň pracuje v lokálnej sieti s menším počtom dočasných používateľov. Preto sa prijíma statické prideľovanie IP adries, aby sa zjednodušila realizácia softvéru prehrávacieho terminálu.
3.1 Zhromažďovanie, ukladanie a prenos hlasových údajov na strane servera vysielacieho systému
Zber hlasových údajov sa implementuje pomocou nízkoúrovňových funkcií WAVE audio API. Aby nedošlo k strate hlasových údajov, používa dizajn na ukladanie hlasových údajov dvojité ukladanie do vyrovnávacej pamäte. Proces implementácie je znázornený na obrázku 3.
Keď je jeden záznamový buffer plný, systém okamžite odošle ďalší záznamový buffer do záznamového zariadenia, aby pokračoval v nahrávaní, a aplikačný program by mal načítať údaje v úplnom záznamovom buffri a spracovať ich. Potom zavolajte funkciu waveInAddBuffer, aby ste znova priradili vyrovnávaciu pamäť záznamovému zariadeniu na recykláciu.
Aby sa zabránilo strate hlasových údajov v procese nahrávania, nestačí iba použiť dvojité ukladanie do vyrovnávacej pamäte. Je tiež potrebné poznamenať, že keď je jedna vyrovnávacia pamäť plná, aplikácia spracuje údaje vo vyrovnávacej pamäti a druhá Vyrovnávacia pamäť sa používa na záznam a doba spracovania údajov musí byť kratšia ako doba potrebná na úplné naplnenie druhej vyrovnávacej pamäte. zaznamenaný, inak nebude prvá vyrovnávacia pamäť priradená záznamovému zariadeniu po tom, čo je druhá vyrovnávacia pamäť plná, čo spôsobí stratu hlasových údajov. Ak je vzorkovacia frekvencia hlasového signálu veľká, môže tento problém efektívne vyriešiť príslušné zvýšenie veľkosti vyrovnávacej pamäte.
Aby ste mohli uložiť vysielaný obsah na neskoršie použitie, je potrebné uložiť vysielaný obsah do súboru WAV. Súbory WAV majú pevný formát hlavičky. Pred uložením hlasových údajov musíte nastaviť hlavičku súboru WAV, inak sa uložený súbor WAV nebude dať prehrať. Zakaždým, keď je záznamová medzipamäť plná, vyhľadajte najskôr koniec súboru WAV a potom postupne zaznamenajte zhromaždené údaje na koniec súboru. Po dokončení celého procesu vysielania sa všetky hlasové údaje uložia do súboru WAV, čím sa zabezpečí ich uloženie.
Keď je záznamová vyrovnávacia pamäť plná, je potrebné odoslať zhromaždené hlasové údaje cez sieť. V návrhu najskôr na vytvorenie soketu použite triedu Csocket a potom stačí už len zhromaždiť zhromaždené údaje do paketu IP a odoslať ich. Vzorkovacia frekvencia hlasového signálu je v tomto prevedení 44.1 kHz, 16-bitový dvojkanálový. Aby sa zabránilo strate hlasových údajov, je veľkosť záznamovej vyrovnávacej pamäte nastavená na 1024B.
3.2 Realizácia regionálneho vysielania
Dôležitou aplikáciou systému digitálneho hlasového vysielania Ethernet je nielen realizácia celoplošného vysielania, ale tiež realizácia funkcie miestneho vysielania, to znamená vysielanie do určeného terminálu. Preto sa multicastový paket UDP používa na dátový prenos v sieťovom prenose hlasových IP dátových paketov. Pomocou multicast paketov na prenos dát môžu všetky terminály zahrnuté v skupine v lokálnej sieti prijímať dáta, realizujúc tak celoplošné vysielanie. Na realizáciu funkcie lokálneho vysielania je pred hlasové dáta v dizajne pridaná štruktúra, ako je zobrazené nižšie, a konfiguračný súbor je použitý na uloženie IP adresy každého terminálu systému.
štruktúra STRING
{Reťazec IPNO1;
Reťazec IPNO2;
...
Reťazec IPNO9;
Reťazec IPNO10};
Ak je potrebné vykonať regionálne vysielanie na určitých termináloch, vyberte zodpovedajúce počty týchto terminálov na paneli serverovej strany vysielacieho systému (ako je znázornené na obrázku 4). V tomto okamihu sa z konfiguračného súboru načíta adresa IP vybraného terminálu a priradí sa k príslušnej premennej v štruktúre. Keď terminál prijme paket viacsmerového vysielania IP, najskôr posúdi, či má štruktúra rovnakú premennú ako jeho vlastná adresa IP, ak existuje, potom sa údaje prijmú a prehrajú, ak nie, údaje sa zahodia, čím sa realizuje oblasť Broadcast funkcia. V porovnaní so spôsobom použitia riadiaceho signálu na riadenie prehrávacieho terminálu na pripojenie alebo opustenie skupiny multicast alebo na dynamické udržiavanie komplexnej mapovacej tabuľky na implementáciu regionálnej vysielacej funkcie. Táto metóda nemusí interaktívne riadiť prehrávací terminál pred každým vysielaním, ani nepotrebuje dynamicky sledovať stav terminálu. Potrebné je iba zapísať zodpovedajúcu IP adresu terminálu do konfiguračného súboru, keď sa terminál pripojí k systému prvýkrát. Implementácia tejto funkcie je jednoduchá.
3.3 Realizácia softvéru vysielacieho terminálu vysielacieho systému
Vysielací terminál vysielacieho systému je na realizáciu rozdelený na dve časti, časť na príjem zvukových dát sa používa na príjem hlasových údajov a ich ukladanie a posielanie ďalej a zvukový dekodér realizuje D / A prevod a prehrávanie hlasového signálu. Časť na príjem zvukových dát prijíma programovanie zásuviek na príjem hlasových údajov z Ethernetu. Po prijatí hlasového dátového paketu musí najskôr posúdiť, či je dátový paket pre seba. Terminál porovnáva členskú premennú štruktúrnej štruktúry STRING v IP pakete s jej vlastnou IP adresou a ak sa ktorákoľvek členská premenná rovná jeho vlastnej IP adrese, uloží dáta do paketu, inak ich zahodí.
Hlasové údaje sa prijímajú a ukladajú v kruhovom poradí. Kvôli poruche dátového prenosu UDP je potrebné po prijatí hlasových údajov na konci prijímania hlasových údajov triediť pakety hlasových údajov, aby sa zabezpečilo postupné spracovanie hlasových údajov a správne obnovenie hlasového signálu. Aby sa zabránilo chveniu v sieti, súčasne sa údaje spracúvajú zakaždým, keď je v kruhovom rade najmenej 5 paketov.
Formát vstupu dát MS6336 v dizajne využíva formát I2S. Pretože LM3S8962 nepodporuje tento dátový formát, je na realizáciu funkcie I2S prostredníctvom portu GPIO použitá softvérová simulácia. Na úplné obnovenie hlasového signálu je potrebné zabezpečiť, aby načasovanie signálu I2S bolo prísne a presné a prevod medzi vysokou a nízkou úrovňou sa realizoval oneskorovacím programom. Schéma časovania I2S je znázornená na obrázku 5.
Frekvencia vysielania terminálového systému vysielacieho systému je 40 MHz a čas na odoslanie každého dátového bitu je 600 ns, vypočítaný zo vzorkovacej frekvencie. LM3S8962 poskytuje hlasové dáta do MS6336 a realizuje sériový prenos cez port GPIO podľa vzorkovacieho bodu. Každé vzorkovacie miesto obsahuje štyri bajty a proces odosielania údajov vzorkovacieho bodu je znázornený na obrázku 6.
4 Analýza výsledkov
Veľkosť paketu hlasových údajov prenášaných systémom cez Ethernet je 1024B. Aby sa zabránilo chveniu v sieti, terminál začne vysielať pri príjme 5 dátových paketov. Čas oneskorenia vysielania je asi 30 ms, čo spĺňa funkčné ukazovatele. Strana servera môže ovládať prácu 10 vysielacích terminálov súčasne. Výberom zodpovedajúceho čísla terminálu na strane servera možno úspešne realizovať celoplošné vysielanie a funkcie miestneho vysielania vysielacieho systému.
Záver 5
Počnúc skutočnými potrebami navrhujeme a implementujeme ethernetový systém digitálneho hlasového vysielania. Experimentálne výsledky ukazujú, že prehrávací terminál systému rozhoduje, či vykonať hlasové vysielanie s cieľom realizovať regionálne vysielanie je jednoduchý a efektívny spôsob realizácie globálneho vysielania a regionálneho vysielania hlasových signálov. Terminál systémového hráča využíva softvérovú simuláciu portov GPIO na realizáciu funkcie I2S, ktorá dokáže presne realizovať časovanie I2S, dokončiť dátový prenos hlasového signálu a realizovať vysielanie hlasového signálu v reálnom čase. Štruktúra návrhu je primeraná a dá sa ľahko realizovať rozšírenie funkcií, ako je načasovanie vysielania, prehrávanie hudby, vzdialená správa, monitorovanie v reálnom čase atď. Tento dizajn má dôležitý praktický význam a poskytuje základ pre riešenie veľkého a zložitého ethernetového vysielania. systémov.
Náš ďalší produkt:
