Šiame straipsnyje pateikiamas įterptosios „Ethernet“ skaitmeninės balso transliavimo sistemos sprendimas, kuris gali lengvai realizuoti regioninę transliavimo sistemos transliavimo funkciją. Sistema remiasi rankos architektūra ir taiko sistemos atkūrimo terminalo arbitražo metodą, kad būtų galima kontroliuoti regioninės transliacijos įgyvendinimą, o transliacijos turinį galima leisti ir išsaugoti vienu metu.
„Ethernet“ skaitmeninė balso transliavimo sistema daugiausia reiškia transliavimo sistemą, kuri naudoja Ethernet kaip perdavimo terpę garso paslaugoms teikti. „Ethernet“ gali būti naudojamas balso signalų perdavimo dideliu atstumu problemai išspręsti. Leidžia dizaineriams sukurti didelio masto tinklo struktūrą, kad būtų galima realizuoti tūkstančių skaitmeninių balso signalų perdavimą Ethernet tinkle, visapusiškai išnaudojant esamus tinklo išteklius, išvengiant pakartotinio linijų nustatymo problemų ir realizuojant transliavimo bei kompiuterių tinklų integraciją . Tai išsprendžia prastos garso kokybės, jautrumo trukdžiams, kompleksinės priežiūros ir valdymo bei prastos sąveikos tradicinėse transliavimo sistemose problemas. Tuo pat metu galima pasirinkti visas, dalį ar konkrečias kryptinio grupinio transliavimo sritis, kurios peržengia apribojimą, kad tradicinės transliavimo sistemos gali vykdyti viešąjį transliavimą tik visose srityse. Esamos „Ethernet“ skaitmeninės balso transliavimo sistemos dažniausiai naudoja valdymo signalus, kad valdytų transliavimo terminalą, kad prisijungtų prie multicast grupės arba išeitų iš jos, įgyvendinant regioninio transliavimo funkciją. Norint, kad terminalas prisijungtų prie daugiaadresio ryšio grupės, prieš pradedant transliaciją, būtina nusiųsti valdymo signalą. Arba serverio pusėje sukurkite sudėtingą atvaizdavimo lentelę, kad išlaikytumėte atkūrimo terminalo būseną, kad būtų pasiektas regioninis transliavimas, kurį įgyvendinti yra sudėtingiau.
1 Konstrukcinis projektas
Ši sistema priima C / S struktūrą, kurią sudaro dvi transliavimo sistemos serverio galo ir transliavimo sistemos transliavimo terminalo dalys, kaip parodyta 1 pav.
Transliacijos sistemos serveris yra įdiegtas asmeniniame kompiuteryje, ir tai yra balso signalo rinkimo, kaupimo ir tinklo perdavimo programa, kurią realizuoja „VC ++“. Ši dalis renka ir saugo balso signalą per mikrofoną, o tada per UDP perduoda balso duomenis į Ethernet, kad realizuotų balso duomenų tinklo funkciją.
Transliavimo sistemos atkūrimo terminalas yra įterptasis terminalas, pagrįstas LM3S8962, kuris gali priimti IP balso duomenų paketus, siunčiamus jam iš Ethernet, o garso dekodavimo lustas MS6336 užbaigia skaitmeninį / analoginį balso duomenų konvertavimą ir atkūrimą.
2 Transliavimo sistemos transliavimo terminalo aparatūros projektavimas
Pagrindinė transliavimo sistemos transliavimo terminalo valdymo mikroschema priima „LuminaryMicro“ teikiamą mikrovaldiklį LM3S8962. Ši lustų serija yra pirmasis ARM CortexTM-M3 valdiklis su vidiniu integruotu Ethernet valdikliu. Tai yra pirmasis pramonėje esantis ARM lustas, palaikantis pramoninį Ethernet (IEEE) ir galintis lengvai įgyvendinti tinklo funkcijas.
Garso dekoderio lustas naudoja MOSA pagamintą lustą MS6336. Lustas yra 16 bitų stereofoninis skaitmeninio analogo keitiklis, o palaikomi skaitmeniniai įvesties formatai yra „Right Justifl-ed“, „Left Justified“, „I2S“. MS6336 valdymo sąsaja priima I2C magistralę, sąsają lengva nustatyti. DAC dalis turi tikslią ir stabilią srovę, kartu su puikiu simetrišku dekodavimo metodu, gali atkurti aukštos kokybės garso signalus.
Pagrindinė valdymo mikroschema LM3S8962 yra prijungta prie RJ45 sąsajos per magnetinius komponentus ir naudojama balso duomenims gauti iš Ethernet. LM3S8962 teikia valdymo dekodus ir balso duomenų signalus garso dekoderio lustui MS6336. LM3S8962 palaiko I2C funkciją. PB2 ir PB3 prievadai teikia atitinkamai I2C laikrodžio ir duomenų signalus. Šiuos du kaiščius galima tiesiogiai prijungti prie „MS2“ I6336C funkcinių kaiščių ir reikalingas prisitraukimo rezistorius. LM3S8962 nepalaiko MS6336 reikalaujamo duomenų įvesties formato. MS6336 duomenų įvesties formatas sistemoje priima I2S. Todėl norint pateikti balso duomenis į „MS6336“, reikia naudoti „LM3S8962“ GPIO prievado programinę įrangą, kad imituotų „I2S“ duomenų įvesties formatą, kurio reikalaujama „MS6336“. Projektuojant šios funkcijos imitavimui naudojami prievadai PA5, PA6 ir PA7. Trys kaiščiai atitinka I2S kanalo pasirinkimo signalą, laikrodžio signalą ir duomenų signalą. Prijunkite šiuos tris kaiščius prie „MS2“ I6336S funkcijos kaiščio.
„Ethernet“ skaitmeninės balso transliavimo sistemos atkūrimo terminalo aparatinės įrangos struktūra parodyta 2 paveiksle.
3 Transliavimo sistemos programinės įrangos projektavimas
Transliavimo sistemos programinė įranga yra padalinta į dvi dalis: transliavimo sistemos serverio programinė įranga ir transliavimo terminalo programinė įranga.
Šis dizainas supranta balso duomenų atkūrimą realiu laiku, todėl reikia garantuoti balso duomenų perdavimo efektyvumą realiuoju laiku, tačiau duomenų vientisumo reikalavimai nėra per griežti, o nedidelis paketų praradimas neturės įtakos bendras atkūrimo efektas, todėl sistemos balso duomenys Perdavimas priima UDP perdavimo režimą. Tuo pačiu metu sistema veikia vietiniame tinkle ir yra mažai laikinų vartotojų. Todėl, norint supaprastinti atkūrimo terminalo programinės įrangos realizavimą, priimamas statinis IP adreso paskirstymas.
3.1 Balso duomenų rinkimas, saugojimas ir perdavimas transliavimo sistemos serverio pusėje
Balso duomenų rinkimas įgyvendinamas naudojant žemo lygio WAVE audio API funkcijas. Kad neprarastų balso duomenų, balso duomenims saugoti dizainas naudoja dvigubą buferį. Įgyvendinimo procesas parodytas 3 paveiksle.
Kai vienas įrašymo buferis yra pilnas, sistema nedelsdama siunčia kitą įrašymo buferį į įrašymo įrenginį, kad galėtų tęsti įrašymą, o taikomoji programa turėtų perskaityti duomenis visame įrašymo buferyje ir juos apdoroti. Tada iškvieskite „waveInAddBuffer“ funkciją, kad iš naujo priskirtumėte buferį įrašymo įrenginiui perdirbti.
Norint išvengti balso duomenų praradimo įrašymo procese, nepakanka paprasčiausiai naudoti dvigubą buferį. Taip pat reikėtų pažymėti, kad kai vienas buferis bus pilnas, programa apdoros duomenis buferyje, o antrasis - Buferis naudojamas įrašymui, o duomenų apdorojimo laikas turi būti trumpesnis nei laikas, kurio reikia, kad antrasis buferis būtų visiškai užpildytas įrašytas, priešingu atveju pirmasis buferis nebuvo priskirtas įrašymo įrenginiui, kai antrasis buferis bus pilnas, todėl bus prarasti balso duomenys. Kai balso signalo imties dažnis yra didelis, tinkamai padidinus buferio dydį, galima veiksmingai išspręsti šią problemą.
Norint išsaugoti transliuojamą turinį vėlesniam naudojimui, būtina išsaugoti transliuojamą turinį WAV faile. WAV failai turi fiksuotą antraštės formatą. Prieš išsaugodami balso duomenis, turite nustatyti WAV failo antraštę, kitaip išsaugoto WAV failo negalima atkurti. Kiekvieną kartą, kai įrašymo buferis yra pilnas, pirmiausia suraskite WAV failo pabaigą ir tada paeiliui įrašykite surinktus duomenis failo pabaigoje. Kai baigsis visas transliacijos procesas, visi balso duomenys bus išsaugoti WAV faile, suprantant balso duomenų saugojimą.
Kai įrašymo buferis užpildytas, surinktus balso duomenis būtina siųsti per tinklą. Dizaine pirmiausia naudokite „Csocket“ klasę, kad sukurtumėte lizdą, tada surinktus duomenis reikia sukomponuoti tik į IP paketą ir juos išsiųsti. Šio dizaino balso signalo imties dažnis yra 44.1 kHz, 16 bitų dviejų kanalų. Siekiant išvengti balso duomenų praradimo, įrašymo buferio dydis nustatomas kaip 1024B.
3.2 Regioninio transliavimo įgyvendinimas
Svarbi „Ethernet“ skaitmeninio balso transliavimo sistemos programa yra ne tik visos srities transliavimo įgyvendinimas, bet ir vietinės transliacijos funkcijos įgyvendinimas, tai yra, transliavimas į nurodytą terminalą. Todėl UDP daugiaadresis paketas naudojamas duomenims perduoti perduodant balso IP duomenų paketus tinkle. Duomenims perduoti naudojant daugialypės terpės paketus, visi terminalai, įtraukti į grupę vietiniame tinkle, gali gauti duomenis, realizuodami visos srities transliaciją. Norint realizuoti vietinės transliacijos funkciją, priešais balso duomenis, kaip parodyta toliau, pridedama struktūra, kaip parodyta žemiau, ir konfigūracijos failas naudojamas kiekvieno sistemos terminalo IP adresui išsaugoti.
02 Transliavimo sistemos transliavimo terminalo aparatinės įrangos projektavimas
Pagrindinė transliavimo sistemos transliavimo terminalo valdymo mikroschema priima „LuminaryMicro“ teikiamą mikrovaldiklį LM3S8962. Ši lustų serija yra pirmasis ARM CortexTM-M3 valdiklis su vidiniu integruotu Ethernet valdikliu. Tai yra pirmasis pramonėje esantis ARM lustas, palaikantis pramoninį Ethernet (IEEE) ir galintis lengvai įgyvendinti tinklo funkcijas.
Garso dekoderio lustas naudoja MOSA pagamintą lustą MS6336. Lustas yra 16 bitų stereofoninis skaitmeninio analogo keitiklis, o palaikomi skaitmeniniai įvesties formatai yra „Right Justifl-ed“, „Left Justified“, „I2S“. MS6336 valdymo sąsaja priima I2C magistralę, sąsają lengva nustatyti. DAC dalis turi tikslią ir stabilią srovę, kartu su puikiu simetrišku dekodavimo metodu, gali atkurti aukštos kokybės garso signalus.
Pagrindinė valdymo mikroschema LM3S8962 yra prijungta prie RJ45 sąsajos per magnetinius komponentus ir naudojama balso duomenims gauti iš Ethernet. LM3S8962 teikia valdymo dekodus ir balso duomenų signalus garso dekoderio lustui MS6336. LM3S8962 palaiko I2C funkciją. PB2 ir PB3 prievadai teikia atitinkamai I2C laikrodžio ir duomenų signalus. Šiuos du kaiščius galima tiesiogiai prijungti prie „MS2“ I6336C funkcinių kaiščių ir reikalingas prisitraukimo rezistorius. LM3S8962 nepalaiko MS6336 reikalaujamo duomenų įvesties formato. MS6336 duomenų įvesties formatas sistemoje priima I2S. Todėl norint pateikti balso duomenis į „MS6336“, reikia naudoti „LM3S8962“ GPIO prievado programinę įrangą, kad imituotų „I2S“ duomenų įvesties formatą, kurio reikalaujama „MS6336“. Projektuojant šios funkcijos imitavimui naudojami prievadai PA5, PA6 ir PA7. Trys kaiščiai atitinka I2S kanalo pasirinkimo signalą, laikrodžio signalą ir duomenų signalą. Prijunkite šiuos tris kaiščius prie „MS2“ I6336S funkcijos kaiščio.
„Ethernet“ skaitmeninės balso transliavimo sistemos atkūrimo terminalo aparatinės įrangos struktūra parodyta 2 paveiksle.
3 Transliavimo sistemos programinės įrangos projektavimas
Transliavimo sistemos programinė įranga yra padalinta į dvi dalis: transliavimo sistemos serverio programinė įranga ir transliavimo terminalo programinė įranga.
Šis dizainas supranta balso duomenų atkūrimą realiu laiku, todėl reikia garantuoti balso duomenų perdavimo efektyvumą realiuoju laiku, tačiau duomenų vientisumo reikalavimai nėra per griežti, o nedidelis paketų praradimas neturės įtakos bendras atkūrimo efektas, todėl sistemos balso duomenys Perdavimas priima UDP perdavimo režimą. Tuo pačiu metu sistema veikia vietiniame tinkle su mažiau laikinų vartotojų. Todėl, norint supaprastinti atkūrimo terminalo programinės įrangos realizavimą, priimamas statinis IP adreso paskirstymas.
3.1 Balso duomenų rinkimas, saugojimas ir perdavimas transliavimo sistemos serverio pusėje
Balso duomenų rinkimas įgyvendinamas naudojant žemo lygio WAVE audio API funkcijas. Kad neprarastų balso duomenų, balso duomenims saugoti dizainas naudoja dvigubą buferį. Įgyvendinimo procesas parodytas 3 paveiksle.
Kai vienas įrašymo buferis yra pilnas, sistema nedelsdama siunčia kitą įrašymo buferį į įrašymo įrenginį, kad galėtų tęsti įrašymą, o taikomoji programa turėtų perskaityti duomenis visame įrašymo buferyje ir juos apdoroti. Tada iškvieskite „waveInAddBuffer“ funkciją, kad iš naujo priskirtumėte buferį įrašymo įrenginiui perdirbti.
Norint išvengti balso duomenų praradimo įrašymo procese, nepakanka paprasčiausiai naudoti dvigubą buferį. Taip pat reikėtų pažymėti, kad kai vienas buferis bus pilnas, programa apdoros duomenis buferyje, o antrasis - Buferis naudojamas įrašymui, o duomenų apdorojimo laikas turi būti trumpesnis nei laikas, kurio reikia, kad antrasis buferis būtų visiškai užpildytas įrašytas, priešingu atveju pirmasis buferis nebuvo priskirtas įrašymo įrenginiui, kai antrasis buferis bus pilnas, todėl bus prarasti balso duomenys. Kai balso signalo imties dažnis yra didelis, tinkamai padidinus buferio dydį, galima veiksmingai išspręsti šią problemą.
Norint išsaugoti transliuojamą turinį vėlesniam naudojimui, būtina išsaugoti transliuojamą turinį WAV faile. WAV failai turi fiksuotą antraštės formatą. Prieš išsaugodami balso duomenis, turite nustatyti WAV failo antraštę, kitaip išsaugoto WAV failo negalima atkurti. Kiekvieną kartą, kai įrašymo buferis yra pilnas, pirmiausia suraskite WAV failo pabaigą ir tada paeiliui įrašykite surinktus duomenis failo pabaigoje. Kai baigsis visas transliacijos procesas, visi balso duomenys bus išsaugoti WAV faile, suprantant balso duomenų saugojimą.
Kai įrašymo buferis užpildytas, surinktus balso duomenis būtina siųsti per tinklą. Dizaine pirmiausia naudokite „Csocket“ klasę, kad sukurtumėte lizdą, tada surinktus duomenis reikia sukomponuoti tik į IP paketą ir juos išsiųsti. Šio dizaino balso signalo imties dažnis yra 44.1 kHz, 16 bitų dviejų kanalų. Siekiant išvengti balso duomenų praradimo, įrašymo buferio dydis nustatomas kaip 1024B.
3.2 Regioninio transliavimo įgyvendinimas
Svarbi „Ethernet“ skaitmeninio balso transliavimo sistemos programa yra ne tik visos srities transliavimo įgyvendinimas, bet ir vietinės transliacijos funkcijos įgyvendinimas, tai yra, transliavimas į nurodytą terminalą. Todėl UDP daugiaadresis paketas naudojamas duomenims perduoti perduodant balso IP duomenų paketus tinkle. Duomenims perduoti naudojant daugialypės terpės paketus, visi terminalai, įtraukti į grupę vietiniame tinkle, gali gauti duomenis, realizuodami visos srities transliaciją. Norint realizuoti vietinės transliacijos funkciją, priešais balso duomenis, kaip parodyta toliau, pridedama struktūra, kaip parodyta žemiau, ir konfigūracijos failas naudojamas kiekvieno sistemos terminalo IP adresui išsaugoti.
STRING
{Eilutė IPNO1;
Eilutė IPNO2;
...
Eilutė IPNO9;
Eilutė IPNO10};
Kai būtina atlikti regioninį transliavimą tam tikruose terminaluose, transliavimo sistemos serverio skydelyje pasirinkite atitinkamus šių terminalų numerius (kaip parodyta 4 paveiksle). Šiuo metu pasirinkto terminalo IP adresas nuskaitomas iš konfigūracijos failo ir priskiriamas atitinkamam struktūros kintamajam. Kai terminalas gauna IP daugiaadresio perdavimo paketą, jis pirmiausia nusprendžia, ar struktūra turi tą patį kintamąjį kaip ir jo paties IP adresas, jei toks yra, tada duomenys gaunami ir grojami, jei ne, duomenys atmetami, tokiu būdu realizuojant transliacijos sritį. funkcija. Palyginti su valdymo signalo naudojimo metodu, norint valdyti atkūrimo terminalą, norint prisijungti arba išeiti iš daugiaadresio ryšio grupės, arba dinamiškai palaikyti sudėtingą kartografavimo lentelę, kad būtų įgyvendinta regioninė transliacijos funkcija. Šiam metodui nereikia interaktyviai valdyti atkūrimo terminalo prieš kiekvieną transliaciją, taip pat nereikia dinamiškai stebėti terminalo būsenos. Į konfigūracijos failą reikia įrašyti atitinkamą terminalo IP adresą tik tada, kai terminalas pirmą kartą prisijungia prie sistemos. Funkciją paprasta įgyvendinti.
3.3 Transliavimo sistemos transliavimo terminalo programinės įrangos realizavimas
Transliavimo sistemos transliavimo terminalas yra padalintas į dvi dalis, kad būtų galima suprasti, garso duomenų priėmimo dalis naudojama balso duomenims priimti ir saugoti bei perduoti, o garso dekoderis supranta D / A konvertavimą ir balso signalo atkūrimą. Garso duomenų priėmimo dalis priima „Socket“ programavimą, kad gautų balso duomenis iš „Ethernet“. Gavęs balso duomenų paketą, jis pirmiausia turi nuspręsti, ar duomenų paketas skirtas sau. Terminalas palygina struktūros STRING nario kintamąjį IP pakete su savo IP adresu, o jei kuris nors nario kintamasis yra lygus jo paties IP adresui, jis saugo duomenis pakete, kitaip juos išmeta.
Balso duomenys priimami ir saugomi žiedinėje eilėje. Dėl UDP duomenų perdavimo sutrikimo balso duomenų paketus reikia surūšiuoti po to, kai balso duomenys priimami balso duomenų priėmimo gale, kad būtų užtikrintas nuoseklus balso duomenų apdorojimas ir teisingas balso signalo atkūrimas. Tuo pačiu metu, siekiant išvengti tinklo drebėjimo, duomenys apdorojami kiekvieną kartą, kai žiedinėje eilėje yra mažiausiai 5 paketai.
Dizaino MS6336 duomenų įvesties formatas priima I2S formatą. Kadangi LM3S8962 nepalaiko šio duomenų formato, imamasi programinės įrangos modeliavimo, kad būtų galima realizuoti I2S funkciją per GPIO prievadą. Norint visiškai atkurti balso signalą, būtina užtikrinti, kad I2S signalo laikas būtų griežtas ir tikslus, o perskaičiavimą tarp aukšto ir žemo lygio įgyvendina vėlavimo programa. I2S laiko schema parodyta 5 paveiksle.
Transliavimo sistemos transliavimo terminalo laikrodžio dažnis yra 40 MHz, o kiekvieno duomenų bitų siuntimo laikas yra 600 ns, apskaičiuotas pagal imties dažnį. LM3S8962 teikia balso duomenis į MS6336 ir vykdo nuoseklų perdavimą per GPIO prievadą pagal mėginių ėmimo tašką. Kiekviename mėginių ėmimo taške yra keturi baitai, o mėginių ėmimo taško duomenų siuntimo procesas parodytas 6 paveiksle.
4 Rezultatų analizė
Balso duomenų paketo, kurį sistema perduoda per Ethernet, dydis yra 1024B. Kad būtų išvengta tinklo triukšmo, terminalas pradeda transliuoti gaudamas 5 duomenų paketus. Transliacijos uždelsimo trukmė yra apie 30 ms, kuri atitinka funkcinius rodiklius. Serverio pusė vienu metu gali valdyti 10 transliavimo terminalų darbą. Serverio pusėje pasirinkus atitinkamą terminalo numerį, visos teritorijos transliavimo ir vietinio transliavimo sistemos funkcijos gali būti sėkmingai realizuotos.
5 Išvada
Pradėdami nuo faktinių poreikių, mes suprojektuojame ir įdiegiame „Ethernet“ skaitmeninio balso transliavimo sistemą. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad sistemos atkūrimo terminalas nusprendžia, ar atlikti balso transliaciją, kad regioninis transliavimas būtų paprastas ir efektyvus būdas realizuoti pasaulinį ir regioninį balso signalų transliavimą. Sistemos grotuvo terminalas priima GPIO prievado programinės įrangos modeliavimą, kad realizuotų „I2S“ funkciją, kuri gali tiksliai realizuoti „I2S“ laiką, užbaigti balso signalo duomenų perdavimą ir realiu laiku transliuoti balso signalą. Projektavimo struktūra yra pagrįsta ir gali lengvai realizuoti funkcijų išplėtimą, pvz., Laiko transliaciją, muzikos atkūrimą, nuotolinį valdymą, stebėjimą realiuoju laiku ir kt. Šis dizainas turi svarbią praktinę reikšmę ir suteikia pagrindą išspręsti didelę ir sudėtingą Ethernet transliaciją sistemas.
Mūsų kitas produktas:
