Ця стаття пропонує вбудоване рішення цифрової системи мовлення Ethernet, яке може легко реалізувати регіональну функцію мовлення системи мовлення. Система базується на архітектурі озброєння і приймає метод арбітражу терміналу відтворення системи для управління реалізацією регіональної трансляції, а вміст трансляції може відтворюватися та зберігатися одночасно.
Цифрова система голосового мовлення Ethernet в основному відноситься до системи мовлення, яка використовує Ethernet як носій передачі для надання аудіо-послуг. Ethernet може бути використаний для вирішення проблеми передачі голосових сигналів на великі відстані. Дозволяє дизайнерам створити широкомасштабну мережеву структуру для реалізації передачі тисяч цифрових голосових сигналів по Ethernet, використовуючи в повному обсязі існуючі мережеві ресурси, уникаючи проблем з багаторазовим налаштуванням ліній та реалізуючи інтеграцію мовлення та комп'ютерних мереж . Це вирішує проблеми низької якості звуку, сприйнятливості до перешкод, складного обслуговування та управління та поганої взаємодії в традиційних системах мовлення. У той же час можна обрати всі, частково або конкретні зони для спрямованого групового мовлення, що порушує обмеження, що традиційні системи мовлення можуть виконувати лише суспільне мовлення для всіх областей. Існуючі системи цифрового голосового мовлення Ethernet здебільшого використовують сигнали управління для управління терміналом мовлення, щоб приєднатися до групи багатоадресної передачі або вийти з неї в реалізації функції регіонального мовлення. Необхідно надіслати керуючий сигнал, щоб термінал приєднався до групи багатоадресної передачі, перш ніж мовлення може бути реалізоване. , Або встановити складну таблицю відображення на стороні сервера, щоб підтримувати стан терміналу відтворення для досягнення регіонального мовлення, що є більш складним у реалізації.
1 Структурне проектування
Ця система приймає структуру C / S, складається з двох частин кінцевого сервера серверної системи широкомовної передачі та терміналу широкомовної системи мовлення, як показано на рис. 1.
Сервер широкомовної системи реалізований на ПК, і це програма збору, зберігання та передачі голосових сигналів, реалізована VC ++. Ця частина збирає та зберігає голосовий сигнал через мікрофон, а потім передає голосові дані в Ethernet через UDP для реалізації функції передачі голосових даних у мережі.
Термінал відтворення мовної системи - це вбудований термінал на базі LM3S8962, який може приймати IP-пакети голосових даних, надіслані йому з Ethernet, а мікросхема декодування звуку MS6336 завершує цифрове / аналогове перетворення та відтворення голосових даних
2 Проектування апаратного забезпечення терміналу мовної системи
Основна мікросхема керування широкомовною трансляційною системою приймає мікроконтролер LM3S8962, наданий LuminaryMicro. Ця серія мікросхем є першим контролером на базі ARM CortexTM-M3 із внутрішнім інтегрованим контролером Ethernet. Це перший в галузі чіп ARM, який підтримує Industrial Ethernet (IEEE) і може легко реалізовувати мережеві функції.
Чіп аудіодекодера використовує чіп MS6336 виробництва MOSA. Мікросхема являє собою 16-розрядний стереофонічний цифро-аналоговий перетворювач, а підтримувані формати цифрового введення - Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Інтерфейс управління MS6336 приймає шину I2C, інтерфейс легко встановити. ЦАП має точний і стабільний струм, у поєднанні з відмінним симетричним методом декодування може відтворювати високоякісні аудіосигнали.
Основна мікросхема управління LM3S8962 підключена до інтерфейсу RJ45 через магнітні компоненти і використовується для прийому голосових даних з Ethernet. LM3S8962 забезпечує сигнали управління та сигнали голосових даних для мікросхеми аудіодекодера MS6336. LM3S8962 підтримує функцію I2C. Порти PB2 і PB3 забезпечують синхронізацію годинника I2C та сигнали даних відповідно. Ці два висновки можуть бути безпосередньо підключені до функціональних висновків I2C MS6336, і потрібен підтягуючий резистор. LM3S8962 не підтримує формат введення даних, необхідний MS6336. Формат введення даних MS6336 у системі приймає I2S. Тому для надання голосових даних MS6336 необхідно використовувати програмне забезпечення порту GPIO LM3S8962 для імітації формату введення даних I2S, необхідного MS6336. У конструкції для імітації цієї функції використовуються порти PA5, PA6 та PA7. Три висновки відповідають сигналу вибору каналу I2S, тактовому сигналу та сигналу даних відповідно. Підключіть ці три штирі до функціонального штифта I2S MS6336.
Апаратна структура терміналу відтворення цифрової системи мовлення Ethernet показана на малюнку 2.
3 Розробка програмного забезпечення системи мовлення
Програмне забезпечення системи мовлення поділяється на дві частини: серверне програмне забезпечення системи мовлення та програмне забезпечення терміналу мовлення.
Ця конструкція реалізує відтворення голосових даних у режимі реального часу, тому повинна бути гарантована продуктивність передачі голосових даних у режимі реального часу, але вимоги до цілісності даних не надто суворі, і незначна втрата пакетів не вплине на загальний ефект відтворення, тому голосові дані системи Передача приймає режим передачі UDP. У той же час система працює в локальній мережі, і тимчасових користувачів мало. Отже, розподіл статичних IP-адрес прийнято для спрощення реалізації програмного забезпечення терміналу відтворення.
3.1 Збір, зберігання та передача голосових даних на стороні сервера системи мовлення
Збір голосових даних реалізований за допомогою низькорівневих функцій аудіо API WAVE. Щоб не спричинити втрату голосових даних, конструкція використовує подвійну буферизацію для зберігання голосових даних. Процес реалізації показаний на малюнку 3.
Коли один буфер запису заповнений, система негайно надсилає інший буфер запису на записуючий пристрій для продовження запису, і прикладна програма повинна прочитати дані в повному буфері запису та обробити їх. Потім викликайте функцію waveInAddBuffer, щоб повторно призначити буфер записуючому пристрою для переробки.
Щоб запобігти втраті голосових даних в процесі запису, недостатньо просто використовувати подвійну буферизацію. Слід також зазначити, що коли один буфер заповнений, програма буде обробляти дані в буфері, а другий Буфер використовується для запису, і час обробки даних повинен бути менше часу, необхідного для повного заповнення другого буфера записано, інакше перший буфер не буде повторно призначений пристрою запису після заповнення другого буфера, що призведе до втрати голосових даних. Коли частота дискретизації голосового сигналу велика, збільшення розміру буфера належним чином може ефективно вирішити цю проблему.
Для того, щоб зберегти широкомовний вміст для подальшого використання, потрібно зберегти широкомовний вміст у файлі WAV. Файли WAV мають фіксований формат заголовка. Перед збереженням голосових даних потрібно встановити заголовок файлу WAV, інакше збережений файл WAV неможливо відтворити. Щоразу, коли буфер запису заповнюється, спочатку знайдіть кінець файлу WAV, а потім по черзі запишіть зібрані дані у кінець файлу. Коли весь процес трансляції закінчиться, усі голосові дані зберігаються у файлі WAV, реалізуючи збереження голосових даних.
Коли буфер запису заповнений, необхідно відправити зібрані голосові дані через мережу. При розробці спочатку використовуйте клас Csocket для створення сокета, а потім потрібно лише інкапсулювати зібрані дані в IP-пакет та відправити їх. Частота дискретизації голосового сигналу в цій конструкції становить 44.1 кГц, 16-бітний двоканальний. Щоб уникнути втрати голосових даних, розмір буфера запису встановлюється як 1024B.
3.2 Реалізація регіонального мовлення
Важливим застосуванням цифрової системи голосового мовлення Ethernet є не тільки реалізація мовлення на всій території, але й реалізація функції місцевого мовлення, тобто трансляція на призначений термінал. Отже, пакет багатоадресної передачі UDP використовується для передачі даних в мережевій передачі голосових IP-пакетів даних. Використовуючи багатоадресні пакети для передачі даних, всі термінали, включені в групу в локальній мережі, можуть приймати дані, реалізуючи всю територію трансляції. Для реалізації функції локальної трансляції перед голосовими даними в конструкції додається структура, як показано нижче, а файл конфігурації використовується для зберігання IP-адреси кожного терміналу системи.
02 Проектування апаратного забезпечення терміналу системи мовлення
Основна мікросхема керування широкомовною трансляційною системою приймає мікроконтролер LM3S8962, наданий LuminaryMicro. Ця серія мікросхем є першим контролером на базі ARM CortexTM-M3 із внутрішнім інтегрованим контролером Ethernet. Це перший в галузі чіп ARM, який підтримує Industrial Ethernet (IEEE) і може легко реалізовувати мережеві функції.
Чіп аудіодекодера використовує чіп MS6336 виробництва MOSA. Мікросхема являє собою 16-розрядний стереофонічний цифро-аналоговий перетворювач, а підтримувані формати цифрового введення - Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Інтерфейс управління MS6336 приймає шину I2C, інтерфейс легко встановити. ЦАП має точний і стабільний струм, у поєднанні з відмінним симетричним методом декодування може відтворювати високоякісні аудіосигнали.
Основна мікросхема управління LM3S8962 підключена до інтерфейсу RJ45 через магнітні компоненти і використовується для прийому голосових даних з Ethernet. LM3S8962 забезпечує сигнали управління та сигнали голосових даних для мікросхеми аудіодекодера MS6336. LM3S8962 підтримує функцію I2C. Порти PB2 і PB3 забезпечують синхронізацію годинника I2C та сигнали даних відповідно. Ці два висновки можуть бути безпосередньо підключені до функціональних висновків I2C MS6336, і потрібен підтягуючий резистор. LM3S8962 не підтримує формат введення даних, необхідний MS6336. Формат введення даних MS6336 у системі приймає I2S. Тому для надання голосових даних MS6336 необхідно використовувати програмне забезпечення порту GPIO LM3S8962 для імітації формату введення даних I2S, необхідного MS6336. У конструкції для імітації цієї функції використовуються порти PA5, PA6 та PA7. Три висновки відповідають сигналу вибору каналу I2S, тактовому сигналу та сигналу даних відповідно. Підключіть ці три штирі до функціонального штифта I2S MS6336.
Апаратна структура терміналу відтворення цифрової системи мовлення Ethernet показана на малюнку 2.
3 Розробка програмного забезпечення системи мовлення
Програмне забезпечення системи мовлення поділяється на дві частини: серверне програмне забезпечення системи мовлення та програмне забезпечення терміналу мовлення.
Ця конструкція реалізує відтворення голосових даних у режимі реального часу, тому повинна бути гарантована продуктивність передачі голосових даних у режимі реального часу, але вимоги до цілісності даних не надто суворі, і незначна втрата пакетів не вплине на загальний ефект відтворення, тому голосові дані системи Передача приймає режим передачі UDP. У той же час система працює в локальній мережі з меншою кількістю тимчасових користувачів. Отже, статичне розподіл IP-адрес прийнято для спрощення реалізації програмного забезпечення терміналу відтворення.
3.1 Збір, зберігання та передача голосових даних на стороні сервера системи мовлення
Збір голосових даних реалізований за допомогою низькорівневих функцій аудіо API WAVE. Щоб не спричинити втрату голосових даних, конструкція використовує подвійну буферизацію для зберігання голосових даних. Процес реалізації показаний на малюнку 3.
Коли один буфер запису заповнений, система негайно надсилає інший буфер запису на записуючий пристрій для продовження запису, і прикладна програма повинна прочитати дані в повному буфері запису та обробити їх. Потім викликайте функцію waveInAddBuffer, щоб повторно призначити буфер записуючому пристрою для переробки.
Щоб запобігти втраті голосових даних в процесі запису, недостатньо просто використовувати подвійну буферизацію. Слід також зазначити, що коли один буфер заповнений, програма буде обробляти дані в буфері, а другий Буфер використовується для запису, і час обробки даних повинен бути менше часу, необхідного для повного заповнення другого буфера записано, інакше перший буфер не буде повторно призначений пристрою запису після заповнення другого буфера, що призведе до втрати голосових даних. Коли частота дискретизації голосового сигналу велика, збільшення розміру буфера належним чином може ефективно вирішити цю проблему.
Для того, щоб зберегти широкомовний вміст для подальшого використання, потрібно зберегти широкомовний вміст у файлі WAV. Файли WAV мають фіксований формат заголовка. Перед збереженням голосових даних потрібно встановити заголовок файлу WAV, інакше збережений файл WAV неможливо відтворити. Щоразу, коли буфер запису заповнюється, спочатку знайдіть кінець файлу WAV, а потім по черзі запишіть зібрані дані у кінець файлу. Коли весь процес трансляції закінчиться, усі голосові дані зберігаються у файлі WAV, реалізуючи збереження голосових даних.
Коли буфер запису заповнений, необхідно відправити зібрані голосові дані через мережу. При розробці спочатку використовуйте клас Csocket для створення сокета, а потім потрібно лише інкапсулювати зібрані дані в IP-пакет та відправити їх. Частота дискретизації голосового сигналу в цій конструкції становить 44.1 кГц, 16-бітний двоканальний. Щоб уникнути втрати голосових даних, розмір буфера запису встановлюється як 1024B.
3.2 Реалізація регіонального мовлення
Важливим застосуванням цифрової системи голосового мовлення Ethernet є не тільки реалізація мовлення на всій території, але й реалізація функції місцевого мовлення, тобто трансляція на призначений термінал. Отже, пакет багатоадресної передачі UDP використовується для передачі даних в мережевій передачі голосових IP-пакетів даних. Використовуючи багатоадресні пакети для передачі даних, всі термінали, включені в групу в локальній мережі, можуть приймати дані, реалізуючи всю територію трансляції. Для реалізації функції локальної трансляції перед голосовими даними в конструкції додається структура, як показано нижче, а файл конфігурації використовується для зберігання IP-адреси кожного терміналу системи.
структура STRING
{Рядок IPNO1;
Рядок IPNO2;
...
Рядок IPNO9;
Рядок IPNO10};
Коли необхідно виконати регіональне мовлення на певних терміналах, виберіть відповідні номери цих терміналів на панелі серверної сторони системи мовлення (як показано на малюнку 4). В цей час IP-адреса обраного терміналу зчитується з файлу конфігурації та присвоюється відповідній змінній у структурі. Коли термінал отримує багатоадресний пакет IP, він спочатку судить, чи має структура таку саму змінну, що і його власна IP-адреса, якщо така є, то дані приймаються та відтворюються, якщо ні, то дані відкидаються, реалізуючи таким чином область широкомовної передачі. функція. У порівнянні з методом використання керуючого сигналу для управління терміналом відтворення для приєднання або виходу з групи багатоадресної передачі або для динамічного ведення складної таблиці відображення для реалізації функції регіональної трансляції. Цей метод не потребує інтерактивного управління терміналом відтворення перед кожною трансляцією, а також не потребує динамічного відстеження стану терміналу. Потрібно лише записати відповідну IP-адресу терміналу у файл конфігурації, коли термінал приєднується до системи вперше. Функція проста у реалізації.
3.3 Реалізація програмного забезпечення терміналу мовної системи
Трансляційний термінал системи широкомовної передачі розділений на дві частини для реалізації, частина прийому аудіоданих використовується для прийому голосових даних та збереження та пересилання, а аудіодекодер реалізує цифро-цифрове перетворення та відтворення голосового сигналу. Частина прийому звукових даних приймає програмування Socket для прийому голосових даних з Ethernet. Отримавши пакет голосових даних, він повинен спочатку визначити, чи є пакет даних самим собою. Термінал порівнює змінну-член структури STRING в IP-пакеті зі своєю власною IP-адресою, і якщо будь-яка змінна-член дорівнює його власній IP-адресі, він зберігає дані в пакеті, інакше їх відкидає.
Голосові дані приймаються та зберігаються у круговій черзі. Через порушення передачі даних UDP, голосові пакети даних потрібно сортувати після отримання голосових даних на кінці прийому голосових даних, щоб забезпечити послідовну обробку голосових даних та правильне відновлення Голосового сигналу. У той же час, щоб уникнути мережевого тремтіння, дані обробляються кожного разу, коли в круговій черзі є щонайменше 5 пакетів.
Формат введення даних MS6336 у конструкції приймає формат I2S. Оскільки LM3S8962 не підтримує цей формат даних, застосовується програмне моделювання для реалізації функції I2S через порт GPIO. Для повного відновлення голосового сигналу необхідно забезпечити строгість і точність синхронізації сигналу I2S, а перетворення між високим і низьким рівнями здійснюється програмою затримки. Часова діаграма I2S показана на малюнку 5.
Тактова частота терміналу широкомовної системи широкомовної передачі становить 40 МГц, а час передачі кожного біта даних становить 600 нс, розраховане з частоти дискретизації. LM3S8962 забезпечує голосові дані до MS6336 і реалізує послідовну передачу через порт GPIO відповідно до точки вибірки. Кожна точка вибірки містить чотири байти, а процес надсилання даних точки вибірки показаний на рисунку 6.
4 Аналіз результатів
Розмір голосового пакету даних, переданого системою через Ethernet, становить 1024B. Щоб уникнути мережевого тремтіння, термінал починає мовлення, приймаючи 5 пакетів даних. Час затримки мовлення становить близько 30 мс, що відповідає функціональним показникам. Серверна сторона може одночасно контролювати роботу 10 терміналів мовлення. Вибравши відповідний номер терміналу на стороні сервера, можна успішно реалізувати всі функції мовлення та місцевого мовлення системи мовлення.
Висновок 5
Виходячи з реальних потреб, ми розробляємо та впроваджуємо цифрову систему мовлення Ethernet. Експериментальні результати показують, що термінал відтворення системи вирішує, чи здійснювати мовне мовлення для реалізації регіонального мовлення - це простий та ефективний спосіб реалізації глобального мовлення та регіонального мовлення голосових сигналів. Термінал системного програвача використовує програмне моделювання порту GPIO для реалізації функції I2S, яка може точно реалізувати синхронізацію I2S, завершити передачу даних голосового сигналу та реалізувати трансляцію голосового сигналу в режимі реального часу. Структура дизайну є розумною і може легко реалізувати розширення таких функцій, як синхронізація трансляції, відтворення музики, віддалене управління, моніторинг у реальному часі тощо. Ця конструкція має важливе практичне значення і забезпечує основу для вирішення великих та складних трансляцій Ethernet системи.
Наш інший продукт:
