Denna artikel ger en inbäddad Ethernet digital röstsändningssystemlösning, som enkelt kan förverkliga sändningssystemets regionala sändningsfunktion. Systemet är baserat på armarkitekturen och antar metoden för systemuppspelning terminal skiljedom för att kontrollera realiseringen av regional sändning, och sändningsinnehållet kan spelas och sparas samtidigt.
Ethernet digital röstsändningssystem hänvisar huvudsakligen till det sändningssystem som använder Ethernet som överföringsmedium för att tillhandahålla ljudtjänster. Ethernet kan användas för att lösa problemet med långdistansöverföring av röstsignaler. Låter designers skapa en storskalig nätverksstruktur för att förverkliga överföringen av tusentals digitala röstsignaler på Ethernet, utnyttja befintliga nätverksresurser till fullo, undvika besväret med att upprätta linjer upprepade gånger och förverkliga integrationen av sändnings- och datanätverk . Det löser problemen med dålig ljudkvalitet, känslighet för störningar, komplext underhåll och hantering och dålig interaktion i traditionella sändningssystem. Samtidigt är det möjligt att välja alla, delar eller specifika områden för riktad gruppsändning, vilket bryter igenom begränsningen att traditionella sändningssystem endast kan utföra offentlig sändning för alla områden. Befintliga Ethernet-digitala röstsändningssystem använder mestadels styrsignaler för att styra sändningsterminalen för att gå med eller lämna multicast-gruppen för att förverkliga den regionala sändningsfunktionen. Det är nödvändigt att skicka en styrsignal för att få terminalen att gå med i multicast-gruppen innan sändningen kan realiseras. , Eller skapa en komplex kartläggningstabell på serversidan för att upprätthålla status för uppspelningsterminalen för att uppnå regional sändning, vilket är mer komplicerat att implementera.
1 Strukturell design
Detta system antar C / S-struktur, består av två delar av sändningssystemets serverände och sändningssystemets sändterminal, såsom visas i fig. 1.
Broadcast-systemets server är implementerad på en PC och det är ett program för röstsignalsamling, lagring och nätverksöverföring som realiseras av VC ++. Denna del samlar in och lagrar röstsignalen genom en mikrofon och överför sedan röstdata till Ethernet via UDP för att realisera nätverksöverföringsfunktionen för röstdata.
Sändningssystemets uppspelningsterminal är en inbäddad terminal baserad på LM3S8962, som kan ta emot IP-röstdatapaket som skickas till den från Ethernet, och ljudavkodningschipet MS6336 slutför digital / analog konvertering och uppspelning av röstdata
2 Broadcast-system sänder terminal hårdvarudesign
Huvudkontrollchipet i sändningssystemets sändterminal antar mikrokontrollern LM3S8962 som tillhandahålls av LuminaryMicro. Denna serie chips är den första ARM CortexTM-M3-baserade styrenheten med en intern integrerad Ethernet-styrenhet. Det är branschens första ARM-chip som stöder Industrial Ethernet (IEEE) och som enkelt kan implementera nätverksfunktioner.
Ljudavkodarkretsen använder MS6336-chipet som produceras av MOSA. Chipet är en 16-bitars stereo-ljud digital-till-analog-omvandlare, och de digitala ingångsformaten som stöds är Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336 kontrollgränssnitt antar I2C-buss, gränssnittet är lätt att ställa in. DAC-delen har exakt och stabil ström, i kombination med en utmärkt symmetrisk avkodningsmetod, kan reproducera högkvalitativa ljudsignaler.
Huvudkontrollchipet LM3S8962 är anslutet till RJ45-gränssnittet via magnetiska komponenter och används för att ta emot röstdata från Ethernet. LM3S8962 tillhandahåller styrsignaler och röstdatasignaler för ljudavkodarchipet MS6336. LM3S8962 stöder I2C-funktionen. PB2- och PB3-portar tillhandahåller I2C-klock- respektive datasignaler. Dessa två stift kan anslutas direkt till MS2-funktionstapparna I6336C, och ett uppdragningsmotstånd krävs. LM3S8962 stöder inte det dataingångsformat som krävs av MS6336. Datainmatningsformatet MS6336 i systemet antar I2S. För att tillhandahålla röstdata till MS6336 är det därför nödvändigt att använda GPIO-portprogramvara för LM3S8962 för att simulera I2S-datainmatningsformatet som krävs av MS6336. I designen används PA5-, PA6- och PA7-portarna för att simulera denna funktion. De tre stiften motsvarar I2S kanalvalssignal, klocksignal respektive datasignal. Anslut dessa tre stift till I2S-funktionsstiftet på MS6336.
Maskinvarustrukturen för uppspelningsterminalen för Ethernet digital röstsändningssystem visas i figur 2.
3 Programvarudesign för sändningssystem
Programvaran för sändningssystemet är uppdelad i två delar: programvara för sändningssystemserver och programvara för sändningsterminal.
Denna design realiserar realtidsuppspelning av röstdata, så prestanda i realtid för röstdataöverföring krävs för att garanteras, men kraven för dataintegritet är inte för stränga och en liten mängd paketförlust påverkar inte övergripande uppspelningseffekt, så röstdata för systemet Överföringen antar UDP-överföringsläge. Samtidigt fungerar systemet i det lokala nätverket och det finns få tillfälliga användare. Därför antas den statiska IP-adressallokeringen för att förenkla realiseringen av uppspelningsterminalprogramvaran.
3.1 Insamling, lagring och överföring av röstdata på serversidan av sändningssystemet
Insamlingen av röstdata implementeras med hjälp av lågnivå WAVE-ljud-API-funktioner. För att inte orsaka förlust av röstdata använder designen dubbel buffring för att lagra röstdata. Implementeringsprocessen visas i figur 3.
När en inspelningsbuffert är full skickar systemet omedelbart en annan inspelningsbuffert till inspelningsenheten för att fortsätta inspelningen, och applikationsprogrammet bör läsa data i hela inspelningsbufferten och bearbeta den. Ring sedan waveInAddBuffer-funktionen för att tilldela bufferten till inspelningsenheten för återvinning.
För att förhindra förlust av röstdata under inspelningsprocessen räcker det inte att bara använda dubbel buffring. Det bör också noteras att när en buffert är full kommer applikationen att bearbeta data i bufferten och den andra Bufferten används för inspelning, och databehandlingstiden måste vara mindre än den tid som krävs för att den andra bufferten ska vara helt inspelning, annars har den första bufferten inte tilldelats inspelningsenheten igen efter att den andra bufferten är full, vilket kommer att orsaka förlust av röstdata. När röstsignalens samplingshastighet är stor kan en effektiv ökning av buffertstorleken effektivt lösa detta problem.
För att spara sändningsinnehållet för senare användning är det nödvändigt att spara sändningsinnehållet i en WAV-fil. WAV-filer har ett fast huvudformat. Innan du sparar röstdata måste du ställa in rubriken för WAV-filen, annars kan inte den sparade WAV-filen spelas upp. Varje gång inspelningsbufferten är full måste du först hitta slutet på WAV-filen och sedan skriva de insamlade uppgifterna i slutet av filen i tur och ordning. När hela sändningsprocessen är över sparas all röstdata i WAV-filen och realiserar lagring av röstdata.
När en inspelningsbuffert är full är det nödvändigt att skicka den samlade röstdata via nätverket. I designen använder du först Csocket-klassen för att skapa en sockel, och behöver bara inkapsla den insamlade informationen i ett IP-paket och skicka ut det. Samplingsfrekvensen för röstsignalen i denna design är 44.1 kHz, 16-bitars dubbelkanal. För att undvika förlust av röstdata är storleken på inspelningsbufferten inställd på 1024B.
3.2 Förverkligande av regional sändning
En viktig tillämpning av Ethernet digitala röstsändningssystem är inte bara att förverkliga hela områdesändningen utan också att förverkliga den lokala sändningsfunktionen, det vill säga att sända till den utsedda terminalen. Därför används UDP multicast-paketet för dataöverföring i nätverksöverföringen av röst-IP-datapaket. Med hjälp av multicast-paket för att överföra data kan alla terminaler som ingår i gruppen i det lokala nätverket ta emot data och realisera hela områdesändningen. För att realisera den lokala sändningsfunktionen läggs en struktur framför röstdata i designen, som visas nedan, och en konfigurationsfil används för att lagra IP-adressen för varje terminal i systemet.
02 Radiosändningssystemets hårdvarudesign
Huvudkontrollchipet i sändningssystemets sändterminal antar mikrokontrollern LM3S8962 som tillhandahålls av LuminaryMicro. Denna serie chips är den första ARM CortexTM-M3-baserade styrenheten med en intern integrerad Ethernet-styrenhet. Det är branschens första ARM-chip som stöder Industrial Ethernet (IEEE) och som enkelt kan implementera nätverksfunktioner.
Ljudavkodarkretsen använder MS6336-chipet som produceras av MOSA. Chipet är en 16-bitars stereo-ljud digital-till-analog-omvandlare, och de digitala ingångsformaten som stöds är Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336 kontrollgränssnitt antar I2C-buss, gränssnittet är lätt att ställa in. DAC-delen har exakt och stabil ström, i kombination med en utmärkt symmetrisk avkodningsmetod, kan reproducera högkvalitativa ljudsignaler.
Huvudkontrollchipet LM3S8962 är anslutet till RJ45-gränssnittet via magnetiska komponenter och används för att ta emot röstdata från Ethernet. LM3S8962 tillhandahåller styrsignaler och röstdatasignaler för ljudavkodarchipet MS6336. LM3S8962 stöder I2C-funktionen. PB2- och PB3-portar tillhandahåller I2C-klock- respektive datasignaler. Dessa två stift kan anslutas direkt till MS2-funktionstapparna I6336C, och ett uppdragningsmotstånd krävs. LM3S8962 stöder inte det dataingångsformat som krävs av MS6336. Datainmatningsformatet MS6336 i systemet antar I2S. För att tillhandahålla röstdata till MS6336 är det därför nödvändigt att använda GPIO-portprogramvara för LM3S8962 för att simulera I2S-datainmatningsformatet som krävs av MS6336. I designen används PA5-, PA6- och PA7-portarna för att simulera denna funktion. De tre stiften motsvarar I2S kanalvalssignal, klocksignal respektive datasignal. Anslut dessa tre stift till I2S-funktionsstiftet på MS6336.
Maskinvarustrukturen för uppspelningsterminalen för Ethernet digital röstsändningssystem visas i figur 2.
3 Programvarudesign för sändningssystem
Programvaran för sändningssystemet är uppdelad i två delar: programvara för sändningssystemserver och programvara för sändningsterminal.
Denna design realiserar realtidsuppspelning av röstdata, så prestanda i realtid för röstdataöverföring krävs för att garanteras, men kraven för dataintegritet är inte för stränga och en liten mängd paketförlust påverkar inte övergripande uppspelningseffekt, så röstdata för systemet Överföringen antar UDP-överföringsläge. Samtidigt fungerar systemet i ett lokalt nätverk med färre tillfälliga användare. Därför antas statisk IP-adressallokering för att förenkla realiseringen av uppspelningsterminalprogramvaran.
3.1 Insamling, lagring och överföring av röstdata på serversidan av sändningssystemet
Insamlingen av röstdata implementeras med hjälp av lågnivå WAVE-ljud-API-funktioner. För att inte orsaka förlust av röstdata använder designen dubbel buffring för att lagra röstdata. Implementeringsprocessen visas i figur 3.
När en inspelningsbuffert är full skickar systemet omedelbart en annan inspelningsbuffert till inspelningsenheten för att fortsätta inspelningen, och applikationsprogrammet bör läsa data i hela inspelningsbufferten och bearbeta den. Ring sedan waveInAddBuffer-funktionen för att tilldela bufferten till inspelningsenheten för återvinning.
För att förhindra förlust av röstdata under inspelningsprocessen räcker det inte att bara använda dubbel buffring. Det bör också noteras att när en buffert är full kommer applikationen att bearbeta data i bufferten och den andra Bufferten används för inspelning, och databehandlingstiden måste vara mindre än den tid som krävs för att den andra bufferten ska vara helt inspelning, annars har den första bufferten inte tilldelats inspelningsenheten igen efter att den andra bufferten är full, vilket kommer att orsaka förlust av röstdata. När röstsignalens samplingshastighet är stor kan en effektiv ökning av buffertstorleken effektivt lösa detta problem.
För att spara sändningsinnehållet för senare användning är det nödvändigt att spara sändningsinnehållet i en WAV-fil. WAV-filer har ett fast huvudformat. Innan du sparar röstdata måste du ställa in rubriken för WAV-filen, annars kan inte den sparade WAV-filen spelas upp. Varje gång inspelningsbufferten är full måste du först hitta slutet på WAV-filen och sedan skriva de insamlade uppgifterna i slutet av filen i tur och ordning. När hela sändningsprocessen är över sparas all röstdata i WAV-filen och realiserar lagring av röstdata.
När en inspelningsbuffert är full är det nödvändigt att skicka den samlade röstdata via nätverket. I designen använder du först Csocket-klassen för att skapa en sockel, och behöver bara inkapsla den insamlade informationen i ett IP-paket och skicka ut det. Samplingsfrekvensen för röstsignalen i denna design är 44.1 kHz, 16-bitars dubbelkanal. För att undvika förlust av röstdata är storleken på inspelningsbufferten inställd på 1024B.
3.2 Förverkligande av regional sändning
En viktig tillämpning av Ethernet digitala röstsändningssystem är inte bara att förverkliga hela områdesändningen utan också att förverkliga den lokala sändningsfunktionen, det vill säga att sända till den utsedda terminalen. Därför används UDP multicast-paketet för dataöverföring i nätverksöverföringen av röst-IP-datapaket. Med hjälp av multicast-paket för att överföra data kan alla terminaler som ingår i gruppen i det lokala nätverket ta emot data och realisera hela områdesändningen. För att realisera den lokala sändningsfunktionen läggs en struktur framför röstdata i designen, som visas nedan, och en konfigurationsfil används för att lagra IP-adressen för varje terminal i systemet.
struktur STRING
{Sträng IPNO1;
Sträng IPNO2;
.
Sträng IPNO9;
Sträng IPNO10};
När det är nödvändigt att utföra regional sändning på vissa terminaler, välj motsvarande nummer på dessa terminaler på panelen på serversidan av sändningssystemet (som visas i figur 4). Vid denna tidpunkt läses IP-adressen till den valda terminalen från konfigurationsfilen och tilldelas motsvarande variabel i strukturen. När terminalen tar emot ett IP-multicast-paket, bedömer det först om strukturen har samma variabel som sin egen IP-adress, om det finns, då mottas data och spelas, om inte, kasseras data och därigenom realiseras området Broadcast fungera. Jämfört med metoden att använda en styrsignal för att styra uppspelningsterminalen för att gå med eller lämna multicast-gruppen, eller för att dynamiskt upprätthålla en komplex kartläggningstabell för att implementera den regionala sändningsfunktionen. Denna metod behöver inte interaktivt styra uppspelningsterminalen före varje sändning, inte heller behöver den dynamiskt spåra terminalens tillstånd. Det behöver bara skriva terminalens motsvarande IP-adress i konfigurationsfilen när terminalen ansluter till systemet för första gången. Funktionen är enkel att implementera.
3.3 Förverkligandet av programvaran för sändningsterminaler
Sändningssystemets sändningsterminal är uppdelad i två delar för att realisera, den mottagande delen av ljuddata används för att ta emot röstdata och lagra och vidarebefordra, och ljudavkodaren realiserar D / A-omvandling och uppspelning av röstsignalen. Den mottagande delen av ljuddata antar Socket-programmering för att ta emot röstdata från Ethernet. Efter att ha mottagit röstdatapaketet måste det först bedöma om datapaketet är för sig själv. Terminalen jämför medlemsvariabeln för strukturen struct STRING i IP-paketet med sin egen IP-adress, och om någon medlemsvariabel är lika med sin egen IP-adress, lagrar den data i paketet, annars kastas den bort.
Röstdata tas emot och lagras i en cirkulär kö. På grund av störningen i UDP-dataöverföring måste röstdatapaketet sorteras efter att röstdata mottages i röstdatamottagningsänden för att säkerställa sekventiell bearbetning av röstdata och rätt återställning Röstsignal. För att undvika nätverksjitter behandlas samtidigt data varje gång det finns minst 5 paket i den cirkulära kön.
Datainmatningsformatet MS6336 i designen antar I2S-format. Eftersom LM3S8962 inte stöder detta dataformat, antas mjukvarusimulering för att förverkliga I2S-funktionen via GPIO-porten. För att fullständigt återställa röstsignalen är det nödvändigt att säkerställa att tidpunkten för I2S-signalen är strikt och korrekt, och omvandlingen mellan höga och låga nivåer implementeras av ett fördröjningsprogram. I2S-tidsdiagrammet visas i figur 5.
Sändningssystemets sändningsterminalklockfrekvens är 40 MHz, och tiden för att sända varje databit är 600 ns beräknad från samplingshastigheten. LM3S8962 tillhandahåller röstdata till MS6336 och realiserar seriell överföring via GPIO-port enligt samplingspunkt. Varje samplingspunkt innehåller fyra byte, och datasändningsprocessen för en samplingspunkt visas i figur 6.
4 Resultatanalys
Storleken på röstdatapaketet som överförs av systemet via Ethernet är 1024B. För att undvika nätverksjitter börjar terminalen sända när de tar emot 5 datapaket. Sändningsfördröjningstiden är cirka 30 ms, vilket uppfyller funktionsindikatorerna. Serversidan kan styra arbetet med 10 sändningsterminaler samtidigt. Genom att välja motsvarande terminalnummer på serversidan kan sändningssystemets hela områdesutsändningar och lokala sändningsfunktioner lyckas.
5 Slutsats
Med utgångspunkt från faktiska behov designar och implementerar vi ett Ethernet-röstsändningssystem. De experimentella resultaten visar att systemets uppspelningsterminal bestämmer om röstsändning ska utföras för att realisera regional sändning är ett enkelt och effektivt sätt att förverkliga global sändning och regional sändning av röstsignaler. Systemspelarens terminal antar mjukvarusimulering av GPIO-port för att förverkliga I2S-funktionen, som exakt kan realisera I2S-timing, slutföra dataöverföringen av röstsignalen och realisera realtidsutsändningen av röstsignalen. Designstrukturen är rimlig och kan lätt förverkliga utbyggnaden av funktioner, som att sända timing, musikuppspelning, fjärrhantering, realtidsövervakning etc. Denna design har viktig praktisk betydelse och ger en grund för att lösa stora och komplexa Ethernet-sändningar system.
Vår andra produkt:
