Tämä artikkeli tarjoaa sulautetun Ethernet-digitaalisen äänilähetysjärjestelmän ratkaisun, jolla voidaan helposti toteuttaa lähetysjärjestelmän alueellinen lähetystoiminto. Järjestelmä perustuu käsivarsiarkkitehtuuriin ja ottaa käyttöön järjestelmän toistopäätteen sovittelumenetelmän alueellisen lähetyksen toteutumisen hallitsemiseksi, ja lähetyssisältöä voidaan toistaa ja tallentaa samanaikaisesti.
Digitaalinen Ethernet-äänilähetysjärjestelmä viittaa lähinnä yleisradiojärjestelmään, joka käyttää Ethernet-palvelua siirtovälineenä audiopalvelujen tarjoamiseen. Ethernet-tekniikkaa voidaan käyttää puhesignaalien pitkän etäisyyden siirron ongelman ratkaisemiseen. Antaa suunnittelijoiden luoda laajamittainen verkkorakenne tuhansien digitaalisten äänisignaalien siirron toteuttamiseksi Ethernetissä, hyödyntämällä täysimääräisesti olemassa olevia verkkoresursseja, välttäen linjojen toistuvan asettamisen vaivaa ja toteuttamalla lähetys- ja tietoverkkojen integroinnin . Se ratkaisee ongelmat, jotka liittyvät huonoon äänenlaatuun, häiriöalttiuteen, monimutkaiseen ylläpitoon ja hallintaan sekä huonoon vuorovaikutukseen perinteisissä yleisradiojärjestelmissä. Samalla on mahdollista valita kaikki, osa tai tietyt alueet suunnatulle ryhmälähetykselle, mikä rikkoo rajoituksen, jonka mukaan perinteiset lähetysjärjestelmät voivat suorittaa julkista lähetystä vain kaikilla alueilla. Olemassa olevat Ethernet-digitaaliset äänilähetysjärjestelmät käyttävät useimmiten ohjaussignaaleja ohjaamaan lähetyspäätettä liittymään tai poistumaan ryhmälähetysryhmästä alueellisen lähetystoiminnon toteuttamiseksi. On välttämätöntä lähettää ohjaussignaali, jotta päätelaite liittyisi monilähetysryhmään, ennen kuin lähetys voidaan toteuttaa. Tai Tai perustaa monimutkainen kartoitustaulukko palvelinpuolelle ylläpitämään toistopäätteen tilaa alueellisen yleisradiotoiminnan saavuttamiseksi, mikä on monimutkaisempi toteuttaa.
1 Rakennesuunnittelu
Tämä järjestelmä hyväksyy C / S-rakenteen, koostuu kahdesta osasta yleislähetysjärjestelmän palvelimen päätä ja yleislähetysjärjestelmän yleislähetyspäätettä, kuten kuvassa 1 on esitetty.
Yleislähetysjärjestelmän palvelin on toteutettu tietokoneella, ja se on VC ++: n toteuttama puhesignaalin keräys-, varastointi- ja verkonsiirto-ohjelma. Tämä osa kerää ja tallentaa äänisignaalin mikrofonin kautta ja lähettää sitten puhedatan Ethernetiin UDP: n kautta puhedatan verkon lähetystoiminnon toteuttamiseksi.
Yleislähetysjärjestelmän toistopääte on sulautettu pääte, joka perustuu LM3S8962: een, joka voi vastaanottaa sille lähetetyt IP-äänidatapaketit Ethernetiltä, ja äänidekoodaussiru MS6336 täydentää äänidatan digitaalisen / analogisen muunnoksen ja toiston.
2 Yleislähetysjärjestelmän lähetyspäätelaitteiston suunnittelu
Yleislähetysjärjestelmän yleislähetyspäätteen pääohjaussiru ottaa käyttöön LuminaryMicron toimittaman mikrokontrollerin LM3S8962. Tämä sirusarja on ensimmäinen ARM CortexTM-M3 -pohjainen ohjain, jossa on sisäinen integroitu Ethernet-ohjain. Se on alan ensimmäinen ARM-siru, joka tukee IEEE-teollisuutta ja pystyy helposti toteuttamaan verkkotoimintoja.
Äänidekooderin siru käyttää MOSA: n tuottamaa MS6336-sirua. Siru on 16-bittinen stereoääni-digitaalimuunnin, ja tuetut digitaaliset tulomuodot ovat Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336-käyttöliittymä hyväksyy I2C-väylän, käyttöliittymä on helppo asettaa. DAC-osalla on tarkka ja vakaa virta yhdistettynä erinomaiseen symmetriseen dekoodausmenetelmään, joka voi tuottaa korkealaatuisia äänisignaaleja.
Pääohjauspiiri LM3S8962 on kytketty RJ45-liitäntään magneettisten komponenttien kautta, ja sitä käytetään puhedatan vastaanottamiseen Ethernetistä. LM3S8962 tarjoaa ohjaussignaalit ja äänidatasignaalit audiodekooderin sirulle MS6336. LM3S8962 tukee I2C-toimintoa. PB2- ja PB3-portit tarjoavat I2C-kello- ja datasignaalit. Nämä kaksi nastaa voidaan liittää suoraan MS2: n I6336C-toimintatappeihin, ja vaaditaan vetovastus. LM3S8962 ei tue MS6336: n vaatimaa tietojen syöttömuotoa. Järjestelmän MS6336 tietojen syöttömuoto ottaa käyttöön I2S: n. Siksi puhedatan toimittamiseksi MS6336: lle on välttämätöntä käyttää LM3S8962: n GPIO-porttiohjelmistoa simuloimaan MS2: n vaatimaa I6336S-datan syöttömuotoa. Suunnittelussa PA5-, PA6- ja PA7-portteja käytetään tämän toiminnon simulointiin. Kolme nastaa vastaavat I2S-kanavanvalintasignaalia, kellosignaalia ja vastaavasti datasignaalia. Liitä nämä kolme nastaa MS2: n I6336S-toimintotappiin.
Ethernet-digitaalisen äänilähetysjärjestelmän toistolaitteen laitteistorakenne on esitetty kuvassa 2.
3 Lähetysjärjestelmän ohjelmistosuunnittelu
Yleisradiojärjestelmäohjelmisto on jaettu kahteen osaan: lähetysjärjestelmäpalvelinohjelmisto ja lähetyspääteohjelmisto.
Tämä malli toteuttaa äänidatan reaaliaikaisen toiston, joten puhedatan siirron reaaliaikainen suorituskyky on taattava, mutta tiedon eheyden vaatimukset eivät ole liian tiukkoja, eikä pieni määrä pakettihäviöitä vaikuta yleinen toistovaikutus, joten järjestelmän puhedata Lähetys ottaa käyttöön UDP-lähetystilan. Samaan aikaan järjestelmä toimii lähiverkossa ja väliaikaisia käyttäjiä on vähän. Siksi staattinen IP-osoitteen allokointi hyväksytään toistopääteohjelmiston toteutuksen yksinkertaistamiseksi.
3.1 Puhedatan kerääminen, tallentaminen ja siirtäminen lähetysjärjestelmän palvelinpuolelle
Puhedatan keruu toteutetaan käyttämällä matalan tason WAVE audio API -toimintoja. Suunnittelu käyttää kaksinkertaista puskurointia puhedatan tallentamiseksi, jotta se ei aiheuta puhedatan menetystä. Toteutusprosessi on esitetty kuvassa 3.
Kun yksi tallennuspuskuri on täynnä, järjestelmä lähettää välittömästi toisen tallennuspuskurin tallennuslaitteelle tallennuksen jatkamiseksi, ja sovellusohjelman tulisi lukea tiedot koko tallennuspuskurissa ja käsitellä ne. Kutsu sitten waveInAddBuffer-toiminto ja määritä puskuri uudelleen tallennuslaitteelle kierrätystä varten.
Äänitiedon häviämisen estämiseksi nauhoitusprosessissa ei riitä, että käytetään yksinkertaisesti kaksoispuskuria. On myös huomattava, että kun yksi puskuri on täynnä, sovellus käsittelee tietoja puskurissa ja toista puskuria käytetään tallennukseen, ja tietojenkäsittelyajan on oltava pienempi kuin aika, joka vaaditaan toisen puskurin täydelliseksi täyttymiseksi. nauhoitettu, muuten ensimmäistä puskuria ei ole määritetty uudelleen tallennuslaitteelle sen jälkeen kun toinen puskuri on täynnä, mikä aiheuttaa puhedatan menetystä. Kun äänisignaalin näytetaajuus on suuri, puskurin koon sopivalla suurentamisella voidaan tehokkaasti ratkaista tämä ongelma.
Lähetyssisällön tallentamiseksi myöhempää käyttöä varten lähetyssisältö on tallennettava WAV-tiedostoon. WAV-tiedostoilla on kiinteä otsikkomuoto. Ennen äänitietojen tallentamista sinun on määritettävä WAV-tiedoston otsikko, muuten tallennettua WAV-tiedostoa ei voida toistaa. Aina kun tallennuspuskuri on täynnä, etsi ensin WAV-tiedoston pää ja kirjoita sitten kerätyt tiedot peräkkäin tiedoston loppuun. Kun koko lähetysprosessi on ohi, kaikki puhedata tallennetaan WAV-tiedostoon, mikä toteuttaa puhedatan tallennuksen.
Kun äänityspuskuri on täynnä, on tarpeen lähettää kerätty puhedata verkon kautta. Suunnittelussa luodaan ensin pistorasia Csocket-luokalla ja sinun tarvitsee vain kapseloida kerätyt tiedot IP-paketteihin ja lähettää ne. Tämän mallin äänisignaalin näytteenottotaajuus on 44.1 kHz, 16-bittinen kaksikanavainen. Äänidatan häviämisen välttämiseksi tallennuspuskurin koko on 1024B.
3.2 Alueellisen yleisradiotoiminnan toteuttaminen
Tärkeä Ethernet-digitaalisen äänilähetysjärjestelmän sovellus ei ole vain alueen yleislähetyksen toteuttaminen, vaan myös paikallisen lähetystoiminnon toteuttaminen, eli lähetys määrätylle päätelaitteelle. Siksi UDP-monilähetyspakettia käytetään tiedonsiirtoon ääni-IP-datapakettien verkkolähetyksessä. Käyttämällä monilähetyspaketteja tiedonsiirtoon, kaikki lähiverkossa olevaan ryhmään kuuluvat päätelaitteet voivat vastaanottaa datan toteuttaen koko lähetyksen. Paikallisen lähetystoiminnon toteuttamiseksi suunnitteluun lisätään puhedatan eteen rakenne, kuten alla on esitetty, ja kokoonpanotiedostoa käytetään järjestelmän kunkin päätelaitteen IP-osoitteen tallentamiseen.
02 Lähetysjärjestelmän lähetyspäätelaitteiston suunnittelu
Yleislähetysjärjestelmän yleislähetyspäätteen pääohjaussiru ottaa käyttöön LuminaryMicron toimittaman mikrokontrollerin LM3S8962. Tämä sirusarja on ensimmäinen ARM CortexTM-M3 -pohjainen ohjain, jossa on sisäinen integroitu Ethernet-ohjain. Se on alan ensimmäinen ARM-siru, joka tukee IEEE-teollisuutta ja pystyy helposti toteuttamaan verkkotoimintoja.
Äänidekooderin siru käyttää MOSA: n tuottamaa MS6336-sirua. Siru on 16-bittinen stereoääni-digitaalimuunnin, ja tuetut digitaaliset tulomuodot ovat Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336-käyttöliittymä hyväksyy I2C-väylän, käyttöliittymä on helppo asettaa. DAC-osalla on tarkka ja vakaa virta yhdistettynä erinomaiseen symmetriseen dekoodausmenetelmään, joka voi tuottaa korkealaatuisia äänisignaaleja.
Pääohjauspiiri LM3S8962 on kytketty RJ45-liitäntään magneettisten komponenttien kautta, ja sitä käytetään puhedatan vastaanottamiseen Ethernetistä. LM3S8962 tarjoaa ohjaussignaalit ja äänidatasignaalit audiodekooderin sirulle MS6336. LM3S8962 tukee I2C-toimintoa. PB2- ja PB3-portit tarjoavat I2C-kello- ja datasignaalit. Nämä kaksi nastaa voidaan liittää suoraan MS2: n I6336C-toimintatappeihin, ja vaaditaan vetovastus. LM3S8962 ei tue MS6336: n vaatimaa tietojen syöttömuotoa. Järjestelmän MS6336 tietojen syöttömuoto ottaa käyttöön I2S: n. Siksi puhedatan toimittamiseksi MS6336: lle on välttämätöntä käyttää LM3S8962: n GPIO-porttiohjelmistoa simuloimaan MS2: n vaatimaa I6336S-datan syöttömuotoa. Suunnittelussa PA5-, PA6- ja PA7-portteja käytetään tämän toiminnon simulointiin. Kolme nastaa vastaavat I2S-kanavanvalintasignaalia, kellosignaalia ja vastaavasti datasignaalia. Liitä nämä kolme nastaa MS2: n I6336S-toimintotappiin.
Ethernet-digitaalisen äänilähetysjärjestelmän toistolaitteen laitteistorakenne on esitetty kuvassa 2.
3 Lähetysjärjestelmän ohjelmistosuunnittelu
Yleisradiojärjestelmäohjelmisto on jaettu kahteen osaan: lähetysjärjestelmäpalvelinohjelmisto ja lähetyspääteohjelmisto.
Tämä malli toteuttaa äänidatan reaaliaikaisen toiston, joten puhedatan siirron reaaliaikainen suorituskyky on taattava, mutta tiedon eheyden vaatimukset eivät ole liian tiukkoja, eikä pieni määrä pakettihäviöitä vaikuta yleinen toistovaikutus, joten järjestelmän puhedata Lähetys ottaa käyttöön UDP-lähetystilan. Samanaikaisesti järjestelmä toimii lähiverkossa, jossa on vähemmän väliaikaisia käyttäjiä. Siksi käytetään staattista IP-osoitteen allokointia toistopääteohjelmiston toteutuksen yksinkertaistamiseksi.
3.1 Puhedatan kerääminen, tallentaminen ja siirtäminen lähetysjärjestelmän palvelinpuolelle
Puhedatan keruu toteutetaan käyttämällä matalan tason WAVE audio API -toimintoja. Suunnittelu käyttää kaksinkertaista puskurointia puhedatan tallentamiseksi, jotta se ei aiheuta puhedatan menetystä. Toteutusprosessi on esitetty kuvassa 3.
Kun yksi tallennuspuskuri on täynnä, järjestelmä lähettää välittömästi toisen tallennuspuskurin tallennuslaitteelle tallennuksen jatkamiseksi, ja sovellusohjelman tulisi lukea tiedot koko tallennuspuskurissa ja käsitellä ne. Kutsu sitten waveInAddBuffer-toiminto ja määritä puskuri uudelleen tallennuslaitteelle kierrätystä varten.
Äänitiedon häviämisen estämiseksi nauhoitusprosessissa ei riitä, että käytetään yksinkertaisesti kaksoispuskuria. On myös huomattava, että kun yksi puskuri on täynnä, sovellus käsittelee tietoja puskurissa ja toista puskuria käytetään tallennukseen, ja tietojenkäsittelyajan on oltava pienempi kuin aika, joka vaaditaan toisen puskurin täydelliseksi täyttymiseksi. nauhoitettu, muuten ensimmäistä puskuria ei ole määritetty uudelleen tallennuslaitteelle sen jälkeen kun toinen puskuri on täynnä, mikä aiheuttaa puhedatan menetystä. Kun äänisignaalin näytetaajuus on suuri, puskurin koon sopivalla suurentamisella voidaan tehokkaasti ratkaista tämä ongelma.
Lähetyssisällön tallentamiseksi myöhempää käyttöä varten lähetyssisältö on tallennettava WAV-tiedostoon. WAV-tiedostoilla on kiinteä otsikkomuoto. Ennen äänitietojen tallentamista sinun on määritettävä WAV-tiedoston otsikko, muuten tallennettua WAV-tiedostoa ei voida toistaa. Aina kun tallennuspuskuri on täynnä, etsi ensin WAV-tiedoston pää ja kirjoita sitten kerätyt tiedot peräkkäin tiedoston loppuun. Kun koko lähetysprosessi on ohi, kaikki puhedata tallennetaan WAV-tiedostoon, mikä toteuttaa puhedatan tallennuksen.
Kun äänityspuskuri on täynnä, on tarpeen lähettää kerätty puhedata verkon kautta. Suunnittelussa luodaan ensin pistorasia Csocket-luokalla ja sinun tarvitsee vain kapseloida kerätyt tiedot IP-paketteihin ja lähettää ne. Tämän mallin äänisignaalin näytteenottotaajuus on 44.1 kHz, 16-bittinen kaksikanavainen. Äänidatan häviämisen välttämiseksi tallennuspuskurin koko on 1024B.
3.2 Alueellisen yleisradiotoiminnan toteuttaminen
Tärkeä Ethernet-digitaalisen äänilähetysjärjestelmän sovellus ei ole vain alueen yleislähetyksen toteuttaminen, vaan myös paikallisen lähetystoiminnon toteuttaminen, eli lähetys määrätylle päätelaitteelle. Siksi UDP-monilähetyspakettia käytetään tiedonsiirtoon ääni-IP-datapakettien verkkolähetyksessä. Käyttämällä monilähetyspaketteja tiedonsiirtoon, kaikki lähiverkossa olevaan ryhmään kuuluvat päätelaitteet voivat vastaanottaa datan toteuttaen koko lähetyksen. Paikallisen lähetystoiminnon toteuttamiseksi suunnitteluun lisätään puhedatan eteen rakenne, kuten alla on esitetty, ja kokoonpanotiedostoa käytetään järjestelmän kunkin päätelaitteen IP-osoitteen tallentamiseen.
STRING
{Merkkijono IPNO1;
Merkkijono IPNO2;
...
Merkkijono IPNO9;
Merkkijono IPNO10};
Kun alueellinen lähetys on tarpeen suorittaa tietyillä päätelaitteilla, valitse näiden päätelaitteiden vastaavat numerot lähetysjärjestelmän palvelinpuolen paneelista (kuten kuvassa 4 on esitetty). Tällä hetkellä valitun päätelaitteen IP-osoite luetaan määritystiedostosta ja osoitetaan vastaavalle muuttujalle rakenteessa. Kun päätelaite vastaanottaa IP-monilähetyspaketin, se arvioi ensin, onko rakenteella sama muuttuja kuin omalla IP-osoitteellaan, jos sellainen on, data vastaanotetaan ja toistetaan, jos ei, data hylätään, jolloin alue lähetys toteutetaan toiminto. Verrattuna menetelmään, jossa ohjaussignaalia käytetään toistopäätteen ohjaamiseen liittyäksesi ryhmälähetysryhmään tai poistumaan siitä tai ylläpitämään dynaamisesti monimutkaista kartoitustaulukkoa alueellisen lähetystoiminnon toteuttamiseksi. Tämän menetelmän ei tarvitse ohjata toistopäätettä interaktiivisesti ennen jokaista lähetystä, eikä sen tarvitse seurata päätelaitteen tilaa dynaamisesti. Sen on vain kirjoitettava päätelaitteen vastaava IP-osoite määritystiedostoon vasta, kun päätelaite liittyy järjestelmään ensimmäistä kertaa. Toiminto on helppo toteuttaa.
3.3 Yleislähetysjärjestelmän yleislähetysohjelmien toteutus
Yleislähetysjärjestelmän yleislähetyspääte on jaettu kahteen osaan toteuttamiseksi, äänidatan vastaanottavaa osaa käytetään puhedatan vastaanottamiseen sekä tallennukseen ja edelleenlähettämiseen, ja audiodekooderi toteuttaa D / A-muunnoksen ja äänisignaalin toiston. Äänidatan vastaanottava osa hyväksyy Socket-ohjelmoinnin vastaanottamaan puhedataa Ethernetistä. Saatuaan äänidatapaketin sen on ensin arvioitava, onko datapaketti itselleen. Pääte vertaa IP-paketin rakennetta STRING käsittelevän jäsenmuuttujaa omaan IP-osoitteeseensa, ja jos joku jäsenmuuttuja on yhtä suuri kuin oma IP-osoite, se tallentaa tiedot pakettiin, muuten hylkää sen.
Puhedata vastaanotetaan ja tallennetaan pyöreään jonoon. UDP-tiedonsiirron häiriön vuoksi puhedatapaketit on lajiteltava sen jälkeen, kun puhedata on vastaanotettu puhedatan vastaanottopäässä, jotta varmistetaan puhedatan peräkkäinen käsittely ja oikea palautussignaali. Samaan aikaan verkon tärinän välttämiseksi tietoja käsitellään aina, kun pyöreässä jonossa on vähintään 5 pakettia.
Suunnittelun MS6336 tietojen syöttömuoto hyväksyy I2S-muodon. Koska LM3S8962 ei tue tätä datamuotoa, I2S-toiminnon toteuttamiseksi GPIO-portin kautta käytetään ohjelmistosimulaatiota. Äänisignaalin täydelliseksi palauttamiseksi on välttämätöntä varmistaa, että I2S-signaalin ajoitus on tiukka ja tarkka ja muuntaminen korkean ja matalan tason välillä toteutetaan viiveohjelmalla. I2S-ajoituskaavio on esitetty kuvassa 5.
Yleislähetysjärjestelmän yleislähetyspäätelaitteen kellotaajuus on 40 MHz ja kunkin databitin lähettämisaika on 600 ns laskettuna näytetaajuudesta. LM3S8962 toimittaa puhedataa MS6336: lle ja toteuttaa sarjaliikenteen GPIO-portin kautta näytepisteen mukaan. Jokainen näytepiste sisältää neljä tavua, ja näytteenottopisteen tiedonsiirtoprosessi on esitetty kuvassa 6.
4 Tulosanalyysi
Järjestelmän Ethernet-yhteyden kautta lähettämän puhedatapaketin koko on 1024B. Verkon värinän välttämiseksi päätelaite alkaa lähettää, kun se vastaanottaa 5 datapakettia. Lähetyksen viive on noin 30 ms, joka täyttää toiminnalliset indikaattorit. Palvelinpuoli voi ohjata 10 lähetyspäätelaitteen työtä samanaikaisesti. Valitsemalla palvelinpuolelta vastaava päätelaitteen numero, voidaan yleislähetysjärjestelmän koko alue- ja paikallislähetystoiminnot toteuttaa onnistuneesti.
5-päätelmä
Aloitamme todellisista tarpeista, ja suunnittelemme ja toteutamme digitaalisen Ethernet-äänilähetysjärjestelmän. Kokeelliset tulokset osoittavat, että järjestelmän toistopääte päättää, suoritetaanko äänilähetys alueellisen yleisradiotoiminnan toteuttamiseksi, on yksinkertainen ja tehokas tapa toteuttaa maailmanlaajuinen lähetys ja alueellinen äänisignaalien lähetys. Järjestelmäsoittimen päätelaite käyttää GPIO-porttiohjelmistosimulaatiota I2S-toiminnon toteuttamiseksi, joka pystyy toteuttamaan tarkasti I2S-ajoituksen, täydentämään äänisignaalin tiedonsiirron ja toteuttamaan äänisignaalin reaaliaikaisen lähetyksen. Suunnittelurakenne on kohtuullinen, ja se voi helposti toteuttaa toimintojen laajennuksen, kuten ajoituslähetys, musiikin toisto, etähallinta, reaaliaikainen valvonta jne. Tällä suunnittelulla on tärkeä käytännön merkitys ja se antaa perustan suurten ja monimutkaisten Ethernet-lähetysten ratkaisemiseen järjestelmät.
Meidän muiden tuotteiden:
