Гэты артыкул прапануе ўбудаванае рашэнне лічбавай сістэмы галасавога вяшчання Ethernet, якое дазваляе лёгка рэалізаваць рэгіянальную функцыю вяшчання сістэмы вяшчання. Сістэма заснавана на архітэктуры ўзбраення і прымае метад арбітражу тэрмінала прайгравання сістэмы для кантролю за рэалізацыяй рэгіянальнага вяшчання, і змест трансляцыі можа прайгравацца і захоўвацца адначасова.
Лічбавая сістэма галасавога вяшчання Ethernet у асноўным адносіцца да сістэмы вяшчання, якая выкарыстоўвае Ethernet у якасці носьбіта перадачы для прадастаўлення аўдыяпаслуг. Ethernet можа быць выкарыстаны для вырашэння праблемы міжгародняй перадачы галасавых сігналаў. Дазваляе дызайнерам стварыць буйнамаштабную сеткавую структуру для рэалізацыі перадачы тысяч лічбавых галасавых сігналаў па Ethernet, выкарыстоўваючы ў поўнай меры існуючыя сеткавыя рэсурсы, пазбягаючы праблем пры паўторнай наладцы ліній і рэалізуючы інтэграцыю вяшчальных і камп'ютэрных сетак . Ён вырашае праблемы з дрэннай якасцю гуку, успрымальнасцю да перашкод, складаным абслугоўваннем і кіраваннем і дрэнным узаемадзеяннем у традыцыйных сістэмах вяшчання. У той жа час можна выбраць усе, часткова або пэўныя вобласці для групавога накіраванага вяшчання, што парушае абмежаванне таго, што традыцыйныя сістэмы вяшчання могуць выконваць толькі грамадскае вяшчанне для ўсіх абласцей. Існуючыя лічбавыя сістэмы галасавога вяшчання Ethernet у асноўным выкарыстоўваюць сігналы кіравання для кіравання вяшчальным тэрміналам, каб далучыцца да групы шматканальнай перадачы альбо пакінуць яе ў рэалізацыі функцыі рэгіянальнага вяшчання. Неабходна адправіць сігнал кіравання, каб прымусіць тэрмінал далучыцца да групы шматрастовай перадачы, перш чым трансляцыя можа быць рэалізавана. , Або ўсталяваць складаную табліцу адлюстравання на баку сервера для падтрымання стану тэрмінала прайгравання для дасягнення рэгіянальнага вяшчання, якое больш складана рэалізаваць.
1 Структурнае афармленне
Гэтая сістэма прымае структуру C / S, складаецца з дзвюх частак канца сервернай сістэмы вяшчання і вяшчальнага тэрмінала сістэмы вяшчання, як паказана на мал. 1.
Сервер вяшчальнай сістэмы рэалізаваны на ПК, і гэта праграма збору, захоўвання і перадачы галасавога сігналу, рэалізаваная VC ++. Гэтая частка збірае і захоўвае галасавы сігнал праз мікрафон, а затым перадае галасавыя дадзеныя ў Ethernet праз UDP для рэалізацыі функцыі перадачы галасавых дадзеных па сетцы.
Тэрмінал прайгравання сістэмы вяшчання - гэта ўбудаваны тэрмінал на аснове LM3S8962, які можа прымаць IP-пакеты галасавых дадзеных, адпраўленыя на яго з Ethernet, а мікрасхема дэкадавання гуку MS6336 завяршае лічбавае / аналагавае пераўтварэнне і прайграванне галасавых дадзеных
2 Дызайн апаратнага забеспячэння тэрмінальнай сістэмы вяшчання
Асноўны мікрасхема вяшчальнага тэрмінала вяшчальнай сістэмы прымае мікракантролер LM3S8962, прадастаўлены LuminaryMicro. Гэтая серыя чыпаў з'яўляецца першым кантролерам на базе ARM CortexTM-M3 з унутраным убудаваным кантролерам Ethernet. Гэта першы ў гэтай галіне чып ARM, які падтрымлівае Industrial Ethernet (IEEE) і можа лёгка рэалізаваць сеткавыя функцыі.
Чып аўдыёдэкодэра выкарыстоўвае чып MS6336 вытворчасці MOSA. Мікрасхема ўяўляе сабой 16-бітны стэрэагукавы лічбава-аналагавы пераўтваральнік, і падтрымліваюцца лічбавыя фарматы ўваходу Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Інтэрфейс кіравання MS6336 прымае шыну I2C, інтэрфейс лёгка ўсталяваць. Частка ЦАП мае дакладны і стабільны ток у спалучэнні з выдатным сіметрычным метадам дэкадавання і можа прайграваць якасныя гукавыя сігналы.
Асноўны мікрасхема кіравання LM3S8962 падключана да інтэрфейсу RJ45 праз магнітныя кампаненты і выкарыстоўваецца для прыёму галасавых дадзеных з Ethernet. LM3S8962 забяспечвае сігналы кіравання і сігналы галасавых дадзеных для чыпа аўдыёдэкодэра MS6336. LM3S8962 падтрымлівае функцыю I2C. Парты PB2 і PB3 забяспечваюць тактавы сігнал I2C і сігналы дадзеных адпаведна. Гэтыя два кантакты могуць быць непасрэдна падлучаны да функцыянальных кантактаў I2C MS6336, і патрабуецца падцягвальны рэзістар. LM3S8962 не падтрымлівае фармат уводу дадзеных, неабходны MS6336. Фармат уводу дадзеных MS6336 у сістэме прымае I2S. Такім чынам, для прадастаўлення галасавых дадзеных MS6336 неабходна выкарыстоўваць праграмнае забеспячэнне порта GPIO LM3S8962 для мадэлявання фармату ўводу дадзеных I2S, які патрабуецца MS6336. У дызайне для мадэлявання гэтай функцыі выкарыстоўваюцца парты PA5, PA6 і PA7. Тры кантакту адпавядаюць сігналу выбару канала I2S, сігналу такта і сігналу дадзеных адпаведна. Злучыце гэтыя тры кантакты з функцыянальным штыфтам I2S MS6336.
Апаратная структура тэрмінала прайгравання лічбавай сістэмы галасавога вяшчання Ethernet паказана на малюнку 2.
3 Дызайн праграмнага забеспячэння сістэмы вяшчання
Праграмнае забеспячэнне сістэмы вяшчання дзеліцца на дзве часткі: сервернае праграмнае забеспячэнне сістэмы вяшчання і праграмнае забеспячэнне тэрмінальнага вяшчання.
Гэтая канструкцыя рэалізуе прайграванне галасавых дадзеных у рэжыме рэальнага часу, таму прадукцыйнасць галасавой перадачы дадзеных у рэжыме рэальнага часу павінна быць гарантавана, але патрабаванні да цэласнасці дадзеных не занадта жорсткія, і невялікая колькасць страт пакетаў не паўплывае на агульны эфект прайгравання, таму галасавыя дадзеныя сістэмы Перадача прымае рэжым перадачы UDP. У той жа час сістэма працуе ў лакальнай сетцы, і часовых карыстальнікаў мала. Такім чынам, статычны размеркаванне IP-адрасоў прынята для спрашчэння рэалізацыі праграмнага забеспячэння тэрмінала прайгравання.
3.1 Збор, захоўванне і перадача галасавых дадзеных на сервернай баку сістэмы вяшчання
Збор галасавых дадзеных рэалізаваны з выкарыстаннем функцый аўдыя API WAVE на нізкім узроўні. Каб не выклікаць страты галасавых дадзеных, дызайн выкарыстоўвае двайную буферызацыю для галасавых дадзеных. Працэс рэалізацыі паказаны на малюнку 3.
Калі адзін буфер запісу запоўнены, сістэма неадкладна адпраўляе іншы буфер запісу на запісвальную прыладу для працягу запісу, і прыкладная праграма павінна прачытаць дадзеныя ў поўным буферы запісу і апрацаваць іх. Затым выклічце функцыю waveInAddBuffer, каб пераназначыць буфер на прыладу запісу для перапрацоўкі.
Для прадухілення страты галасавых дадзеных у працэсе запісу недастаткова проста выкарыстоўваць падвойную буферызацыю. Варта таксама адзначыць, што калі адзін буфер запоўнены, прыкладанне будзе апрацоўваць дадзеныя ў буферы, а другі Буфер выкарыстоўваецца для запісу, і час апрацоўкі дадзеных павінен быць менш, чым час, неабходны для таго, каб другі буфер быў цалкам запісана, у адваротным выпадку першы буфер не будзе зноў прызначаны прыладзе запісу пасля запаўнення другога буфера, што прывядзе да страты галасавых дадзеных. Калі частата дыскрэтызацыі галасавога сігналу вялікая, адпаведна павелічэнне памеру буфера можа эфектыўна вырашыць гэтую праблему.
Для таго, каб захаваць трансляваны кантэнт для наступнага выкарыстання, неабходна захаваць трансляваны кантэнт у файле WAV. Файлы WAV маюць фіксаваны фармат загалоўка. Перад захаваннем галасавых дадзеных трэба ўсталяваць загаловак файла WAV, інакш захаваны файл WAV нельга прайграць. Кожны раз, калі буфер запісу запоўнены, спачатку знайдзіце канец файла WAV, а потым па чарзе запішыце сабраныя дадзеныя ў канец файла. Калі ўвесь працэс трансляцыі скончыцца, усе галасавыя дадзеныя захоўваюцца ў файле WAV, разумеючы захоўванне галасавых дадзеных.
Калі буфер запісу запоўнены, неабходна адправіць сабраныя галасавыя дадзеныя праз сетку. Пры распрацоўцы спачатку выкарыстоўвайце клас Csocket для стварэння сокета, а потым трэба толькі інкапсуляваць сабраныя дадзеныя ў IP-пакет і адправіць іх. Частата дыскрэтызацыі галасавога сігналу ў гэтай канструкцыі складае 44.1 кГц, 16-бітны двухканальны. Каб пазбегнуць страты галасавых дадзеных, памер буфера запісу ўстаноўлены ў 1024B.
3.2 Рэалізацыя рэгіянальнага вяшчання
Важным ужываннем сістэмы лічбавага галасавога вяшчання Ethernet з'яўляецца не толькі рэалізацыя вяшчання на ўсёй тэрыторыі, але і рэалізацыя функцыі мясцовага вяшчання, гэта значыць трансляцыя на прызначаны тэрмінал. Такім чынам, пакет шматадрэснай перадачы UDP выкарыстоўваецца для перадачы дадзеных пры сеткавай перадачы галасавых IP-пакетаў дадзеных. Выкарыстоўваючы для перадачы дадзеных пакеты шматканальнай перадачы, усе тэрміналы, якія ўваходзяць у групу ў лакальнай сетцы, могуць прымаць дадзеныя, рэалізуючы ўсю трансляцыю вобласці. Для таго, каб рэалізаваць функцыю мясцовага вяшчання, перад галасавымі дадзенымі ў дызайне дадаецца структура, як паказана ніжэй, і файл канфігурацыі выкарыстоўваецца для захоўвання IP-адраса кожнага тэрмінала сістэмы.
02 Сістэма вяшчання дызайн апаратнага забеспячэння тэрмінала
Асноўны мікрасхема вяшчальнага тэрмінала вяшчальнай сістэмы прымае мікракантролер LM3S8962, прадастаўлены LuminaryMicro. Гэтая серыя чыпаў з'яўляецца першым кантролерам на базе ARM CortexTM-M3 з унутраным убудаваным кантролерам Ethernet. Гэта першы ў гэтай галіне чып ARM, які падтрымлівае Industrial Ethernet (IEEE) і можа лёгка рэалізаваць сеткавыя функцыі.
Чып аўдыёдэкодэра выкарыстоўвае чып MS6336 вытворчасці MOSA. Мікрасхема ўяўляе сабой 16-бітны стэрэагукавы лічбава-аналагавы пераўтваральнік, і падтрымліваюцца лічбавыя фарматы ўваходу Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Інтэрфейс кіравання MS6336 прымае шыну I2C, інтэрфейс лёгка ўсталяваць. Частка ЦАП мае дакладны і стабільны ток у спалучэнні з выдатным сіметрычным метадам дэкадавання і можа прайграваць якасныя гукавыя сігналы.
Асноўны мікрасхема кіравання LM3S8962 падключана да інтэрфейсу RJ45 праз магнітныя кампаненты і выкарыстоўваецца для прыёму галасавых дадзеных з Ethernet. LM3S8962 забяспечвае сігналы кіравання і сігналы галасавых дадзеных для чыпа аўдыёдэкодэра MS6336. LM3S8962 падтрымлівае функцыю I2C. Парты PB2 і PB3 забяспечваюць тактавы сігнал I2C і сігналы дадзеных адпаведна. Гэтыя два кантакты могуць быць непасрэдна падлучаны да функцыянальных кантактаў I2C MS6336, і патрабуецца падцягвальны рэзістар. LM3S8962 не падтрымлівае фармат уводу дадзеных, неабходны MS6336. Фармат уводу дадзеных MS6336 у сістэме прымае I2S. Такім чынам, для прадастаўлення галасавых дадзеных MS6336 неабходна выкарыстоўваць праграмнае забеспячэнне порта GPIO LM3S8962 для мадэлявання фармату ўводу дадзеных I2S, які патрабуецца MS6336. У дызайне для мадэлявання гэтай функцыі выкарыстоўваюцца парты PA5, PA6 і PA7. Тры кантакту адпавядаюць сігналу выбару канала I2S, сігналу такта і сігналу дадзеных адпаведна. Злучыце гэтыя тры кантакты з функцыянальным штыфтам I2S MS6336.
Апаратная структура тэрмінала прайгравання лічбавай сістэмы галасавога вяшчання Ethernet паказана на малюнку 2.
3 Дызайн праграмнага забеспячэння сістэмы вяшчання
Праграмнае забеспячэнне сістэмы вяшчання дзеліцца на дзве часткі: сервернае праграмнае забеспячэнне сістэмы вяшчання і праграмнае забеспячэнне тэрмінальнага вяшчання.
Гэтая канструкцыя рэалізуе прайграванне галасавых дадзеных у рэжыме рэальнага часу, таму прадукцыйнасць галасавой перадачы дадзеных у рэжыме рэальнага часу павінна быць гарантавана, але патрабаванні да цэласнасці дадзеных не занадта жорсткія, і невялікая колькасць страт пакетаў не паўплывае на агульны эфект прайгравання, таму галасавыя дадзеныя сістэмы Перадача прымае рэжым перадачы UDP. У той жа час сістэма працуе ў лакальнай сетцы з меншай колькасцю часовых карыстальнікаў. Такім чынам, для спрашчэння рэалізацыі праграмнага забеспячэння тэрмінала прайгравання прынята статычнае размеркаванне IP-адрасоў.
3.1 Збор, захоўванне і перадача галасавых дадзеных на сервернай баку сістэмы вяшчання
Збор галасавых дадзеных рэалізаваны з выкарыстаннем функцый аўдыя API WAVE на нізкім узроўні. Каб не выклікаць страты галасавых дадзеных, дызайн выкарыстоўвае двайную буферызацыю для галасавых дадзеных. Працэс рэалізацыі паказаны на малюнку 3.
Калі адзін буфер запісу запоўнены, сістэма неадкладна адпраўляе іншы буфер запісу на запісвальную прыладу для працягу запісу, і прыкладная праграма павінна прачытаць дадзеныя ў поўным буферы запісу і апрацаваць іх. Затым выклічце функцыю waveInAddBuffer, каб пераназначыць буфер на прыладу запісу для перапрацоўкі.
Для прадухілення страты галасавых дадзеных у працэсе запісу недастаткова проста выкарыстоўваць падвойную буферызацыю. Варта таксама адзначыць, што калі адзін буфер запоўнены, прыкладанне будзе апрацоўваць дадзеныя ў буферы, а другі Буфер выкарыстоўваецца для запісу, і час апрацоўкі дадзеных павінен быць менш, чым час, неабходны для таго, каб другі буфер быў цалкам запісана, у адваротным выпадку першы буфер не будзе зноў прызначаны прыладзе запісу пасля запаўнення другога буфера, што прывядзе да страты галасавых дадзеных. Калі частата дыскрэтызацыі галасавога сігналу вялікая, адпаведна павелічэнне памеру буфера можа эфектыўна вырашыць гэтую праблему.
Для таго, каб захаваць трансляваны кантэнт для наступнага выкарыстання, неабходна захаваць трансляваны кантэнт у файле WAV. Файлы WAV маюць фіксаваны фармат загалоўка. Перад захаваннем галасавых дадзеных трэба ўсталяваць загаловак файла WAV, інакш захаваны файл WAV нельга прайграць. Кожны раз, калі буфер запісу запоўнены, спачатку знайдзіце канец файла WAV, а потым па чарзе запішыце сабраныя дадзеныя ў канец файла. Калі ўвесь працэс трансляцыі скончыцца, усе галасавыя дадзеныя захоўваюцца ў файле WAV, разумеючы захоўванне галасавых дадзеных.
Калі буфер запісу запоўнены, неабходна адправіць сабраныя галасавыя дадзеныя праз сетку. Пры распрацоўцы спачатку выкарыстоўвайце клас Csocket для стварэння сокета, а потым трэба толькі інкапсуляваць сабраныя дадзеныя ў IP-пакет і адправіць іх. Частата дыскрэтызацыі галасавога сігналу ў гэтай канструкцыі складае 44.1 кГц, 16-бітны двухканальны. Каб пазбегнуць страты галасавых дадзеных, памер буфера запісу ўстаноўлены ў 1024B.
3.2 Рэалізацыя рэгіянальнага вяшчання
Важным ужываннем сістэмы лічбавага галасавога вяшчання Ethernet з'яўляецца не толькі рэалізацыя вяшчання на ўсёй тэрыторыі, але і рэалізацыя функцыі мясцовага вяшчання, гэта значыць трансляцыя на прызначаны тэрмінал. Такім чынам, пакет шматадрэснай перадачы UDP выкарыстоўваецца для перадачы дадзеных пры сеткавай перадачы галасавых IP-пакетаў дадзеных. Выкарыстоўваючы для перадачы дадзеных пакеты шматканальнай перадачы, усе тэрміналы, якія ўваходзяць у групу ў лакальнай сетцы, могуць прымаць дадзеныя, рэалізуючы ўсю трансляцыю вобласці. Для таго, каб рэалізаваць функцыю мясцовага вяшчання, перад галасавымі дадзенымі ў дызайне дадаецца структура, як паказана ніжэй, і файл канфігурацыі выкарыстоўваецца для захоўвання IP-адраса кожнага тэрмінала сістэмы.
структура STRING
{Радок IPNO1;
Радок IPNO2;
...
Радок IPNO9;
Радок IPNO10};
Калі неабходна выканаць рэгіянальнае вяшчанне на пэўных тэрміналах, выберыце адпаведныя нумары гэтых тэрміналаў на панэлі сервернага боку сістэмы вяшчання (як паказана на малюнку 4). У гэты час IP-адрас абранага тэрмінала счытваецца з файла канфігурацыі і прысвойваецца адпаведнай зменнай у структуры. Калі тэрмінал атрымлівае пакет IP-адрасоў, ён спачатку судзіць, ці мае структура тую самую зменную, што і яго ўласны IP-адрас, калі ён ёсць, то дадзеныя прымаюцца і прайграваюцца, калі не, дадзеныя адкідаюцца, рэалізуючы такім чынам вобласць вяшчання функцыя. У параўнанні з метадам выкарыстання сігналу кіравання для кіравання тэрміналам прайгравання, каб далучыцца да групы шматканальнай перадачы альбо пакінуць яе, альбо дынамічна падтрымліваць складаную табліцу адлюстравання для рэалізацыі рэгіянальнай функцыі вяшчання. Гэты метад не мае патрэбы ў інтэрактыўным кіраванні тэрміналам прайгравання перад кожнай трансляцыяй, а таксама не трэба дынамічна адсочваць стан тэрмінала. Трэба толькі запісаць адпаведны IP-адрас тэрмінала ў файл канфігурацыі, калі тэрмінал упершыню далучаецца да сістэмы. Функцыя простая ў рэалізацыі.
3.3 Рэалізацыя праграмнага забеспячэння вяшчання тэрмінальнай сістэмы
Тэрмінал вяшчальнай сістэмы вяшчання дзеліцца на дзве часткі, частка прыёму гукавых дадзеных выкарыстоўваецца для прыёму галасавых дадзеных і захоўвання і перасылкі, а дэкодэр гуку ажыццяўляе пераўтварэнне ЦАП і прайграванне галасавога сігналу. Частка, якая прымае гукавыя дадзеныя, прымае праграмаванне Socket для атрымання галасавых дадзеных з Ethernet. Атрымаўшы галасавы пакет дадзеных, ён павінен спачатку вызначыць, ці з'яўляецца пакет дадзеных для сябе. Тэрмінал параўноўвае зменную ўдзельніка структуры STRING у IP-пакеце са сваім IP-адрасам, і калі якая-небудзь зменная-член роўная ўласнаму IP-адрасу, ён захоўвае дадзеныя ў пакеце, у адваротным выпадку адкідае іх.
Галасавыя дадзеныя прымаюцца і захоўваюцца ў кругавой чарзе. З-за парушэння перадачы дадзеных UDP пакеты галасавых дадзеных неабходна сартаваць пасля таго, як галасавыя дадзеныя паступаюць на канец прыёму галасавых дадзеных, каб забяспечыць паслядоўную апрацоўку галасавых дадзеных і правільнае аднаўленне галасавога сігналу. У той жа час, каб пазбегнуць дрыжання ў сетцы, дадзеныя апрацоўваюцца кожны раз, калі ў кругавой чарзе ёсць мінімум 5 пакетаў.
Фармат уводу дадзеных MS6336 у дызайне прымае фармат I2S. Паколькі LM3S8962 не падтрымлівае гэты фармат дадзеных, для рэалізацыі функцыі I2S праз порт GPIO прынята мадэляванне праграмнага забеспячэння. Для поўнага аднаўлення галасавога сігналу неабходна забяспечыць строгасць і дакладнасць часу сігналу I2S, а пераўтварэнне паміж высокім і нізкім узроўнямі ажыццяўляецца праграмай затрымкі. Часовая дыяграма I2S паказана на малюнку 5.
Часавая частата тэрмінальнай тэрмінальнай сістэмы эфірнага вяшчання складае 40 МГц, а час адпраўкі кожнага біта дадзеных складае 600 нс, разлічанае з частаты выбаркі. LM3S8962 забяспечвае галасавыя дадзеныя MS6336 і рэалізуе паслядоўную перадачу праз порт GPIO у адпаведнасці з пунктам выбаркі. Кожная кропка выбаркі змяшчае чатыры байта, а працэс адпраўкі дадзеных кропкі выбаркі паказаны на малюнку 6.
4 Аналіз вынікаў
Памер галасавога пакета дадзеных, які перадаецца сістэмай праз Ethernet, складае 1024В. Каб пазбегнуць дрыгацення сеткі, тэрмінал пачынае вяшчанне пры прыёме 5 пакетаў дадзеных. Час затрымкі трансляцыі складае каля 30 мс, што адпавядае функцыянальным паказчыкам. Серверны бок можа адначасова кантраляваць працу 10 вяшчальных тэрміналаў. Выбраўшы адпаведны нумар тэрмінала на баку сервера, можна паспяхова рэалізаваць функцыі вяшчання і мясцовага вяшчання сістэмы вяшчання.
5 Заключэнне
Зыходзячы з рэальных патрэб, мы распрацоўваем і ўкараняем лічбавую сістэму галасавога вяшчання Ethernet. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што тэрмінал прайгравання сістэмы вырашае, ці варта выконваць галасавое вяшчанне для рэалізацыі рэгіянальнага вяшчання - просты і эфектыўны спосаб рэалізацыі глабальнага вяшчання і рэгіянальнага вяшчання галасавых сігналаў. Тэрмінал сістэмнага плэера выкарыстоўвае мадэляванне праграмнага забеспячэння порта GPIO для рэалізацыі функцыі I2S, якая можа дакладна рэалізаваць час I2S, завяршыць перадачу дадзеных галасавога сігналу і рэалізаваць трансляцыю галасавога сігналу ў рэжыме рэальнага часу. Структура дызайну разумная і можа лёгка рэалізаваць пашырэнне такіх функцый, як размеркаванне часу, прайграванне музыкі, дыстанцыйнае кіраванне, маніторынг у рэжыме рэальнага часу і г. д. Гэтая канструкцыя мае важнае практычнае значэнне і стварае аснову для вырашэння вялікай і складанай трансляцыі Ethernet сістэмы.
Наш іншы прадукт:
