Tento článek poskytuje integrované řešení systému digitálního hlasového vysílání Ethernet, které může snadno realizovat funkci regionálního vysílání systému vysílání. Systém je založen na architektuře ramene a přijímá metodu arbitrace terminálu přehrávání systému pro řízení realizace regionálního vysílání a obsah vysílání lze přehrávat a ukládat současně.
Systém digitálního hlasového vysílání Ethernet se týká hlavně vysílacího systému, který používá Ethernet jako přenosové médium k poskytování zvukových služeb. Ethernet lze použít k řešení problému dálkového přenosu hlasových signálů. Umožňuje návrhářům vytvořit rozsáhlou síťovou strukturu pro realizaci přenosu tisíců digitálních hlasových signálů na ethernetu, plně využívat stávající síťové zdroje, vyhnout se problémům s opakovaným zřizováním linek a realizovat integraci vysílacích a počítačových sítí . Řeší problémy špatné kvality zvuku, náchylnosti k rušení, komplexní údržby a správy a špatné interakce v tradičních vysílacích systémech. Zároveň je možné vybrat všechny, částečné nebo konkrétní oblasti pro směrové skupinové vysílání, což prolomí omezení, že tradiční vysílací systémy mohou provádět veřejné vysílání pouze pro všechny oblasti. Stávající systémy digitálního hlasového vysílání Ethernet většinou používají řídicí signály k ovládání vysílacího terminálu, aby se připojily nebo opustily skupinu vícesměrového vysílání při realizaci funkce regionálního vysílání. Než bude možné uskutečnit vysílání, je nutné vyslat řídicí signál, aby se terminál připojil ke skupině vícesměrového vysílání. „Nebo vytvořte komplexní mapovací tabulku na straně serveru, abyste udrželi stav přehrávacího terminálu a dosáhli regionálního vysílání, jehož implementace je komplikovanější.
1 Konstrukční návrh
Tento systém přijímá strukturu C / S, je složen ze dvou částí konce serveru vysílacího systému a vysílacího terminálu vysílacího systému, jak je znázorněno na obr.
Server vysílacího systému je implementován na PC a jedná se o program sběru, ukládání a síťového přenosu hlasového signálu realizovaný VC ++. Tato část shromažďuje a ukládá hlasový signál přes mikrofon a poté přenáší hlasová data do sítě Ethernet přes UDP, aby realizovala funkci přenosu hlasu v síti.
Přehrávací terminál vysílacího systému je integrovaný terminál založený na LM3S8962, který může přijímat pakety hlasových dat IP, které jsou do něj posílány z Ethernetu, a audio dekódovací čip MS6336 dokončuje digitální / analogový převod a přehrávání hlasových dat
2 Hardwarový design vysílacího terminálu vysílacího systému
Hlavní řídicí čip vysílacího terminálu vysílacího systému využívá mikrokontrolér LM3S8962 poskytovaný společností LuminaryMicro. Tato řada čipů je prvním řadičem založeným na ARM CortexTM-M3 s interním integrovaným řadičem Ethernet. Jedná se o první ARM čip v oboru, který podporuje průmyslový Ethernet (IEEE) a může snadno implementovat síťové funkce.
Čip zvukového dekodéru používá čip MS6336 vyráběný společností MOSA. Čip je 16bitový stereofonní audio převodník digitálně-analogový a podporované digitální vstupní formáty jsou Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Řídicí rozhraní MS6336 využívá sběrnici I2C, rozhraní se snadno nastavuje. Část DAC má přesný a stabilní proud a v kombinaci s vynikající metodou symetrického dekódování dokáže reprodukovat vysoce kvalitní zvukové signály.
Hlavní řídicí čip LM3S8962 je připojen k rozhraní RJ45 prostřednictvím magnetických komponent a slouží k příjmu hlasových dat z Ethernetu. LM3S8962 poskytuje řídicí signály a signály hlasových dat pro zvukový dekodérový čip MS6336. LM3S8962 podporuje funkci I2C. Porty PB2 a PB3 poskytují hodiny I2C a datové signály. Tyto dva kolíky lze přímo připojit k funkčním kolíkům I2C MS6336 a je vyžadován pull-up rezistor. LM3S8962 nepodporuje formát vstupu dat vyžadovaný MS6336. Formát vstupu dat MS6336 v systému přijímá I2S. Proto, aby bylo možné poskytovat hlasová data do MS6336, je nutné použít software portů GPIO LM3S8962 k simulaci formátu vstupu dat I2S požadovaného MS6336. V návrhu se k simulaci této funkce používají porty PA5, PA6 a PA7. Tyto tři piny odpovídají signálu výběru kanálu I2S, hodinovému signálu a datovému signálu. Připojte tyto tři piny k pinu funkce I2S na MS6336.
Hardwarová struktura přehrávacího terminálu systému digitálního hlasového vysílání Ethernet je zobrazena na obrázku 2.
3 Návrh softwaru vysílacího systému
Software vysílacího systému je rozdělen na dvě části: software serveru vysílacího systému a software vysílacího terminálu.
Tento design realizuje přehrávání hlasových dat v reálném čase, takže je třeba zajistit výkon přenosu hlasových dat v reálném čase, ale požadavky na integritu dat nejsou příliš přísné a malé množství ztráty paketů neovlivní celkový efekt přehrávání, takže hlasová data systému Přenos přijímá režim přenosu UDP. Systém zároveň funguje v místní síti a dočasných uživatelů je málo. Proto je statické přidělování IP adres přijato, aby se zjednodušila realizace softwaru přehrávacího terminálu.
3.1 Sběr, ukládání a přenos hlasových údajů na straně serveru vysílacího systému
Sběr hlasových dat je implementován pomocí nízkoúrovňových funkcí WAVE audio API. Aby nedošlo ke ztrátě hlasových dat, používá design k ukládání hlasových dat dvojité ukládání do vyrovnávací paměti. Proces implementace je znázorněn na obrázku 3.
Když je jedna záznamová vyrovnávací paměť plná, systém okamžitě odešle další záznamovou paměť do záznamového zařízení, aby mohl pokračovat v záznamu, a aplikační program by měl načíst data v plné záznamové paměti a zpracovat je. Poté zavolejte funkci waveInAddBuffer a znovu přiřaďte vyrovnávací paměť záznamovému zařízení k recyklaci.
Aby se zabránilo ztrátě hlasových dat v procesu nahrávání, nestačí jednoduše použít dvojité ukládání do vyrovnávací paměti. Je také třeba poznamenat, že když je jedna vyrovnávací paměť plná, aplikace bude zpracovávat data ve vyrovnávací paměti a druhá Vyrovnávací paměť se používá pro záznam a doba zpracování dat musí být kratší než čas potřebný k tomu, aby byla druhá vyrovnávací paměť plně zaznamenána, jinak by první vyrovnávací paměť nebyla znovu přiřazena záznamovému zařízení poté, co je druhá vyrovnávací paměť plná, což by způsobilo ztrátu hlasových dat. Když je vzorkovací frekvence hlasového signálu velká, může tento problém účinně vyřešit vhodné zvětšení vyrovnávací paměti.
Chcete-li uložit vysílaný obsah pro pozdější použití, je nutné uložit vysílaný obsah do souboru WAV. Soubory WAV mají pevný formát záhlaví. Před uložením hlasových dat musíte nastavit záhlaví souboru WAV, jinak nelze uložený soubor WAV přehrát. Pokaždé, když je záznamová vyrovnávací paměť plná, najděte nejprve konec souboru WAV a poté postupně zaznamenávejte shromážděná data na konec souboru. Když je celý proces vysílání ukončen, všechna hlasová data se uloží do souboru WAV a dojde k uložení hlasových dat.
Když je záznamová vyrovnávací paměť plná, je nutné poslat shromážděná hlasová data přes síť. V návrhu nejprve použijte třídu Csocket k vytvoření soketu a pak stačí pouze zapouzdřit shromážděná data do paketu IP a odeslat je. Vzorkovací frekvence hlasového signálu v tomto provedení je 44.1 kHz, 16bitový dvoukanálový. Aby se zabránilo ztrátě hlasových dat, je velikost záznamové vyrovnávací paměti nastavena na 1024B.
3.2 Realizace regionálního vysílání
Důležitou aplikací systému digitálního hlasového vysílání Ethernet není pouze realizovat celoplošné vysílání, ale také realizovat funkci místního vysílání, tj. Vysílat do určeného terminálu. Proto se paket vícesměrového vysílání UDP používá pro přenos dat v síťovém přenosu hlasových datových paketů IP. Pomocí paketů vícesměrového vysílání k přenosu dat mohou data přijímat všechny terminály obsažené ve skupině v místní síti, čímž se realizuje celoplošné vysílání. Aby bylo možné realizovat funkci místního vysílání, je před hlasová data v designu přidána struktura, jak je ukázáno níže, a je použit konfigurační soubor pro uložení IP adresy každého terminálu systému.
02 Návrh hardwaru vysílacího terminálu vysílacího systému
Hlavní řídicí čip vysílacího terminálu vysílacího systému využívá mikrokontrolér LM3S8962 poskytovaný společností LuminaryMicro. Tato řada čipů je prvním řadičem založeným na ARM CortexTM-M3 s interním integrovaným řadičem Ethernet. Jedná se o první ARM čip v oboru, který podporuje průmyslový Ethernet (IEEE) a může snadno implementovat síťové funkce.
Čip zvukového dekodéru používá čip MS6336 vyráběný společností MOSA. Čip je 16bitový stereofonní audio převodník digitálně-analogový a podporované digitální vstupní formáty jsou Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Řídicí rozhraní MS6336 využívá sběrnici I2C, rozhraní se snadno nastavuje. Část DAC má přesný a stabilní proud a v kombinaci s vynikající metodou symetrického dekódování dokáže reprodukovat vysoce kvalitní zvukové signály.
Hlavní řídicí čip LM3S8962 je připojen k rozhraní RJ45 prostřednictvím magnetických komponent a slouží k příjmu hlasových dat z Ethernetu. LM3S8962 poskytuje řídicí signály a signály hlasových dat pro zvukový dekodérový čip MS6336. LM3S8962 podporuje funkci I2C. Porty PB2 a PB3 poskytují hodiny I2C a datové signály. Tyto dva kolíky lze přímo připojit k funkčním kolíkům I2C MS6336 a je vyžadován pull-up rezistor. LM3S8962 nepodporuje formát vstupu dat vyžadovaný MS6336. Formát vstupu dat MS6336 v systému přijímá I2S. Proto, aby bylo možné poskytovat hlasová data do MS6336, je nutné použít software portů GPIO LM3S8962 k simulaci formátu vstupu dat I2S požadovaného MS6336. V návrhu se k simulaci této funkce používají porty PA5, PA6 a PA7. Tyto tři piny odpovídají signálu výběru kanálu I2S, hodinovému signálu a datovému signálu. Připojte tyto tři piny k pinu funkce I2S na MS6336.
Hardwarová struktura přehrávacího terminálu systému digitálního hlasového vysílání Ethernet je zobrazena na obrázku 2.
3 Návrh softwaru vysílacího systému
Software vysílacího systému je rozdělen na dvě části: software serveru vysílacího systému a software vysílacího terminálu.
Tento design realizuje přehrávání hlasových dat v reálném čase, takže je třeba zajistit výkon přenosu hlasových dat v reálném čase, ale požadavky na integritu dat nejsou příliš přísné a malé množství ztráty paketů neovlivní celkový efekt přehrávání, takže hlasová data systému Přenos přijímá režim přenosu UDP. Současně systém pracuje v místní síti s menším počtem dočasných uživatelů. Proto je přijato statické přidělování IP adres, aby se zjednodušila realizace softwaru přehrávacího terminálu.
3.1 Sběr, ukládání a přenos hlasových údajů na straně serveru vysílacího systému
Sběr hlasových dat je implementován pomocí nízkoúrovňových funkcí WAVE audio API. Aby nedošlo ke ztrátě hlasových dat, používá design k ukládání hlasových dat dvojité ukládání do vyrovnávací paměti. Proces implementace je znázorněn na obrázku 3.
Když je jedna záznamová vyrovnávací paměť plná, systém okamžitě odešle další záznamovou paměť do záznamového zařízení, aby mohl pokračovat v záznamu, a aplikační program by měl načíst data v plné záznamové paměti a zpracovat je. Poté zavolejte funkci waveInAddBuffer a znovu přiřaďte vyrovnávací paměť záznamovému zařízení k recyklaci.
Aby se zabránilo ztrátě hlasových dat v procesu nahrávání, nestačí jednoduše použít dvojité ukládání do vyrovnávací paměti. Je také třeba poznamenat, že když je jedna vyrovnávací paměť plná, aplikace bude zpracovávat data ve vyrovnávací paměti a druhá Vyrovnávací paměť se používá pro záznam a doba zpracování dat musí být kratší než čas potřebný k tomu, aby byla druhá vyrovnávací paměť plně zaznamenána, jinak by první vyrovnávací paměť nebyla znovu přiřazena záznamovému zařízení poté, co je druhá vyrovnávací paměť plná, což by způsobilo ztrátu hlasových dat. Když je vzorkovací frekvence hlasového signálu velká, může tento problém účinně vyřešit vhodné zvětšení vyrovnávací paměti.
Chcete-li uložit vysílaný obsah pro pozdější použití, je nutné uložit vysílaný obsah do souboru WAV. Soubory WAV mají pevný formát záhlaví. Před uložením hlasových dat musíte nastavit záhlaví souboru WAV, jinak nelze uložený soubor WAV přehrát. Pokaždé, když je záznamová vyrovnávací paměť plná, najděte nejprve konec souboru WAV a poté postupně zaznamenávejte shromážděná data na konec souboru. Když je celý proces vysílání ukončen, všechna hlasová data se uloží do souboru WAV a dojde k uložení hlasových dat.
Když je záznamová vyrovnávací paměť plná, je nutné poslat shromážděná hlasová data přes síť. V návrhu nejprve použijte třídu Csocket k vytvoření soketu a pak stačí pouze zapouzdřit shromážděná data do paketu IP a odeslat je. Vzorkovací frekvence hlasového signálu v tomto provedení je 44.1 kHz, 16bitový dvoukanálový. Aby se zabránilo ztrátě hlasových dat, je velikost záznamové vyrovnávací paměti nastavena na 1024B.
3.2 Realizace regionálního vysílání
Důležitou aplikací systému digitálního hlasového vysílání Ethernet není pouze realizovat celoplošné vysílání, ale také realizovat funkci místního vysílání, tj. Vysílat do určeného terminálu. Proto se paket vícesměrového vysílání UDP používá pro přenos dat v síťovém přenosu hlasových datových paketů IP. Pomocí paketů vícesměrového vysílání k přenosu dat mohou data přijímat všechny terminály obsažené ve skupině v místní síti, čímž se realizuje celoplošné vysílání. Aby bylo možné realizovat funkci místního vysílání, je před hlasová data v designu přidána struktura, jak je ukázáno níže, a je použit konfigurační soubor pro uložení IP adresy každého terminálu systému.
strukturovat STRING
{Řetězec IPNO1;
Řetězec IPNO2;
...
Řetězec IPNO9;
Řetězec IPNO10};
Pokud je nutné provádět regionální vysílání na určitých terminálech, vyberte odpovídající počet těchto terminálů na panelu na straně serveru vysílacího systému (jak je znázorněno na obrázku 4). V tomto okamžiku je IP adresa vybraného terminálu načtena z konfiguračního souboru a přiřazena k příslušné proměnné ve struktuře. Když terminál přijme paket vícesměrového vysílání IP, nejprve posoudí, zda má struktura stejnou proměnnou jako jeho vlastní IP adresa, pokud existuje, pak jsou data přijata a přehrána, pokud ne, data jsou zahozena, čímž se realizuje oblast Broadcast funkce. Ve srovnání se způsobem použití řídicího signálu k ovládání přehrávacího terminálu k připojení nebo opuštění skupiny vícesměrového vysílání nebo k dynamickému udržování komplexní mapovací tabulky pro implementaci funkce regionálního vysílání. Tato metoda nemusí interaktivně ovládat přehrávací terminál před každým vysíláním, ani nemusí dynamicky sledovat stav terminálu. Pouze je potřeba zapsat odpovídající IP adresu terminálu do konfiguračního souboru, když se terminál připojí k systému poprvé. Funkce je snadno implementovatelná.
3.3 Realizace softwaru vysílacího terminálu vysílacího systému
Vysílací terminál vysílacího systému je pro realizaci rozdělen do dvou částí, přijímací část zvukových dat se používá k přijímání hlasových dat a ukládání a předávání a zvukový dekodér realizuje D / A převod a přehrávání hlasového signálu. Část pro příjem zvukových dat využívá programování soketů pro příjem hlasových dat z Ethernetu. Po přijetí hlasového datového paketu musí nejprve posoudit, zda je datový paket pro sebe. Terminál porovná členskou proměnnou struktury STRING struktury v IP paketu s vlastní IP adresou a pokud se některá členská proměnná rovná jeho vlastní IP adrese, uloží data do paketu, jinak je zahodí.
Hlasová data jsou přijímána a ukládána do kruhové fronty. Kvůli poruše přenosu dat UDP je nutné po přijetí hlasových dat na konci přijímání hlasových dat třídit pakety hlasových dat, aby se zajistilo sekvenční zpracování hlasových dat a správné obnovení hlasového signálu. Aby se zabránilo chvění sítě, jsou data zpracovávána pokaždé, když je v kruhové frontě alespoň 5 paketů.
Formát vstupu dat MS6336 v designu přijímá formát I2S. Protože LM3S8962 nepodporuje tento datový formát, je implementována softwarová simulace k realizaci funkce I2S prostřednictvím portu GPIO. Aby bylo možné hlasový signál úplně obnovit, je nutné zajistit, aby načasování signálu I2S bylo přísné a přesné a převod mezi vysokou a nízkou úrovní byl realizován zpožďovacím programem. Časový diagram I2S je znázorněn na obrázku 5.
Frekvence vysílacího terminálu vysílacího systému je 40 MHz a doba odeslání každého datového bitu je 600 ns, počítáno ze vzorkovací frekvence. LM3S8962 poskytuje hlasová data do MS6336 a realizuje sériový přenos přes port GPIO podle místa vzorkování. Každý vzorkovací bod obsahuje čtyři bajty a proces odesílání dat vzorkovacího bodu je uveden na obrázku 6.
4 Analýza výsledků
Velikost hlasového datového paketu přenášeného systémem přes Ethernet je 1024B. Aby se zabránilo chvění sítě, terminál začne vysílat při příjmu 5 datových paketů. Zpoždění vysílání je přibližně 30 ms, což odpovídá funkčním indikátorům. Strana serveru může ovládat práci 10 vysílacích terminálů současně. Výběrem odpovídajícího čísla terminálu na straně serveru lze úspěšně realizovat celoplošné vysílání a funkce místního vysílání vysílacího systému.
Závěr 5
Počínaje skutečnými potřebami navrhujeme a implementujeme ethernetový systém digitálního hlasového vysílání. Experimentální výsledky ukazují, že terminál přehrávání systému rozhoduje, zda provést hlasové vysílání k realizaci regionálního vysílání, je jednoduchý a efektivní způsob, jak realizovat globální vysílání a regionální vysílání hlasových signálů. Terminál systémového hráče využívá softwarovou simulaci portů GPIO k realizaci funkce I2S, která dokáže přesně realizovat časování I2S, dokončit datový přenos hlasového signálu a realizovat vysílání hlasového signálu v reálném čase. Struktura návrhu je rozumná a může snadno realizovat rozšíření funkcí, jako je načasování vysílání, přehrávání hudby, vzdálená správa, monitorování v reálném čase atd. Tento design má důležitý praktický význam a poskytuje základ pro řešení velkého a komplexního ethernetového vysílání. systémy.
Náš další produkt:
