Тази статия предлага вградено решение за цифрова система за гласово излъчване Ethernet, което може лесно да реализира регионалната функция на излъчване на системата за излъчване. Системата се основава на архитектурата на рамото и възприема метода на арбитраж на терминала за възпроизвеждане на системата, за да контролира реализацията на регионално излъчване, а излъчваното съдържание може да се възпроизвежда и записва едновременно.
Системата за цифрово гласово излъчване Ethernet се отнася главно до системата за излъчване, която използва Ethernet като предавателна среда за предоставяне на аудио услуги. Ethernet може да се използва за решаване на проблема с предаването на гласови сигнали на дълги разстояния. Позволява на дизайнерите да създадат широкомащабна мрежова структура, за да реализират предаването на хиляди цифрови гласови сигнали по Ethernet, като използват пълноценно съществуващите мрежови ресурси, избягвайки неприятностите при многократно настройване на линии и реализиране на интеграцията на излъчващите и компютърните мрежи . Той решава проблемите с лошото качество на звука, податливостта на смущения, сложната поддръжка и управление и лошото взаимодействие в традиционните системи за излъчване. В същото време е възможно да се изберат всички, част или специфични области за насочено групово излъчване, което пробива ограничението, че традиционните излъчващи системи могат да изпълняват само обществено излъчване за всички области. Съществуващите Ethernet цифрови системи за гласово излъчване използват предимно контролни сигнали за управление на излъчващия терминал, за да се присъединят или да напуснат групата за многоадресно предаване при реализиране на регионалната функция на излъчване. Необходимо е да се изпрати контролен сигнал, за да се накара терминалът да се присъедини към групата мултикаст, преди да може да се реализира излъчване. , Или създайте сложна таблица за картографиране от страна на сървъра, за да поддържате състоянието на терминала за възпроизвеждане, за да постигнете регионално излъчване, което е по-сложно за изпълнение.
1 Структурен дизайн
Тази система приема C / S структура, съставена е от две части на крайния сървър на излъчваната система и излъчен терминал на излъчваната система, както е показано на фиг.
Сървърът на излъчваната система е реализиран на компютър и представлява програма за събиране, съхранение и предаване на гласов сигнал, реализирана от VC ++. Тази част събира и съхранява гласовия сигнал чрез микрофон и след това предава гласовите данни към Ethernet чрез UDP, за да реализира функцията за мрежово предаване на гласови данни.
Терминалът за възпроизвеждане на излъчваната система е вграден терминал, базиран на LM3S8962, който може да получава IP пакетите за гласови данни, изпратени до него от Ethernet, а чипът за аудио декодиране MS6336 завършва цифрово / аналогово преобразуване и възпроизвеждане на гласовите данни
2 Излъчена система за излъчване на хардуерен терминал
Основният контролен чип на излъчваната терминална система приема микроконтролера LM3S8962, предоставен от LuminaryMicro. Тази серия чипове е първият базиран на ARM CortexTM-M3 контролер с вътрешен интегриран Ethernet контролер. Това е първият ARM чип в индустрията, който поддържа Industrial Ethernet (IEEE) и може лесно да внедри мрежови функции.
Аудио декодерът използва чип MS6336, произведен от MOSA. Чипът е 16-битов стерео аудио цифрово-аналогов конвертор, а поддържаните цифрови входни формати са Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Контролният интерфейс MS6336 приема I2C шина, интерфейсът е лесен за настройка. ЦАП частта има точен и стабилен ток, съчетан с отличен симетричен метод на декодиране, може да възпроизвежда висококачествени аудио сигнали.
Основният контролен чип LM3S8962 е свързан към интерфейса RJ45 чрез магнитни компоненти и се използва за получаване на гласови данни от Ethernet. LM3S8962 осигурява контролни сигнали и сигнали за гласови данни за чипа за аудио декодер MS6336. LM3S8962 поддържа I2C функция. Портовете PB2 и PB3 осигуряват съответно I2C часовник и сигнали за данни. Тези два щифта могат да бъдат директно свързани към I2C функционалните щифтове на MS6336 и е необходим издърпващ резистор. LM3S8962 не поддържа формата за въвеждане на данни, изискван от MS6336. Форматът за въвеждане на данни на MS6336 в системата приема I2S. Следователно, за да се предоставят гласови данни на MS6336, е необходимо да се използва софтуер за GPIO порт на LM3S8962, за да се симулира I2S форматът за въвеждане на данни, изискван от MS6336. В дизайна за симулиране на тази функция се използват портове PA5, PA6 и PA7. Трите щифта съответстват на сигнала за избор на I2S канал, тактовия сигнал и сигнала за данни. Свържете тези три щифта към I2S функционалния щифт на MS6336.
Хардуерната структура на терминала за възпроизвеждане на системата за цифрово гласово излъчване Ethernet е показана на фигура 2.
3 Проектиране на софтуерна система за излъчване
Софтуерът на системата за излъчване е разделен на две части: сървърния софтуер на системата за излъчване и софтуерът за излъчване на терминали.
Този дизайн реализира възпроизвеждането на гласови данни в реално време, така че изпълнението на предаването на гласови данни в реално време трябва да бъде гарантирано, но изискванията за целостта на данните не са твърде строги и малко количество загуба на пакети няма да повлияе на цялостен ефект на възпроизвеждане, така че гласовите данни на системата Предаването приема UDP режим на предаване. В същото време системата работи в локалната мрежа и има малко временни потребители. Следователно, статичното разпределение на IP адреси се приема, за да се опрости реализацията на софтуера на терминала за възпроизвеждане.
3.1 Събиране, съхранение и предаване на гласови данни от сървърната страна на излъчващата система
Събирането на гласови данни се осъществява с помощта на функции за API на ниско ниво на WAVE аудио. За да не причини загуба на гласови данни, дизайнът използва двойно буфериране за съхраняване на гласови данни. Процесът на изпълнение е показан на Фигура 3.
Когато един буфер за запис е пълен, системата незабавно изпраща друг буфер за запис на записващото устройство, за да продължи записването, а приложната програма трябва да прочете данните в пълния буфер за запис и да ги обработи. След това извикайте функцията waveInAddBuffer, за да присвоите отново буфера на записващото устройство за рециклиране.
За да се предотврати загубата на гласови данни в процеса на запис, не е достатъчно просто да се използва двойно буфериране. Трябва също да се отбележи, че когато единият буфер е пълен, приложението ще обработва данните в буфера, а второто Буферът се използва за запис и времето за обработка на данните трябва да бъде по-малко от времето, необходимо за втория буфер да бъде напълно записан, в противен случай първият буфер не е преназначен на записващото устройство, след като вторият буфер е пълен, което ще доведе до загуба на гласови данни. Когато честотата на дискретизация на гласовия сигнал е голяма, увеличаването на размера на буфера по подходящ начин може ефективно да реши този проблем.
За да запазите излъченото съдържание за по-нататъшно използване, е необходимо да го запазите в WAV файл. WAV файловете имат фиксиран заглавен формат. Преди да запазите гласови данни, трябва да зададете заглавката на WAV файла, в противен случай запазеният WAV файл не може да бъде възпроизведен. Всеки път, когато буферът за запис е пълен, първо намерете края на WAV файла и след това на свой ред запишете събраните данни в края на файла. Когато целият процес на излъчване приключи, всички гласови данни се записват във WAV файла, реализирайки съхранението на гласови данни.
Когато буферът за запис е пълен, е необходимо да изпратите събраните гласови данни през мрежата. При проектирането първо използвайте класа Csocket, за да създадете сокет, а след това трябва само да капсулирате събраните данни в IP пакет и да ги изпратите. Честотата на дискретизация на гласовия сигнал при този дизайн е 44.1 kHz, 16-битов двуканален. За да се избегне загубата на гласови данни, размерът на буфера за запис е зададен на 1024B.
3.2 Реализация на регионално излъчване
Важно приложение на системата за цифрово гласово излъчване Ethernet е не само да реализира излъчването в цялата област, но и да реализира местната функция за излъчване, т.е. да излъчва до определения терминал. Следователно, многоадресният пакет UDP се използва за предаване на данни при мрежово предаване на гласови IP пакети данни. Използвайки многоадресни пакети за предаване на данни, всички терминали, включени в групата в локалната мрежа, могат да получат данните, реализирайки излъчването на цялата област. За да се реализира локалната функция за излъчване, се добавя структура пред гласовите данни в дизайна, както е показано по-долу, и се използва конфигурационен файл за съхраняване на IP адреса на всеки терминал на системата.
02 Система за излъчване на хардуерен терминал за излъчване
Основният контролен чип на излъчваната терминална система приема микроконтролера LM3S8962, предоставен от LuminaryMicro. Тази серия чипове е първият базиран на ARM CortexTM-M3 контролер с вътрешен интегриран Ethernet контролер. Това е първият ARM чип в индустрията, който поддържа Industrial Ethernet (IEEE) и може лесно да внедри мрежови функции.
Аудио декодерът използва чип MS6336, произведен от MOSA. Чипът е 16-битов стерео аудио цифрово-аналогов конвертор, а поддържаните цифрови входни формати са Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Контролният интерфейс MS6336 приема I2C шина, интерфейсът е лесен за настройка. ЦАП частта има точен и стабилен ток, съчетан с отличен симетричен метод на декодиране, може да възпроизвежда висококачествени аудио сигнали.
Основният контролен чип LM3S8962 е свързан към интерфейса RJ45 чрез магнитни компоненти и се използва за получаване на гласови данни от Ethernet. LM3S8962 осигурява контролни сигнали и сигнали за гласови данни за чипа за аудио декодер MS6336. LM3S8962 поддържа I2C функция. Портовете PB2 и PB3 осигуряват съответно I2C часовник и сигнали за данни. Тези два щифта могат да бъдат директно свързани към I2C функционалните щифтове на MS6336 и е необходим издърпващ резистор. LM3S8962 не поддържа формата за въвеждане на данни, изискван от MS6336. Форматът за въвеждане на данни на MS6336 в системата приема I2S. Следователно, за да се предоставят гласови данни на MS6336, е необходимо да се използва софтуер за GPIO порт на LM3S8962, за да се симулира I2S форматът за въвеждане на данни, изискван от MS6336. В дизайна за симулиране на тази функция се използват портове PA5, PA6 и PA7. Трите щифта съответстват на сигнала за избор на I2S канал, тактовия сигнал и сигнала за данни. Свържете тези три щифта към I2S функционалния щифт на MS6336.
Хардуерната структура на терминала за възпроизвеждане на системата за цифрово гласово излъчване Ethernet е показана на фигура 2.
3 Проектиране на софтуерна система за излъчване
Софтуерът на системата за излъчване е разделен на две части: сървърния софтуер на системата за излъчване и софтуерът за излъчване на терминали.
Този дизайн реализира възпроизвеждането на гласови данни в реално време, така че изпълнението на предаването на гласови данни в реално време трябва да бъде гарантирано, но изискванията за целостта на данните не са твърде строги и малко количество загуба на пакети няма да повлияе на цялостен ефект на възпроизвеждане, така че гласовите данни на системата Предаването приема режим на предаване UDP. В същото време системата работи в локална мрежа с по-малко временни потребители. Следователно, приема се статично разпределение на IP адреси, за да се опрости реализацията на софтуера на терминала за възпроизвеждане.
3.1 Събиране, съхранение и предаване на гласови данни от сървърната страна на излъчващата система
Събирането на гласови данни се осъществява с помощта на функции за API на ниско ниво на WAVE аудио. За да не причини загуба на гласови данни, дизайнът използва двойно буфериране за съхраняване на гласови данни. Процесът на изпълнение е показан на Фигура 3.
Когато един буфер за запис е пълен, системата незабавно изпраща друг буфер за запис на записващото устройство, за да продължи записването, а приложната програма трябва да прочете данните в пълния буфер за запис и да ги обработи. След това извикайте функцията waveInAddBuffer, за да присвоите отново буфера на записващото устройство за рециклиране.
За да се предотврати загубата на гласови данни в процеса на запис, не е достатъчно просто да се използва двойно буфериране. Трябва също да се отбележи, че когато единият буфер е пълен, приложението ще обработва данните в буфера, а второто Буферът се използва за запис и времето за обработка на данните трябва да бъде по-малко от времето, необходимо за втория буфер да бъде напълно записан, в противен случай първият буфер не е преназначен на записващото устройство, след като вторият буфер е пълен, което ще доведе до загуба на гласови данни. Когато честотата на дискретизация на гласовия сигнал е голяма, увеличаването на размера на буфера по подходящ начин може ефективно да реши този проблем.
За да запазите излъченото съдържание за по-нататъшно използване, е необходимо да го запазите в WAV файл. WAV файловете имат фиксиран заглавен формат. Преди да запазите гласови данни, трябва да зададете заглавката на WAV файла, в противен случай запазеният WAV файл не може да бъде възпроизведен. Всеки път, когато буферът за запис е пълен, първо намерете края на WAV файла и след това на свой ред запишете събраните данни в края на файла. Когато целият процес на излъчване приключи, всички гласови данни се записват във WAV файла, реализирайки съхранението на гласови данни.
Когато буферът за запис е пълен, е необходимо да изпратите събраните гласови данни през мрежата. При проектирането първо използвайте класа Csocket, за да създадете сокет, а след това трябва само да капсулирате събраните данни в IP пакет и да ги изпратите. Честотата на дискретизация на гласовия сигнал при този дизайн е 44.1 kHz, 16-битов двуканален. За да се избегне загубата на гласови данни, размерът на буфера за запис е зададен на 1024B.
3.2 Реализация на регионално излъчване
Важно приложение на системата за цифрово гласово излъчване Ethernet е не само да реализира излъчването в цялата област, но и да реализира местната функция за излъчване, т.е. да излъчва до определения терминал. Следователно, многоадресният пакет UDP се използва за предаване на данни при мрежово предаване на гласови IP пакети данни. Използвайки многоадресни пакети за предаване на данни, всички терминали, включени в групата в локалната мрежа, могат да получат данните, реализирайки излъчването на цялата област. За да се реализира локалната функция за излъчване, се добавя структура пред гласовите данни в дизайна, както е показано по-долу, и се използва конфигурационен файл за съхраняване на IP адреса на всеки терминал на системата.
структура STRING
{Низ IPNO1;
Низ IPNO2;
...
Низ IPNO9;
Низ IPNO10};
Когато е необходимо да се извърши регионално излъчване на определени терминали, изберете съответните номера на тези терминали на панела на сървърната страна на излъчващата система (както е показано на фигура 4). По това време IP адресът на избрания терминал се чете от конфигурационния файл и се присвоява на съответната променлива в структурата. Когато терминалът получи IP мултикаст пакет, той първо преценява дали структурата има същата променлива като собствения си IP адрес, ако има, тогава данните се получават и възпроизвеждат, ако не, данните се изхвърлят, като по този начин се реализира областта Broadcast функция. В сравнение с метода за използване на контролен сигнал за управление на терминала за възпроизвеждане, за да се присъедини или да напусне групата за многоадресно предаване, или за динамично поддържане на сложна таблица за картографиране, за да се реализира регионалната функция за излъчване. Този метод не се нуждае от интерактивно управление на терминала за възпроизвеждане преди всяко излъчване, нито е необходимо динамично проследяване на състоянието на терминала. Трябва само да запише съответния IP адрес на терминала в конфигурационния файл, когато терминалът се присъедини към системата за първи път. Функцията е лесна за изпълнение.
3.3 Реализацията на излъчваната система на терминален софтуер за излъчване
Излъчваният терминал на системата за излъчване е разделен на две части, за да се реализира, частта за получаване на аудио данни се използва за получаване на гласови данни и съхраняване и препращане, а аудио декодерът реализира D / A преобразуването и възпроизвеждането на гласовия сигнал. Частта за получаване на аудио данни приема Socket програмиране за получаване на гласови данни от Ethernet. След като получи пакета с гласови данни, той първо трябва да прецени дали пакетът с данни е за себе си. Терминалът сравнява променливата член на структурата STRING в IP пакета със собствения си IP адрес и ако някоя променлива на член е равна на собствения си IP адрес, той съхранява данните в пакета, в противен случай ги изхвърля.
Гласовите данни се получават и съхраняват в кръгова опашка. Поради разстройството на UDP предаването на данни, пакетите с гласови данни трябва да бъдат сортирани, след като гласовите данни бъдат получени в края на приемането на гласови данни, за да се осигури последователната обработка на гласовите данни и правилното възстановяване на Гласов сигнал. В същото време, за да се избегне мрежово трептене, данните се обработват всеки път, когато в кръговата опашка има поне 5 пакета.
Форматът за въвеждане на данни на MS6336 в дизайна възприема I2S формат. Тъй като LM3S8962 не поддържа този формат на данните, е приета софтуерна симулация за реализиране на функцията I2S чрез GPIO порт. За да се възстанови напълно гласовият сигнал, е необходимо да се гарантира, че времето на сигнала I2S е строго и точно, а преобразуването между високо и ниско ниво се осъществява чрез програма за забавяне. Диаграмата за синхронизация на I2S е показана на фигура 5.
Тактовата честота на излъчваната терминална тактова честота е 40 MHz, а времето за изпращане на всеки бит данни е 600 ns, изчислено от честотата на дискретизация. LM3S8962 предоставя гласови данни на MS6336 и реализира серийно предаване през GPIO порт според точката на вземане на проби. Всяка точка за вземане на проби съдържа четири байта, а процесът на изпращане на данни за точка за вземане на проби е показан на Фигура 6.
4 Анализ на резултатите
Размерът на пакета за гласови данни, предаван от системата чрез Ethernet, е 1024B. За да се избегне трептене в мрежата, терминалът започва да излъчва, когато получава 5 пакета данни. Времето за забавяне на излъчването е около 30 ms, което отговаря на функционалните показатели. Сървърната страна може да контролира работата на 10 излъчващи терминала едновременно. Чрез избора на съответния номер на терминала от страна на сървъра могат да бъдат успешно реализирани функциите за излъчване на цялата област и местно излъчване на системата за излъчване.
5 Заключение
Изхождайки от реалните нужди, ние проектираме и внедряваме Ethernet цифрова система за гласово излъчване. Експерименталните резултати показват, че терминалът за възпроизвеждане на системата решава дали да изпълнява гласово излъчване, за да реализира регионалното излъчване е прост и ефективен начин за реализиране на глобално излъчване и регионално излъчване на гласови сигнали. Терминалът на системния плейър приема софтуерна симулация на GPIO порт, за да реализира функцията I2S, която може точно да реализира времето на I2S, да завърши предаването на данни на гласовия сигнал и да реализира излъчването на гласовия сигнал в реално време. Структурата на дизайна е разумна и може лесно да реализира разширяването на функции, като излъчване по време, възпроизвеждане на музика, дистанционно управление, мониторинг в реално време и др. Този дизайн има важно практическо значение и осигурява основа за решаване на големи и сложни Ethernet излъчвания системи.
Нашата друг продукт:
