Selles artiklis esitatakse manustatud Etherneti digitaalse kõneülekandesüsteemi lahendus, mis võimaldab hõlpsasti realiseerida ringhäälingusüsteemi piirkondlikku ringhäälingufunktsiooni. Süsteem põhineb käsivarre arhitektuuril ja võtab piirkondliku ringhäälingu realiseerimise kontrollimiseks kasutusele süsteemi taasesituse terminali vahekohtu meetodi ning eetrisisu saab korraga esitada ja salvestada.
Etherneti digitaalne kõneülekandesüsteem viitab peamiselt ringhäälingusüsteemile, mis kasutab heli teenuste osutamiseks ülekandekeskkonnana Etherneti. Etherneti abil saab lahendada kõnesignaalide kaugülekande probleemi. Võimaldab disaineritel luua suuremahulise võrgustruktuuri, et realiseerida tuhandete digitaalsete kõnesignaalide edastamine Ethernetis, kasutades täielikult ära olemasolevaid võrguressursse, vältides liinide korduva seadistamise probleeme ning realiseerides ringhäälingu- ja arvutivõrkude integreerimise . See lahendab halva helikvaliteedi, häiretele vastuvõtlikkuse, keeruka hoolduse ja halduse ning traditsiooniliste ringhäälingusüsteemide halva suhtluse probleemid. Samal ajal on grupisuunalise ringhäälingu jaoks võimalik valida kõik, osa või konkreetsed piirkonnad, mis murrab läbi piirangu, et traditsioonilised ringhäälingusüsteemid saavad avalikku ringhäälingut teostada ainult kõigi piirkondade jaoks. Olemasolevad Etherneti digitaalsed kõneülekandesüsteemid kasutavad enamasti ringhäälinguterminali juhtimiseks signaale, et piirkondliku ringhäälingu funktsiooni realiseerimisel ühineda multicast-rühmaga või sealt lahkuda. Enne ringhäälingu realiseerimist on vaja saata kontrollsignaal, et terminal liituks multicast grupiga. Või koostage serveripoolne keerukas kaardistustabel, et säilitada taasesituse terminali olek piirkondliku ringhäälingu saavutamiseks, mida on keerulisem rakendada.
1 Konstruktsioonikujundus
See süsteem võtab kasutusele C / S struktuuri, koosneb kahest osast ringhäälingusüsteemi serveri otsast ja ringhäälingusüsteemi ringhäälinguterminalist, nagu on näidatud joonisel 1.
Ringhäälingusüsteemi server on rakendatud arvutis ja see on häälsignaalide kogumise, salvestamise ja võrgu edastamise programm, mille realiseerib VC ++. See osa kogub ja salvestab mikrofoni kaudu kõnesignaali ning edastab seejärel kõneandmed UDP kaudu Ethernetile, et realiseerida kõneandmete võrguülekandefunktsioon.
Ülekandesüsteemi taasesitusterminal on sisseehitatud terminal, mis põhineb LM3S8962-l, mis suudab vastu võtta talle Ethernet-ist saadetud IP-kõne andmepaketid ja heli dekodeerimise kiip MS6336 viib lõpule kõneandmete digitaalse / analoogmuundamise ja taasesituse
2 Ringhäälingusüsteemi leviterminali riistvara disain
Ringhäälingusüsteemi leviterminali peamine juhtkiip võtab kasutusele mikrokontrolleri LM3S8962, mille pakub LuminaryMicro. See kiibide seeria on esimene sisemise integreeritud Etherneti kontrolleriga ARM CortexTM-M3-põhine kontroller. See on tööstuse esimene ARM-kiip, mis toetab tööstuslikku Ethernetti (IEEE) ja suudab hõlpsasti rakendada võrgufunktsioone.
Helidekoodri kiip kasutab MOSA toodetud kiipi MS6336. Kiip on 16-bitine stereo-audio-analoogmuundur ja toetatud digitaalsed sisendvormingud on Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Juhtimisliides MS6336 võtab kasutusele I2C siini, liidest on lihtne seadistada. DAC-osal on täpne ja stabiilne vool koos suurepärase sümmeetrilise dekodeerimismeetodiga, mis suudab taastada kvaliteetseid helisignaale.
Peamine juhtkiip LM3S8962 on ühendatud RJ45 liidesega magnetiliste komponentide kaudu ja seda kasutatakse kõneandmete vastuvõtmiseks Ethernetist. LM3S8962 pakub audiosidekoodri kiibile MS6336 juhtsignaale ja kõneside signaale. LM3S8962 toetab funktsiooni I2C. PB2 ja PB3 pordid pakuvad vastavalt I2C kella ja andmesignaale. Neid kahte tihvti saab otse ühendada MS2 I6336C funktsionaalsete tihvtidega ja vajalik on ülestakistus. LM3S8962 ei toeta MS6336 nõutavat andmesisestusvormingut. MS6336 andmesisestusvorming süsteemis võtab kasutusele I2S. Seetõttu on kõneandmete edastamiseks MS6336-le MS3-ga nõutava I8962S-i sisendvormingu simuleerimiseks vaja kasutada LM2S6336 GPIO-pordi tarkvara. Kujunduses kasutatakse selle funktsiooni simuleerimiseks porte PA5, PA6 ja PA7. Need kolm tihvti vastavad vastavalt I2S kanalivaliku signaalile, kella signaalile ja andmesignaalile. Ühendage need kolm tihvti MS2 I6336S-funktsiooni tihvtiga.
Etherneti digitaalse kõneülekandesüsteemi taasesitusterminali riistvaraline struktuur on näidatud joonisel 2.
3 Ringhäälingusüsteemi tarkvara kujundus
Ringhäälingusüsteemi tarkvara on jagatud kaheks osaks: ringhäälingusüsteemi serveri tarkvara ja ringhäälinguterminali tarkvara.
See disain realiseerib kõneandmete reaalajas taasesituse, seega on vaja tagada kõneandmete edastamise reaalajas toimimine, kuid andmete terviklikkuse nõuded ei ole liiga ranged ja väike pakettakadu ei mõjuta üldine taasesitusefekt, seega süsteemi kõneandmed Edastus võtab kasutusele UDP edastusrežiimi. Samal ajal töötab süsteem kohtvõrgus ja ajutisi kasutajaid on vähe. Seetõttu võetakse staatiline IP-aadressi eraldamine taasesitamisterminali tarkvara realiseerimise lihtsustamiseks.
3.1 Kõneandmete kogumine, salvestamine ja edastamine ringhäälingusüsteemi serveripoolsel küljel
Häälandmete kogumine toimub madala taseme WAVE audio API funktsioonide abil. Et mitte põhjustada kõneandmete kadu, kasutab disain kõneandmete salvestamiseks topeltpuhvrit. Rakendusprotsess on näidatud joonisel 3.
Kui üks salvestuspuhver on täis, saadab süsteem salvestamise jätkamiseks kohe salvestusseadmele teise salvestuspuhvri ning rakendusprogramm peaks kogu salvestuspuhvris olevad andmed läbi lugema ja neid töötlema. Seejärel helistage funktsioonile waveInAddBuffer, et määrata puhver salvestusseadmele ümbertöötlemiseks.
Häälandmete kadumise vältimiseks salvestusprotsessis ei piisa lihtsalt topeltpuhvri kasutamisest. Samuti tuleb märkida, et kui üks puhver on täis, töötleb rakendus andmeid puhvris ja teist puhvrit kasutatakse salvestamiseks ning andmetöötlusaeg peab olema väiksem kui teise puhvri täielikuks täitmiseks vajalik aeg salvestatud, vastasel juhul pole esimest puhvrit pärast teise puhvri täitumist salvestusseadmele uuesti määratud, mis põhjustab hääleandmete kadu. Kui kõnesignaali proovikiirus on suur, võib puhvri suuruse sobiv suurendamine selle probleemi tõhusalt lahendada.
Levisisu salvestamiseks hilisemaks kasutamiseks on vaja levisisu salvestada WAV-faili. WAV-failidel on fikseeritud päisevorming. Enne häälandmete salvestamist peate määrama WAV-faili päise, vastasel juhul ei saa salvestatud WAV-faili esitada. Iga kord, kui salvestuspuhver on täis, leidke kõigepealt WAV-faili lõpp ja kirjutage seejärel kogutud andmed omakorda faili lõppu. Kui kogu ringhäälinguprotsess on läbi, salvestatakse kõik hääleandmed WAV-faili, realiseerides kõneandmete salvestamise.
Kui salvestuspuhver on täis, on vaja kogutud kõneandmed võrgu kaudu saata. Kujunduses kasutage kõigepealt sokli loomiseks klassi Csocket ja seejärel peate kogutud andmed ainult IP-paketiks kapseldama ja välja saatma. Helisignaali diskreetimissagedus on selles kujunduses 44.1 kHz, 16-bitine kahekanaliline. Kõneandmete kadumise vältimiseks määratakse salvestuspuhvri suuruseks 1024B.
3.2 Piirkondliku ringhäälingu teostamine
Digitaalse kõneside Etherneti oluline rakendus pole mitte ainult kogu ringhäälingu realiseerimine, vaid ka kohaliku ringhäälingu funktsiooni realiseerimine, st edastamine määratud terminalile. Seetõttu kasutatakse UDP multicast paketti andmete edastamiseks IP IP kõne pakettide võrgus edastamiseks. Andmete edastamiseks multisaatepakettide abil saavad kõik kohtvõrgus rühma kuuluvad terminalid andmeid vastu võtta, realiseerides kogu leviala. Kohaliku leviedastuse funktsiooni realiseerimiseks lisatakse kujunduses kõneandmete ette struktuur, nagu allpool näidatud, ja süsteemi iga terminali IP-aadressi salvestamiseks kasutatakse konfiguratsioonifaili.
02 Ringhäälingusüsteemi ringterminali riistvara kujundus
Ringhäälingusüsteemi leviterminali peamine juhtkiip võtab kasutusele mikrokontrolleri LM3S8962, mille pakub LuminaryMicro. See kiibide seeria on esimene sisemise integreeritud Etherneti kontrolleriga ARM CortexTM-M3-põhine kontroller. See on tööstuse esimene ARM-kiip, mis toetab tööstuslikku Ethernetti (IEEE) ja suudab hõlpsasti rakendada võrgufunktsioone.
Helidekoodri kiip kasutab MOSA toodetud kiipi MS6336. Kiip on 16-bitine stereo-audio-analoogmuundur ja toetatud digitaalsed sisendvormingud on Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. Juhtimisliides MS6336 võtab kasutusele I2C siini, liidest on lihtne seadistada. DAC-osal on täpne ja stabiilne vool koos suurepärase sümmeetrilise dekodeerimismeetodiga, mis suudab taastada kvaliteetseid helisignaale.
Peamine juhtkiip LM3S8962 on ühendatud RJ45 liidesega magnetiliste komponentide kaudu ja seda kasutatakse kõneandmete vastuvõtmiseks Ethernetist. LM3S8962 pakub audiosidekoodri kiibile MS6336 juhtsignaale ja kõneside signaale. LM3S8962 toetab funktsiooni I2C. PB2 ja PB3 pordid pakuvad vastavalt I2C kella ja andmesignaale. Neid kahte tihvti saab otse ühendada MS2 I6336C funktsionaalsete tihvtidega ja vajalik on ülestakistus. LM3S8962 ei toeta MS6336 nõutavat andmesisestusvormingut. MS6336 andmesisestusvorming süsteemis võtab kasutusele I2S. Seetõttu on kõneandmete edastamiseks MS6336-le MS3-ga nõutava I8962S-i sisendvormingu simuleerimiseks vaja kasutada LM2S6336 GPIO-pordi tarkvara. Kujunduses kasutatakse selle funktsiooni simuleerimiseks porte PA5, PA6 ja PA7. Need kolm tihvti vastavad vastavalt I2S kanalivaliku signaalile, kella signaalile ja andmesignaalile. Ühendage need kolm tihvti MS2 I6336S-funktsiooni tihvtiga.
Etherneti digitaalse kõneülekandesüsteemi taasesitusterminali riistvaraline struktuur on näidatud joonisel 2.
3 Ringhäälingusüsteemi tarkvara kujundus
Ringhäälingusüsteemi tarkvara on jagatud kaheks osaks: ringhäälingusüsteemi serveri tarkvara ja ringhäälinguterminali tarkvara.
See disain realiseerib kõneandmete reaalajas taasesituse, seega on vaja tagada kõneandmete edastamise reaalajas toimimine, kuid andmete terviklikkuse nõuded ei ole liiga ranged ja väike pakettakadu ei mõjuta üldine taasesitusefekt, seega süsteemi kõneandmed Edastus võtab kasutusele UDP edastusrežiimi. Samal ajal töötab süsteem kohtvõrgus, kus on vähem ajutisi kasutajaid. Seetõttu võetakse taasesituse terminali tarkvara realiseerimise lihtsustamiseks kasutusele staatiline IP-aadressi eraldamine.
3.1 Kõneandmete kogumine, salvestamine ja edastamine ringhäälingusüsteemi serveripoolsel küljel
Häälandmete kogumine toimub madala taseme WAVE audio API funktsioonide abil. Et mitte põhjustada kõneandmete kadu, kasutab disain kõneandmete salvestamiseks topeltpuhvrit. Rakendusprotsess on näidatud joonisel 3.
Kui üks salvestuspuhver on täis, saadab süsteem salvestamise jätkamiseks kohe salvestusseadmele teise salvestuspuhvri ning rakendusprogramm peaks kogu salvestuspuhvris olevad andmed läbi lugema ja neid töötlema. Seejärel helistage funktsioonile waveInAddBuffer, et määrata puhver salvestusseadmele ümbertöötlemiseks.
Häälandmete kadumise vältimiseks salvestusprotsessis ei piisa lihtsalt topeltpuhvri kasutamisest. Samuti tuleb märkida, et kui üks puhver on täis, töötleb rakendus andmeid puhvris ja teist puhvrit kasutatakse salvestamiseks ning andmetöötlusaeg peab olema väiksem kui teise puhvri täielikuks täitmiseks vajalik aeg salvestatud, vastasel juhul pole esimest puhvrit pärast teise puhvri täitumist salvestusseadmele uuesti määratud, mis põhjustab hääleandmete kadu. Kui kõnesignaali proovikiirus on suur, võib puhvri suuruse sobiv suurendamine selle probleemi tõhusalt lahendada.
Levisisu salvestamiseks hilisemaks kasutamiseks on vaja levisisu salvestada WAV-faili. WAV-failidel on fikseeritud päisevorming. Enne häälandmete salvestamist peate määrama WAV-faili päise, vastasel juhul ei saa salvestatud WAV-faili esitada. Iga kord, kui salvestuspuhver on täis, leidke kõigepealt WAV-faili lõpp ja kirjutage seejärel kogutud andmed omakorda faili lõppu. Kui kogu ringhäälinguprotsess on läbi, salvestatakse kõik hääleandmed WAV-faili, realiseerides kõneandmete salvestamise.
Kui salvestuspuhver on täis, on vaja kogutud kõneandmed võrgu kaudu saata. Kujunduses kasutage kõigepealt sokli loomiseks klassi Csocket ja seejärel peate kogutud andmed ainult IP-paketiks kapseldama ja välja saatma. Helisignaali diskreetimissagedus on selles kujunduses 44.1 kHz, 16-bitine kahekanaliline. Kõneandmete kadumise vältimiseks määratakse salvestuspuhvri suuruseks 1024B.
3.2 Piirkondliku ringhäälingu teostamine
Digitaalse kõneside Etherneti oluline rakendus pole mitte ainult kogu ringhäälingu realiseerimine, vaid ka kohaliku ringhäälingu funktsiooni realiseerimine, st edastamine määratud terminalile. Seetõttu kasutatakse UDP multicast paketti andmete edastamiseks IP IP kõne pakettide võrgus edastamiseks. Andmete edastamiseks multisaatepakettide abil saavad kõik kohtvõrgus rühma kuuluvad terminalid andmeid vastu võtta, realiseerides kogu leviala. Kohaliku leviedastuse funktsiooni realiseerimiseks lisatakse kujunduses kõneandmete ette struktuur, nagu allpool näidatud, ja süsteemi iga terminali IP-aadressi salvestamiseks kasutatakse konfiguratsioonifaili.
struktureerida STRING
{String IPNO1;
String IPNO2;
...
String IPNO9;
String IPNO10};
Kui on vaja teostada piirkondlikku ringhäälingut teatud terminalides, valige nende terminalide vastavad numbrid ringhäälingusüsteemi serveripoole paneelilt (nagu on näidatud joonisel 4). Sel ajal loetakse konfiguratsioonifailist valitud terminali IP-aadress ja määratakse struktuuris vastav muutuja. Kui terminal saab IP-multisaatepaketi, otsustab ta kõigepealt, kas struktuuril on sama muutuja kui tema enda IP-aadressil, kui see on olemas, siis andmed võetakse vastu ja esitatakse, kui ei, siis andmed visatakse kõrvale, realiseerides seega ala Broadcast funktsioon. Võrreldes meetodiga, kuidas juhtimissignaali kasutatakse taasesituse terminali juhtimiseks multisaategrupiga liitumiseks või sealt lahkumiseks või piirkondliku ringhäälingufunktsiooni rakendamiseks dünaamiliselt keeruka kaardistustabeli hooldamiseks. See meetod ei pea taasesitusterminali interaktiivselt juhtima enne iga ülekannet ega ka dünaamiliselt terminali olekut. See peab terminali vastava IP-aadressi konfiguratsioonifaili kirjutama alles siis, kui terminal liitub süsteemiga esimest korda. Funktsiooni on lihtne rakendada.
3.3 Levisüsteemi leviterminalide tarkvara realiseerimine
Ringhäälingusüsteemi leviterminal jaguneb realiseerimiseks kaheks osaks, heli andmete vastuvõtmise osa kasutatakse kõne andmete vastuvõtmiseks ning salvestamiseks ja edastamiseks ning heli dekooder realiseerib D / A teisendamise ja kõnesignaali taasesituse. Heli andmete vastuvõtmise osa võtab Socket-programmeerimise vastu kõneandmete vastuvõtmiseks Ethernetist. Pärast kõneandmete paketi kättesaamist peab ta kõigepealt otsustama, kas andmepakett on tema enda jaoks. Terminal võrdleb IP-paketis oleva struktuuri STRING liikme muutujat oma IP-aadressiga ja kui mõni liikme muutuja on võrdne tema enda IP-aadressiga, salvestab ta andmed paketti, muidu viskab need kõrvale.
Hääleandmed võetakse vastu ja hoitakse ringjärjekorras. UDP andmeedastuse häire tõttu tuleb kõneandmete paketid pärast kõneandmete vastuvõtmist kõneandmete vastuvõtmise otsas sorteerida, et tagada kõneandmete järjestikune töötlemine ja häälesignaali õige taastamine. Samal ajal töödeldakse võrgu värisemise vältimiseks andmeid iga kord, kui ümmarguses järjekorras on vähemalt 5 paketti.
Kujunduse MS6336 andmesisestusvorming võtab kasutusele I2S-vormingu. Kuna LM3S8962 ei toeta seda andmevormingut, kasutatakse tarkvara simulatsiooni I2S-funktsiooni realiseerimiseks GPIO-pordi kaudu. Helisignaali täielikuks taastamiseks on vaja tagada, et I2S-signaali ajastus on range ja täpne ning kõrge ja madala taseme teisendamine toimub viivitusprogrammi abil. I2Si ajastusdiagramm on näidatud joonisel 5.
Ülekandesüsteemi leviterminali taktsagedus on 40 MHz ja iga andmebiti saatmise aeg on 600 ns, arvutatuna diskreetimissageduse järgi. LM3S8962 edastab kõneandmed seadmele MS6336 ja realiseerib seeriaedastuse GPIO porti kaudu vastavalt proovivõtupunktile. Iga proovivõtupunkt sisaldab nelja baiti ja proovivõtupunkti andmete saatmise protsess on näidatud joonisel 6.
4 Tulemuste analüüs
Süsteemi poolt Etherneti kaudu edastatud kõneandmete paketi suurus on 1024B. Võrgu värisemise vältimiseks alustab terminal ülekannet 5 andmepaketi vastuvõtmisel. Leviedastuse viivitusaeg on umbes 30 ms, mis vastab funktsionaalsetele näitajatele. Serveripool saab korraga juhtida 10 ringhäälinguterminali tööd. Valides serveripoolelt vastava terminali numbri, saab edukalt realiseerida ringhäälingusüsteemi kogu ringhäälingu ja kohaliku ringhäälingu funktsioonid.
5i kokkuvõte
Alustades tegelikest vajadustest, kavandame ja juurutame Etherneti digitaalse kõneülekandesüsteemi. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et süsteemi taasesitusterminal otsustab, kas piirkondliku ringhäälingu teostamiseks on hääleülekanne lihtne ja tõhus viis ülemaailmse ringhäälingu ja piirkondlike kõnesignaalide edastamiseks. Süsteemimängija terminal võtab I2S-funktsiooni realiseerimiseks kasutusele GPIO-pordi tarkvara simulatsiooni, mis võimaldab täpselt realiseerida I2S-i ajastuse, viia lõpule kõnesignaali andmeedastuse ja realiseerida kõnesignaali reaalajas edastamise. Kujundusstruktuur on mõistlik ja suudab hõlpsasti realiseerida funktsioonide laiendamist, nagu ülekande ajastus, muusika taasesitus, kaughaldus, reaalajas jälgimine jne. Sellel kujundusel on oluline praktiline tähtsus ja see loob aluse suurte ja keerukate Etherneti ülekannete lahendamiseks süsteemid.
Meie teise tootega:
