Šajā rakstā ir iekļauts iegultās Ethernet digitālās balss apraides sistēmas risinājums, kas var viegli realizēt apraides sistēmas reģionālo apraides funkciju. Sistēma ir balstīta uz rokas arhitektūru un izmanto sistēmas atskaņošanas termināļa arbitrāžas metodi, lai kontrolētu reģionālās apraides realizāciju, un apraides saturu var atskaņot un saglabāt vienlaikus.
Ethernet digitālā balss apraides sistēma galvenokārt attiecas uz apraides sistēmu, kas audio pakalpojumu nodrošināšanai izmanto Ethernet kā pārraides nesēju. Ethernet var izmantot, lai atrisinātu balss signālu pārraides tālsatiksmes problēmu. Ļauj dizaineriem izveidot liela mēroga tīkla struktūru, lai realizētu tūkstošiem ciparu balss signālu pārraidi uz Ethernet, pilnībā izmantojot esošos tīkla resursus, izvairoties no grūtībām atkārtoti izveidot līnijas un realizēt apraides un datortīklu integrāciju. . Tas atrisina sliktas skaņas kvalitātes, uzņēmības pret traucējumiem, sarežģītas uzturēšanas un pārvaldības un sliktas mijiedarbības problēmas tradicionālajās apraides sistēmās. Tajā pašā laikā virziena grupas apraidei ir iespējams izvēlēties visus, daļu vai konkrētus apgabalus, kas pārkāpj ierobežojumu, ka tradicionālās apraides sistēmas var veikt sabiedrisko apraidi tikai visās jomās. Esošās Ethernet digitālās balss apraides sistēmas pārsvarā izmanto vadības signālus, lai kontrolētu apraides termināli, lai pievienotos multicast grupai vai pamestu to, realizējot reģionālās apraides funkciju. Pirms apraides ieviešanas ir nepieciešams nosūtīt vadības signālu, lai terminālis pievienotos multiraides grupai. Vai arī servera pusē izveidojiet sarežģītu kartēšanas tabulu, lai saglabātu atskaņošanas termināla stāvokli, lai sasniegtu reģionālo apraidi, kuru ir sarežģītāk īstenot.
1 Konstrukcijas dizains
Šī sistēma pieņem C / S struktūru, to veido divas apraides sistēmas servera gala un apraides sistēmas apraides termināļa daļas, kā parādīts 1. attēlā.
Apraides sistēmas serveris ir ieviests personālajā datorā, un tā ir balss signālu savākšanas, uzglabāšanas un tīkla pārraides programma, ko realizē VC ++. Šī daļa vāc un saglabā balss signālu caur mikrofonu un pēc tam ar UDP palīdzību pārraida balss datus uz Ethernet, lai realizētu balss datu tīkla pārraides funkciju.
Apraides sistēmas atskaņošanas terminālis ir iebūvēts termināls, kura pamatā ir LM3S8962, kas var saņemt no Ethernet nosūtītās IP balss datu paketes, un audio dekodēšanas mikroshēma MS6336 pabeidz balss datu digitālo / analogo pārveidošanu un atskaņošanu.
2 Apraides sistēmas apraides termināla aparatūras dizains
Apraides sistēmas apraides termināļa galvenā vadības mikroshēma pieņem mikrokontrolleru LM3S8962, ko nodrošina LuminaryMicro. Šī mikroshēmu sērija ir pirmais ARM CortexTM-M3 bāzes kontrolieris ar iekšēju integrētu Ethernet kontrolieri. Tā ir nozares pirmā ARM mikroshēma, kas atbalsta industriālo Ethernet (IEEE) un var viegli ieviest tīkla funkcijas.
Audio dekodētāja mikroshēmā tiek izmantota MOSA ražotā mikroshēma MS6336. Mikroshēma ir 16 bitu stereo audio pārveidotājs uz analogo pārveidotāju, un atbalstītie digitālās ievades formāti ir Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336 vadības saskarne pieņem I2C kopni, interfeisu ir viegli iestatīt. DAC daļai ir precīza un stabila strāva, apvienojumā ar lielisku simetrisku dekodēšanas metodi, tā var reproducēt augstas kvalitātes audio signālus.
Galvenā vadības mikroshēma LM3S8962 ir savienota ar RJ45 saskarni, izmantojot magnētiskos komponentus, un tiek izmantota balss datu saņemšanai no Ethernet. LM3S8962 nodrošina vadības signālus un balss datu signālus audio dekodētāja mikroshēmai MS6336. LM3S8962 atbalsta I2C funkciju. PB2 un PB3 porti nodrošina attiecīgi I2C pulksteņa un datu signālus. Šīs divas tapas var tieši savienot ar MS2 I6336C funkciju tapām, un ir nepieciešams pievilkšanas rezistors. LM3S8962 neatbalsta MS6336 prasīto datu ievades formātu. MS6336 datu ievades formāts sistēmā pieņem I2S. Tāpēc, lai sniegtu balss datus MS6336, ir nepieciešams izmantot GP3 pieslēgvietas programmatūru LM8962S2, lai imitētu MS6336 prasīto I5S datu ievades formātu. Projektēšanā šīs funkcijas imitēšanai tiek izmantoti PA6, PA7 un PA2 porti. Trīs tapas atbilst attiecīgi I2S kanāla izvēles signālam, pulksteņa signālam un datu signālam. Savienojiet šīs trīs tapas ar MS6336 IXNUMXS funkcijas tapu.
Ethernet digitālās balss apraides sistēmas atskaņošanas termināļa aparatūras struktūra parādīta 2. attēlā.
3 Apraides sistēmas programmatūras projektēšana
Apraides sistēmas programmatūra ir sadalīta divās daļās: apraides sistēmas servera programmatūra un apraides termināļa programmatūra.
Šis dizains realizē balss datu atskaņošanu reāllaikā, tāpēc ir jāgarantē balss datu pārraides veiktspēja reāllaikā, taču prasības datu integritātei nav pārāk stingras, un neliels pakešu zudums neietekmēs kopējais atskaņošanas efekts, tāpēc sistēmas balss dati Pārraide pieņem UDP pārraides režīmu. Tajā pašā laikā sistēma darbojas lokālajā tīklā, un pagaidu lietotāju ir maz. Tāpēc statiskā IP adreses piešķiršana tiek pieņemta, lai vienkāršotu atskaņošanas termināļa programmatūras realizāciju.
3.1 Balss datu vākšana, glabāšana un pārsūtīšana apraides sistēmas servera pusē
Balss datu vākšana tiek realizēta, izmantojot zema līmeņa WAVE audio API funkcijas. Lai neizraisītu balss datu zudumu, dizains izmanto dubulto buferi, lai saglabātu balss datus. Īstenošanas process ir parādīts 3. attēlā.
Kad viens ierakstīšanas buferis ir pilns, sistēma nekavējoties nosūta citu ierakstīšanas buferi uz ierakstīšanas ierīci, lai turpinātu ierakstīšanu, un lietojumprogrammai vajadzētu nolasīt datus pilnā ierakstīšanas buferī un tos apstrādāt. Pēc tam izsauciet funkciju waveInAddBuffer, lai atkārtoti piešķirtu buferi ierakstīšanas ierīcei.
Lai nepieļautu balss datu zudumu ierakstīšanas procesā, nepietiek vienkārši izmantot dubulto buferizāciju. Jāatzīmē arī tas, ka tad, kad viens buferis ir pilns, lietojumprogramma apstrādās datus buferī, bet otrā buferis tiek izmantots ierakstīšanai, un datu apstrādes laikam jābūt mazākam par laiku, kas nepieciešams otrajam buferim, lai tas būtu pilnībā ierakstīts, pretējā gadījumā pirmais buferis nav atkārtoti piešķirts ierakstīšanas ierīcei pēc tam, kad otrais buferis ir piepildīts, kas izraisīs balss datu zudumu. Ja balss signāla izlases ātrums ir liels, bufera lieluma atbilstoša palielināšana var efektīvi atrisināt šo problēmu.
Lai saglabātu apraides saturu vēlākai izmantošanai, apraides saturs jāsaglabā WAV failā. WAV failiem ir fiksēts galvenes formāts. Pirms balss datu saglabāšanas jums jāiestata WAV faila galvene, pretējā gadījumā saglabāto WAV failu nevar atskaņot. Katru reizi, kad ierakstīšanas buferis ir pilns, vispirms atrodiet WAV faila beigas un pēc tam faila beigās pēc kārtas ierakstiet savāktos datus. Kad viss apraides process ir beidzies, visi balss dati tiek saglabāti WAV failā, saprotot balss datu glabāšanu.
Kad ierakstīšanas buferis ir pilns, savāktie balss dati ir jānosūta pa tīklu. Dizainā vispirms izmantojiet Csocket klasi, lai izveidotu kontaktligzdu, un tad tikai apkopotie dati jāiekapsulē IP paketē un jānosūta. Balss signāla paraugu ņemšanas ātrums šajā dizainā ir 44.1 kHz, 16 bitu divkanālu. Lai izvairītos no balss datu zuduma, ieraksta bufera lielums tiek iestatīts uz 1024B.
3.2 Reģionālās apraides realizācija
Svarīgs Ethernet digitālās balss apraides sistēmas pielietojums ir ne tikai visas apraides realizēšana, bet arī vietējās apraides funkcijas realizēšana, tas ir, apraide uz norādīto termināli. Tāpēc datu pārraidei balss IP datu pakešu pārraidei tīklā tiek izmantota UDP multiraides pakete. Datu pārsūtīšanai, izmantojot multiraides paketes, visi lokālajā tīklā grupā iekļautie termināļi var saņemt datus, realizējot visu apraidi. Lai realizētu vietējās apraides funkciju, projektā balss datu priekšā tiek pievienota struktūra, kā parādīts zemāk, un konfigurācijas fails tiek izmantots, lai saglabātu katra sistēmas termināla IP adresi.
02 Apraides sistēmas apraides termināla aparatūras projektēšana
Apraides sistēmas apraides termināļa galvenā vadības mikroshēma pieņem mikrokontrolleru LM3S8962, ko nodrošina LuminaryMicro. Šī mikroshēmu sērija ir pirmais ARM CortexTM-M3 bāzes kontrolieris ar iekšēju integrētu Ethernet kontrolieri. Tā ir nozares pirmā ARM mikroshēma, kas atbalsta industriālo Ethernet (IEEE) un var viegli ieviest tīkla funkcijas.
Audio dekodētāja mikroshēmā tiek izmantota MOSA ražotā mikroshēma MS6336. Mikroshēma ir 16 bitu stereo audio pārveidotājs uz analogo pārveidotāju, un atbalstītie digitālās ievades formāti ir Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336 vadības saskarne pieņem I2C kopni, interfeisu ir viegli iestatīt. DAC daļai ir precīza un stabila strāva, apvienojumā ar lielisku simetrisku dekodēšanas metodi, tā var reproducēt augstas kvalitātes audio signālus.
Galvenā vadības mikroshēma LM3S8962 ir savienota ar RJ45 saskarni, izmantojot magnētiskos komponentus, un tiek izmantota balss datu saņemšanai no Ethernet. LM3S8962 nodrošina vadības signālus un balss datu signālus audio dekodētāja mikroshēmai MS6336. LM3S8962 atbalsta I2C funkciju. PB2 un PB3 porti nodrošina attiecīgi I2C pulksteņa un datu signālus. Šīs divas tapas var tieši savienot ar MS2 I6336C funkciju tapām, un ir nepieciešams pievilkšanas rezistors. LM3S8962 neatbalsta MS6336 prasīto datu ievades formātu. MS6336 datu ievades formāts sistēmā pieņem I2S. Tāpēc, lai sniegtu balss datus MS6336, ir nepieciešams izmantot GP3 pieslēgvietas programmatūru LM8962S2, lai imitētu MS6336 prasīto I5S datu ievades formātu. Projektēšanā šīs funkcijas imitēšanai tiek izmantoti PA6, PA7 un PA2 porti. Trīs tapas atbilst attiecīgi I2S kanāla izvēles signālam, pulksteņa signālam un datu signālam. Savienojiet šīs trīs tapas ar MS6336 IXNUMXS funkcijas tapu.
Ethernet digitālās balss apraides sistēmas atskaņošanas termināļa aparatūras struktūra parādīta 2. attēlā.
3 Apraides sistēmas programmatūras projektēšana
Apraides sistēmas programmatūra ir sadalīta divās daļās: apraides sistēmas servera programmatūra un apraides termināļa programmatūra.
Šis dizains realizē balss datu atskaņošanu reāllaikā, tāpēc ir jāgarantē balss datu pārraides veiktspēja reāllaikā, taču prasības datu integritātei nav pārāk stingras, un neliels pakešu zudums neietekmēs kopējais atskaņošanas efekts, tāpēc sistēmas balss dati Pārraide pieņem UDP pārraides režīmu. Tajā pašā laikā sistēma darbojas lokālajā tīklā ar mazāk pagaidu lietotāju. Tāpēc statiskā IP adreses piešķiršana tiek pieņemta, lai vienkāršotu atskaņošanas termināļa programmatūras realizāciju.
3.1 Balss datu vākšana, glabāšana un pārsūtīšana apraides sistēmas servera pusē
Balss datu vākšana tiek realizēta, izmantojot zema līmeņa WAVE audio API funkcijas. Lai neizraisītu balss datu zudumu, dizains izmanto dubulto buferi, lai saglabātu balss datus. Īstenošanas process ir parādīts 3. attēlā.
Kad viens ierakstīšanas buferis ir pilns, sistēma nekavējoties nosūta citu ierakstīšanas buferi uz ierakstīšanas ierīci, lai turpinātu ierakstīšanu, un lietojumprogrammai vajadzētu nolasīt datus pilnā ierakstīšanas buferī un tos apstrādāt. Pēc tam izsauciet funkciju waveInAddBuffer, lai atkārtoti piešķirtu buferi ierakstīšanas ierīcei.
Lai nepieļautu balss datu zudumu ierakstīšanas procesā, nepietiek vienkārši izmantot dubulto buferizāciju. Jāatzīmē arī tas, ka tad, kad viens buferis ir pilns, lietojumprogramma apstrādās datus buferī, bet otrā buferis tiek izmantots ierakstīšanai, un datu apstrādes laikam jābūt mazākam par laiku, kas nepieciešams otrajam buferim, lai tas būtu pilnībā ierakstīts, pretējā gadījumā pirmais buferis nav atkārtoti piešķirts ierakstīšanas ierīcei pēc tam, kad otrais buferis ir piepildīts, kas izraisīs balss datu zudumu. Ja balss signāla izlases ātrums ir liels, bufera lieluma atbilstoša palielināšana var efektīvi atrisināt šo problēmu.
Lai saglabātu apraides saturu vēlākai izmantošanai, apraides saturs jāsaglabā WAV failā. WAV failiem ir fiksēts galvenes formāts. Pirms balss datu saglabāšanas jums jāiestata WAV faila galvene, pretējā gadījumā saglabāto WAV failu nevar atskaņot. Katru reizi, kad ierakstīšanas buferis ir pilns, vispirms atrodiet WAV faila beigas un pēc tam faila beigās pēc kārtas ierakstiet savāktos datus. Kad viss apraides process ir beidzies, visi balss dati tiek saglabāti WAV failā, saprotot balss datu glabāšanu.
Kad ierakstīšanas buferis ir pilns, savāktie balss dati ir jānosūta pa tīklu. Dizainā vispirms izmantojiet Csocket klasi, lai izveidotu kontaktligzdu, un tad tikai apkopotie dati jāiekapsulē IP paketē un jānosūta. Balss signāla paraugu ņemšanas ātrums šajā dizainā ir 44.1 kHz, 16 bitu divkanālu. Lai izvairītos no balss datu zuduma, ieraksta bufera lielums tiek iestatīts uz 1024B.
3.2 Reģionālās apraides realizācija
Svarīgs Ethernet digitālās balss apraides sistēmas pielietojums ir ne tikai visas apraides realizēšana, bet arī vietējās apraides funkcijas realizēšana, tas ir, apraide uz norādīto termināli. Tāpēc datu pārraidei balss IP datu pakešu pārraidei tīklā tiek izmantota UDP multiraides pakete. Datu pārsūtīšanai, izmantojot multiraides paketes, visi lokālajā tīklā grupā iekļautie termināļi var saņemt datus, realizējot visu apraidi. Lai realizētu vietējās apraides funkciju, projektā balss datu priekšā tiek pievienota struktūra, kā parādīts zemāk, un konfigurācijas fails tiek izmantots, lai saglabātu katra sistēmas termināla IP adresi.
struktūras STRING
{Virkne IPNO1;
Virkne IPNO2;
...
Virkne IPNO9;
Virkne IPNO10};
Ja ir nepieciešams veikt reģionālo apraidi noteiktos terminālos, apraides sistēmas servera puses panelī atlasiet atbilstošos šo termināļu numurus (kā parādīts 4. attēlā). Šajā laikā izvēlētā termināla IP adrese tiek nolasīta no konfigurācijas faila un piešķirta attiecīgajam struktūras mainīgajam. Kad terminālis saņem IP multiraides paketi, tas vispirms izlemj, vai struktūrai ir tāds pats mainīgais kā savai IP adresei, ja tāda ir, tad dati tiek saņemti un atskaņoti, ja nē, dati tiek izmesti, tādējādi realizējot apraides apgabalu funkciju. Salīdzinājumā ar vadības signāla izmantošanas metodi, lai kontrolētu atskaņošanas termināli, lai pievienotos multicast grupai vai izietu no tās, vai dinamiski uzturētu sarežģītu kartēšanas tabulu, lai ieviestu reģionālās apraides funkciju. Šai metodei nav nepieciešams interaktīvi kontrolēt atskaņošanas termināli pirms katras apraides, kā arī nav dinamiski jāizseko termināla stāvoklis. Tam tikai jāieraksta termināļa atbilstošā IP adrese konfigurācijas failā, kad terminālis pirmo reizi pievienojas sistēmai. Funkcija ir vienkārši īstenojama.
3.3 Apraides sistēmas apraides termināļa programmatūras realizācija
Apraides sistēmas apraides terminālis ir sadalīts divās daļās, lai realizētu, audio datu saņemšanas daļu izmanto balss datu saņemšanai un uzglabāšanai un pārsūtīšanai, un audio dekoders realizē D / A pārveidošanu un balss signāla atskaņošanu. Audio datu saņemšanas daļa pieņem Socket programmēšanu, lai saņemtu balss datus no Ethernet. Pēc balss datu paketes saņemšanas vispirms jāizlemj, vai datu pakete ir domāta sev. Terminālis salīdzina struktūras STRING dalībnieka mainīgo IP paketē ar savu IP adresi, un, ja kāds dalībnieka mainīgais ir vienāds ar paša IP adresi, tas datus saglabā paketē, pretējā gadījumā tos izmet.
Balss dati tiek saņemti un saglabāti apļveida rindā. Sakarā ar UDP datu pārraides traucējumiem balss datu paketes ir jāšķiro pēc balss datu saņemšanas balss datu saņemšanas galā, lai nodrošinātu balss datu secīgu apstrādi un pareizu balss signāla atjaunošanu. Tajā pašā laikā, lai izvairītos no tīkla satricinājumiem, dati tiek apstrādāti katru reizi, kad apļveida rindā ir vismaz 5 paketes.
Dizaina MS6336 datu ievades formāts pieņem I2S formātu. Tā kā LM3S8962 neatbalsta šo datu formātu, tiek izmantota programmatūras simulācija, lai realizētu I2S funkciju, izmantojot GPIO portu. Lai pilnībā atjaunotu balss signālu, ir jānodrošina, lai I2S signāla laiks būtu stingrs un precīzs, un konversiju starp augstiem un zemiem līmeņiem īsteno aizkavēšanās programma. I2S laika shēma ir parādīta 5. attēlā.
Apraides sistēmas apraides termināla pulksteņa frekvence ir 40 MHz, un katra datu bita nosūtīšanas laiks ir 600 ns, aprēķināts pēc paraugu ņemšanas ātruma. LM3S8962 nodrošina balss datus uz MS6336 un realizē sērijveida pārraidi caur GPIO portu atbilstoši paraugu ņemšanas punktam. Katrā paraugu ņemšanas punktā ir četri baiti, un datu paraugu ņemšanas vietas nosūtīšanas process parādīts 6. attēlā.
4 Rezultātu analīze
Balss datu paketes, ko sistēma pārraida, izmantojot Ethernet, izmērs ir 1024B. Lai izvairītos no tīkla satricinājumiem, termināls sāk apraidi, saņemot 5 datu paketes. Apraides aizkaves laiks ir aptuveni 30 ms, kas atbilst funkcionālajiem rādītājiem. Servera puse var vienlaikus kontrolēt 10 apraides termināļu darbu. Servera pusē atlasot atbilstošo termināla numuru, var veiksmīgi realizēt visas apraides sistēmas apraides un vietējās apraides funkcijas.
5 Secinājums
Sākot no faktiskajām vajadzībām, mēs izstrādājam un ieviešam Ethernet digitālās balss apraides sistēmu. Eksperimentālie rezultāti parāda, ka sistēmas atskaņošanas terminālis izlemj, vai veikt balss apraidi, lai realizētu reģionālo apraidi, ir vienkāršs un efektīvs veids, kā realizēt globālo apraidi un reģionālo balss signālu apraidi. Sistēmas atskaņotāja terminālis izmanto GPIO porta programmatūras simulāciju, lai realizētu I2S funkciju, kas var precīzi realizēt I2S laiku, pabeigt balss signāla datu pārraidi un reāllaika balss signāla apraidi. Dizaina struktūra ir saprātīga, un tā var viegli realizēt tādu funkciju paplašināšanu kā apraides laiks, mūzikas atskaņošana, tālvadība, reāllaika uzraudzība utt. Šim dizainam ir svarīga praktiska nozīme un tas ir pamats lielu un sarežģītu Ethernet apraides risināšanai sistēmas.
citu mūsu produktu:
