Ovaj članak nudi ugrađeno rješenje za digitalni sustav glasovnog emitiranja Ethernet, koje može lako ostvariti regionalnu funkciju emitiranja radiodifuznog sustava. Sustav se temelji na arhitekturi ruke i usvaja metodu arbitraže terminala za reprodukciju sustava za kontrolu realizacije regionalnog emitiranja, a emitirani sadržaj može se istovremeno reproducirati i spremiti.
Ethernet sustav digitalnog glasovnog emitiranja uglavnom se odnosi na sustav emitiranja koji koristi Ethernet kao prijenosni medij za pružanje audio usluga. Ethernet se može koristiti za rješavanje problema prijenosa glasovnih signala na velike udaljenosti. Omogućava dizajnerima da stvore mrežnu strukturu velikih razmjera kako bi ostvarili prijenos tisuća digitalnih glasovnih signala na Ethernetu, u potpunosti upotrebljavajući postojeće mrežne resurse, izbjegavajući probleme opetovanog postavljanja linija i ostvarujući integraciju emitiranja i računalnih mreža . Rješava probleme loše kvalitete zvuka, osjetljivosti na smetnje, složenog održavanja i upravljanja te loše interakcije u tradicionalnim radiodifuznim sustavima. Istodobno je moguće odabrati sva, dijelom ili posebna područja za usmjereno grupno emitiranje, što probija ograničenje da tradicionalni radiodifuzni sustavi mogu izvoditi samo javno emitiranje za sva područja. Postojeći Ethernet sustavi digitalnog glasovnog emitiranja uglavnom koriste upravljačke signale za upravljanje terminalom za emitiranje kako bi se pridružili grupi multicast ili je napustili u ostvarivanju regionalne funkcije emitiranja. Potrebno je poslati kontrolni signal kako bi se terminal pridružio multicast grupi prije nego što se emitiranje može realizirati. , Ili uspostavite složenu tablicu mapiranja na strani poslužitelja za održavanje stanja terminala za reprodukciju kako bi se postiglo regionalno emitiranje, što je složenije implementirati.
1 Strukturni dizajn
Ovaj sustav prihvaća C / S strukturu, sastoji se od dva dijela završetka poslužitelja sustava za emitiranje i terminala za emitiranje sustava emitiranja, kao što je prikazano na slici 1.
Poslužitelj emitiranog sustava implementiran je na računalu, a to je program prikupljanja, pohrane i mrežnog prijenosa glasovnih signala koji realizira VC ++. Ovaj dio prikuplja i pohranjuje glasovni signal putem mikrofona, a zatim prenosi glasovne podatke u Ethernet putem UDP-a kako bi se ostvarila mrežna funkcija prijenosa glasovnih podataka.
Terminal za reprodukciju emitiranog sustava ugrađeni je terminal zasnovan na LM3S8962, koji može primati IP pakete glasovnih podataka koji mu se šalju iz Etherneta, a čip za dekodiranje zvuka MS6336 dovršava digitalnu / analognu pretvorbu i reprodukciju glasovnih podataka
2 Dizajn hardverskog terminala emitiranog sustava
Glavni upravljački čip emitiranog terminala emitiranog sustava prihvaća mikrokontroler LM3S8962 koji osigurava LuminaryMicro. Ova serija čipova prvi je kontroler zasnovan na ARM CortexTM-M3 s internim integriranim Ethernet kontrolerom. To je prvi ARM čip u industriji koji podržava Industrial Ethernet (IEEE) i može lako implementirati mrežne funkcije.
Čip za dekoder zvuka koristi čip MS6336 kojeg proizvodi MOSA. Čip je 16-bitni stereo audio digitalno-analogni pretvarač, a podržani digitalni ulazni formati su Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Upravljačko sučelje MS6336 prihvaća I2C sabirnicu, sučelje je jednostavno postaviti. DAC dio ima preciznu i stabilnu struju, u kombinaciji s izvrsnom simetričnom metodom dekodiranja, može reproducirati visokokvalitetne audio signale.
Glavni upravljački čip LM3S8962 povezan je na RJ45 sučelje putem magnetskih komponenata i koristi se za primanje glasovnih podataka s Etherneta. LM3S8962 pruža upravljačke signale i glasovne podatkovne signale za čip audio dekoder MS6336. LM3S8962 podržava funkciju I2C. Portovi PB2 i PB3 pružaju I2C sat i podatkovne signale. Te se dvije pinove mogu izravno povezati s I2C funkcijskim pinovima MS6336, a potreban je povlačni otpor. LM3S8962 ne podržava format unosa podataka koji zahtijeva MS6336. Format unosa podataka MS6336 u sustavu prihvaća I2S. Stoga je za pružanje glasovnih podataka MS6336 potrebno koristiti softver GPIO priključka LM3S8962 za simulaciju formata unosa podataka I2S koji zahtijeva MS6336. U dizajnu se za simulaciju ove funkcije koriste priključci PA5, PA6 i PA7. Tri pina odgovaraju signalu za odabir kanala I2S, signalu takta i podatkovnom signalu. Spojite ove tri igle na funkcijski zatik I2S na MS6336.
Hardverska struktura terminala za reprodukciju Ethernet digitalnog sustava za glasovno emitiranje prikazana je na slici 2.
3 Dizajn softvera za sustav emitiranja
Softver radiodifuznog sustava podijeljen je u dva dijela: poslužiteljski softver radiodifuznog sustava i softver terminala za emitiranje.
Ovaj dizajn ostvaruje reprodukciju glasovnih podataka u stvarnom vremenu, pa je potrebno zajamčiti izvedbu prijenosa glasovnih podataka u stvarnom vremenu, ali zahtjevi za integritet podataka nisu prestrogi i mala količina gubitka paketa neće utjecati na ukupni efekt reprodukcije, pa glasovni podaci sustava Prijenos prihvaća UDP način prijenosa. Istodobno, sustav radi u lokalnoj mreži i malo je privremenih korisnika. Stoga je usvojena statička dodjela IP adresa radi pojednostavljenja realizacije softvera terminala za reprodukciju.
3.1 Prikupljanje, pohrana i prijenos glasovnih podataka na poslužiteljskoj strani emitiranog sustava
Prikupljanje glasovnih podataka provodi se pomoću funkcija API-ja zvuka WAVE na niskoj razini. Kako ne bi došlo do gubitka glasovnih podataka, dizajn koristi dvostruko međuspremništvo za pohranu glasovnih podataka. Proces provedbe prikazan je na slici 3.
Kad je jedan me uspremnik za snimanje pun, sustav odmah šalje drugi me uspremnik za snimanje na uređaj za snimanje da bi nastavio snimanje, a aplikacijski program trebao bi pročitati podatke iz punog spremnika za snimanje i obraditi ih. Zatim pozovite funkciju waveInAddBuffer da biste ponovo dodijelili međuspremnik uređaju za snimanje radi recikliranja.
Da bi se spriječio gubitak glasovnih podataka u procesu snimanja, nije dovoljno jednostavno koristiti dvostruko međuspremništvo. Također treba imati na umu da će kada je jedan međuspremnik pun, aplikacija obrađivati podatke u međuspremniku, a drugi Međuspremnik se koristi za snimanje, a vrijeme obrade podataka mora biti manje od vremena potrebnog da drugi međuspremnik bude u potpunosti snimljeno, inače prvi međuspremnik nije ponovno dodijeljen uređaju za snimanje nakon što se ispuni drugi međuspremnik, što će uzrokovati gubitak glasovnih podataka. Kada je brzina uzorkovanja glasovnog signala velika, odgovarajuće povećanje veličine međuspremnika može učinkovito riješiti ovaj problem.
Kako biste emitirani sadržaj spremili za kasniju uporabu, potrebno je spremiti emitirani sadržaj u WAV datoteku. WAV datoteke imaju fiksni format zaglavlja. Prije spremanja glasovnih podataka, morate postaviti zaglavlje WAV datoteke, inače spremljena WAV datoteka ne može se reproducirati. Svaki put kad se me uspremnik za snimanje napuni, prvo pronađite kraj WAV datoteke, a zatim zauzvrat upišite prikupljene podatke na kraj datoteke. Kad je cijeli postupak emitiranja gotov, svi se glasovni podaci spremaju u WAV datoteku, shvatajući pohranu glasovnih podataka.
Kada je me uspremnik za snimanje pun, potrebno je prikupljene glasovne podatke poslati mrežom. U dizajnu prvo upotrijebite klasu Csocket za stvaranje utičnice, a zatim samo trebate prikupiti prikupljene podatke u IP paket i poslati ih. Brzina uzorkovanja glasovnog signala u ovom dizajnu je 44.1 kHz, 16-bitni dvokanalni. Kako bi se izbjegao gubitak glasovnih podataka, veličina međuspremnika za snimanje postavljena je na 1024B.
3.2 Realizacija regionalnog emitiranja
Važna primjena Ethernet digitalnog sustava za glasovno emitiranje nije samo realizacija emitiranja cijelog područja, već i lokalna funkcija emitiranja, odnosno emitiranje na određeni terminal. Stoga se UDP multicast paket koristi za prijenos podataka u mrežnom prijenosu glasovnih IP paketa podataka. Koristeći multicast pakete za prijenos podataka, svi terminali uključeni u grupu u lokalnoj mreži mogu primati podatke realizirajući emitiranje cijelog područja. Da bi se ostvarila funkcija lokalnog emitiranja, dodaje se struktura ispred glasovnih podataka u dizajnu, kao što je prikazano dolje, a konfiguracijska datoteka koristi se za pohranu IP adrese svakog terminala sustava.
02 Dizajn hardverskog terminala za sustav emitiranja
Glavni upravljački čip emitiranog terminala emitiranog sustava prihvaća mikrokontroler LM3S8962 koji osigurava LuminaryMicro. Ova serija čipova prvi je kontroler zasnovan na ARM CortexTM-M3 s internim integriranim Ethernet kontrolerom. To je prvi ARM čip u industriji koji podržava Industrial Ethernet (IEEE) i može lako implementirati mrežne funkcije.
Čip za dekoder zvuka koristi čip MS6336 kojeg proizvodi MOSA. Čip je 16-bitni stereo audio digitalno-analogni pretvarač, a podržani digitalni ulazni formati su Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Upravljačko sučelje MS6336 prihvaća I2C sabirnicu, sučelje je jednostavno postaviti. DAC dio ima preciznu i stabilnu struju, u kombinaciji s izvrsnom simetričnom metodom dekodiranja, može reproducirati visokokvalitetne audio signale.
Glavni upravljački čip LM3S8962 povezan je na RJ45 sučelje putem magnetskih komponenata i koristi se za primanje glasovnih podataka s Etherneta. LM3S8962 pruža upravljačke signale i glasovne podatkovne signale za čip audio dekoder MS6336. LM3S8962 podržava funkciju I2C. Portovi PB2 i PB3 pružaju I2C sat i podatkovne signale. Te se dvije pinove mogu izravno povezati s I2C funkcijskim pinovima MS6336, a potreban je povlačni otpor. LM3S8962 ne podržava format unosa podataka koji zahtijeva MS6336. Format unosa podataka MS6336 u sustavu prihvaća I2S. Stoga je za pružanje glasovnih podataka MS6336 potrebno koristiti softver GPIO priključka LM3S8962 za simulaciju formata unosa podataka I2S koji zahtijeva MS6336. U dizajnu se za simulaciju ove funkcije koriste priključci PA5, PA6 i PA7. Tri pina odgovaraju signalu za odabir kanala I2S, signalu takta i podatkovnom signalu. Spojite ove tri igle na funkcijski zatik I2S na MS6336.
Hardverska struktura terminala za reprodukciju Ethernet digitalnog sustava za glasovno emitiranje prikazana je na slici 2.
3 Dizajn softvera za sustav emitiranja
Softver radiodifuznog sustava podijeljen je u dva dijela: poslužiteljski softver radiodifuznog sustava i softver terminala za emitiranje.
Ovaj dizajn ostvaruje reprodukciju glasovnih podataka u stvarnom vremenu, pa je potrebno zajamčiti izvedbu prijenosa glasovnih podataka u stvarnom vremenu, ali zahtjevi za integritet podataka nisu prestrogi i mala količina gubitka paketa neće utjecati na ukupni efekt reprodukcije, tako da glasovni podaci sustava Prijenos prihvaća UDP način prijenosa. Istodobno, sustav radi u lokalnoj mreži s manje privremenih korisnika. Stoga je usvojena statička dodjela IP adresa radi pojednostavljenja realizacije softvera terminala za reprodukciju.
3.1 Prikupljanje, pohrana i prijenos glasovnih podataka na poslužiteljskoj strani emitiranog sustava
Prikupljanje glasovnih podataka provodi se pomoću funkcija API-ja zvuka WAVE na niskoj razini. Kako ne bi došlo do gubitka glasovnih podataka, dizajn koristi dvostruko međuspremništvo za pohranu glasovnih podataka. Proces provedbe prikazan je na slici 3.
Kad je jedan me uspremnik za snimanje pun, sustav odmah šalje drugi me uspremnik za snimanje na uređaj za snimanje da bi nastavio snimanje, a aplikacijski program trebao bi pročitati podatke iz punog spremnika za snimanje i obraditi ih. Zatim pozovite funkciju waveInAddBuffer da biste ponovo dodijelili međuspremnik uređaju za snimanje radi recikliranja.
Da bi se spriječio gubitak glasovnih podataka u procesu snimanja, nije dovoljno jednostavno koristiti dvostruko međuspremništvo. Također treba imati na umu da će kada je jedan međuspremnik pun, aplikacija obrađivati podatke u međuspremniku, a drugi Međuspremnik se koristi za snimanje, a vrijeme obrade podataka mora biti manje od vremena potrebnog da drugi međuspremnik bude u potpunosti snimljeno, inače prvi međuspremnik nije ponovno dodijeljen uređaju za snimanje nakon što se ispuni drugi međuspremnik, što će uzrokovati gubitak glasovnih podataka. Kada je brzina uzorkovanja glasovnog signala velika, odgovarajuće povećanje veličine međuspremnika može učinkovito riješiti ovaj problem.
Kako biste emitirani sadržaj spremili za kasniju uporabu, potrebno je spremiti emitirani sadržaj u WAV datoteku. WAV datoteke imaju fiksni format zaglavlja. Prije spremanja glasovnih podataka, morate postaviti zaglavlje WAV datoteke, inače spremljena WAV datoteka ne može se reproducirati. Svaki put kad se me uspremnik za snimanje napuni, prvo pronađite kraj WAV datoteke, a zatim zauzvrat upišite prikupljene podatke na kraj datoteke. Kad je cijeli postupak emitiranja gotov, svi se glasovni podaci spremaju u WAV datoteku, shvatajući pohranu glasovnih podataka.
Kada je me uspremnik za snimanje pun, potrebno je prikupljene glasovne podatke poslati mrežom. U dizajnu prvo upotrijebite klasu Csocket za stvaranje utičnice, a zatim samo trebate prikupiti prikupljene podatke u IP paket i poslati ih. Brzina uzorkovanja glasovnog signala u ovom dizajnu je 44.1 kHz, 16-bitni dvokanalni. Kako bi se izbjegao gubitak glasovnih podataka, veličina međuspremnika za snimanje postavljena je na 1024B.
3.2 Realizacija regionalnog emitiranja
Važna primjena Ethernet digitalnog sustava za glasovno emitiranje nije samo realizacija emitiranja cijelog područja, već i lokalna funkcija emitiranja, odnosno emitiranje na određeni terminal. Stoga se UDP multicast paket koristi za prijenos podataka u mrežnom prijenosu glasovnih IP paketa podataka. Koristeći multicast pakete za prijenos podataka, svi terminali uključeni u grupu u lokalnoj mreži mogu primati podatke realizirajući emitiranje cijelog područja. Da bi se ostvarila funkcija lokalnog emitiranja, dodaje se struktura ispred glasovnih podataka u dizajnu, kao što je prikazano dolje, a konfiguracijska datoteka koristi se za pohranu IP adrese svakog terminala sustava.
struktura STRING
{Niz IPNO1;
Niz IPNO2;
...
Niz IPNO9;
Niz IPNO10};
Kada je potrebno izvršiti regionalno emitiranje na određenim terminalima, odaberite odgovarajuće brojeve tih terminala na ploči na poslužiteljskoj strani radiodifuznog sustava (kao što je prikazano na slici 4). Trenutno se IP adresa odabranog terminala čita iz konfiguracijske datoteke i dodjeljuje odgovarajućoj varijabli u strukturi. Kad terminal primi IP multicast paket, prvo prosuđuje ima li struktura istu varijablu kao i njegova vlastita IP adresa, ako postoji, tada se podaci primaju i reproduciraju, ako ne, podaci se odbacuju, realizirajući tako područje Broadcast funkcija. U usporedbi s metodom korištenja upravljačkog signala za upravljanje terminalom za reprodukciju za pridruživanje ili izlazak iz grupe za višestruko slanje ili za dinamičko održavanje složene tablice mapiranja za provedbu funkcije regionalnog emitiranja. Ova metoda ne mora interaktivno kontrolirati terminal za reprodukciju prije svakog emitiranja, niti treba dinamički pratiti stanje terminala. Potrebno je upisati odgovarajuću IP adresu terminala u konfiguracijsku datoteku kada se terminal prvi put pridruži sustavu. Funkcija je jednostavna za implementaciju.
3.3 Realizacija softverskog terminala emitiranog sustava
Terminal za emitiranje emitiranog sustava podijeljen je u dva dijela kako bi se realiziralo, dio za primanje audio podataka koristi se za primanje glasovnih podataka i njihovo spremanje i prosljeđivanje, a audio dekoder ostvaruje D / A pretvorbu i reprodukciju glasovnog signala. Dio za primanje audio podataka prihvaća Socket programiranje za primanje glasovnih podataka s Etherneta. Nakon primitka glasovnog podatkovnog paketa prvo mora procijeniti je li taj podatkovni paket sam za sebe. Terminal uspoređuje varijablu člana strukture STRING u IP paketu s vlastitom IP adresom i ako je bilo koja varijabla člana jednaka vlastitoj IP adresi, podatke pohranjuje u paket, a u suprotnom ih odbacuje.
Glasovni podaci se primaju i pohranjuju u kružni red. Zbog poremećaja UDP prijenosa podataka, pakete glasovnih podataka treba razvrstati nakon primanja glasovnih podataka na kraju prijema glasovnih podataka kako bi se osigurala sekvencijalna obrada glasovnih podataka i ispravna obnova Glasovni signal. Istodobno, kako bi se izbjeglo mrežno podrhtavanje, podaci se obrađuju svaki put kada je u kružnom redu najmanje 5 paketa.
Format za unos podataka MS6336 u dizajnu prihvaća I2S format. Budući da LM3S8962 ne podržava ovaj format podataka, usvojena je softverska simulacija za ostvarivanje I2S funkcije putem GPIO porta. Da bi se glasovni signal u potpunosti obnovio, potrebno je osigurati da vrijeme I2S signala bude strogo i točno, a pretvorbu između visoke i niske razine provodi program odgode. Dijagram vremena I2S prikazan je na slici 5.
Taktna frekvencija emitiranog sustava terminala za emitiranje iznosi 40 MHz, a vrijeme slanja svakog podatkovnog bita je 600 ns izračunato iz brzine uzorkovanja. LM3S8962 pruža glasovne podatke MS6336 i ostvaruje serijski prijenos putem GPIO porta prema točki uzorkovanja. Svaka točka uzorkovanja sadrži četiri bajta, a postupak slanja podataka točke uzorkovanja prikazan je na slici 6.
4 Analiza rezultata
Veličina paketa glasovnih podataka koji sustav prenosi putem Etherneta je 1024B. Kako bi se izbjeglo mrežno podrhtavanje, terminal započinje emitiranje kad prima 5 podatkovnih paketa. Vrijeme kašnjenja emitiranja je oko 30 ms, što udovoljava funkcionalnim pokazateljima. Poslužiteljska strana može istodobno kontrolirati rad 10 terminala za emitiranje. Odabirom odgovarajućeg broja terminala na strani poslužitelja, funkcije emitiranja cijelog područja i lokalnog emitiranja radiodifuznog sustava mogu se uspješno realizirati.
5 Zaključak
Polazeći od stvarnih potreba, dizajniramo i implementiramo Ethernet sustav digitalnog glasovnog emitiranja. Eksperimentalni rezultati pokazuju da terminal za reprodukciju sustava odlučuje hoće li emitirati glas radi ostvarivanja regionalnog emitiranja jednostavan i učinkovit način za globalno emitiranje i regionalno emitiranje glasovnih signala. Terminal sistemskog playera usvaja softversku simulaciju GPIO porta kako bi realizirao funkciju I2S, koja može precizno realizirati I2S vrijeme, dovršiti prijenos podataka glasovnog signala i realizirati emitiranje glasovnog signala u stvarnom vremenu. Struktura dizajna je razumna i može lako ostvariti proširenje funkcija, poput vremenskog emitiranja, reprodukcije glazbe, daljinskog upravljanja, praćenja u stvarnom vremenu itd. Ovaj dizajn ima važno praktično značenje i daje temelj za rješavanje velikih i složenih Ethernet emitiranja sustavima.
Naš drugi proizvod:
