Ez a cikk egy beágyazott Ethernet digitális hangszóró rendszer megoldást nyújt, amely könnyen megvalósíthatja a műsorszóró rendszer regionális műsorszórási funkcióját. A rendszer a kar architektúráján alapul, és a regionális lejátszás megvalósításának vezérlése érdekében alkalmazza a rendszerlejátszási terminál arbitrázs módszerét, és az adás tartalma egyszerre játszható le és menthető el.
Az Ethernet digitális hangszóró rendszer főleg arra a műsorszóró rendszerre vonatkozik, amely az Ethernet szolgáltatást használja átviteli közegként audio szolgáltatások nyújtásához. Az Ethernet segítségével megoldható a hangjelek távolsági továbbításának problémája. Lehetővé teszi a tervezők számára, hogy egy nagyméretű hálózati struktúrát hozzanak létre több ezer digitális hangjel továbbításának megvalósítására az Ethernet-en, teljes mértékben kihasználva a meglévő hálózati erőforrásokat, elkerülve a sorok ismételt felállításával járó problémákat, és megvalósítva a műsorszóró és a számítógépes hálózatok integrációját. . Megoldja a rossz hangminőség, az interferencia-érzékenység, a komplex karbantartás és kezelés, valamint a hagyományos műsorszóró rendszerek rossz interakciójának problémáit. Ugyanakkor lehetőség van az irányított csoportos műsorszórás összes, egy részének vagy egy meghatározott területének kiválasztására, amely áttörja azt a korlátozást, hogy a hagyományos műsorszóró rendszerek csak az összes terület számára képesek nyilvános műsorszolgáltatást végezni. A meglévő Ethernet digitális hangszóró rendszerek többnyire vezérlőjeleket használnak a műsorterminál vezérléséhez, hogy csatlakozzanak a multicast csoporthoz vagy elhagyják őket a regionális műsorszórási funkció megvalósításában. Szükséges egy vezérlőjel küldése annak érdekében, hogy a terminál csatlakozzon a multicast csoporthoz, mielőtt a sugárzás megvalósítható lenne. , Vagy hozzon létre egy komplex leképezési táblázatot a szerver oldalon a lejátszási terminál állapotának fenntartása érdekében a regionális műsorszórás elérése érdekében, amelynek végrehajtása bonyolultabb.
1 Szerkezeti tervezés
Ez a rendszer átveszi a C / S struktúrát, az adórendszer szerver végének és a műsorszóró rendszer műsortermináljának két részéből áll, az 1. ábra szerint.
A műsorszóró rendszer szervere PC-n van megvalósítva, és ez a hangjelek gyűjtésének, tárolásának és hálózati továbbításának programja, amelyet a VC ++ valósít meg. Ez a rész mikrofonon keresztül gyűjti és tárolja a hangjelet, majd a hangadatokat UDP-n keresztül továbbítja az Ethernet felé, hogy megvalósítsa a hangadatok hálózati továbbítási funkcióját.
A műsorszóró rendszer lejátszási terminálja az LM3S8962 alapú beágyazott terminál, amely képes fogadni az Ethernetről neki küldött IP hangadatcsomagokat, és az MS6336 audio dekódoló chip befejezi a hangadatok digitális / analóg átalakítását és lejátszását.
2 Műsorszóró rendszer műsortermináljának hardverterve
A műsorszóró rendszer műsortermináljának fő vezérlő chipje átveszi a LuminaryMicro által biztosított LM3S8962 mikrovezérlőt. Ez a chipsorozat az első ARM CortexTM-M3 alapú vezérlő belső integrált Ethernet vezérlővel. Ez az iparág első ARM chipje, amely támogatja az ipari Ethernet-t (IEEE), és könnyedén megvalósíthatja a hálózati funkciókat.
Az audio dekóder chip az M6336A által gyártott MS16 chipet használja. A chip egy 2 bites sztereó audio-analóg átalakító, és a támogatott digitális bemeneti formátumok: Right Justifl-ed, Left Justified, I6336S. Az MS2 vezérlő interfész átveszi az IXNUMXC buszt, az interfész könnyen beállítható. A DAC rész pontos és stabil árammal rendelkezik, kiváló szimmetrikus dekódolási módszerrel kombinálva, kiváló minőségű hangjeleket képes reprodukálni.
Az LM3S8962 fő vezérlő chip mágneses alkatrészeken keresztül csatlakozik az RJ45 interfészhez, és arra szolgál, hogy hangadatokat fogadjon az Ethernet-ről. Az LM3S8962 vezérlőjeleket és hangadatjeleket biztosít az MS6336 audio dekóder chiphez. Az LM3S8962 támogatja az I2C funkciót. A PB2 és a PB3 port I2C órajelet, illetve adatjelet szolgáltat. Ez a két érintkező közvetlenül összekapcsolható az MS2 I6336C funkciós csapjaival, és szükség van egy felhúzási ellenállásra. Az LM3S8962 nem támogatja az MS6336 által megkövetelt adatbeviteli formátumot. Az MS6336 adatbeviteli formátuma a rendszerben átveszi az I2S-t. Ezért a hangadatok MS6336-hoz történő továbbításához az LM3S8962 GPIO port szoftverével kell szimulálni az MS2 által megkívánt I6336S adatbeviteli formátumot. A tervezés során a PA5, PA6 és PA7 portokat használják ennek a funkciónak a szimulálására. A három érintkező megfelel az I2S csatornaválasztó jelnek, az órajelnek és az adatjelnek. Csatlakoztassa ezt a három csapot az MS2 I6336S funkciós tűjéhez.
Az Ethernet digitális hangszóró rendszer lejátszási termináljának hardverszerkezete a 2. ábrán látható.
3 Műsorszóró rendszer szoftverének tervezése
A műsorszóró rendszer szoftvere két részre oszlik: műsorszóró rendszerkiszolgáló szoftver és műsorszóró terminál szoftver.
Ez a kialakítás valósítja meg a hangadatok valós idejű lejátszását, ezért garantálni kell a hangátviteli adatok valós idejű teljesítményét, de az adatintegritás követelményei nem túl szigorúak, és a csomagok kis mennyisége nem fogja befolyásolni a általános lejátszási effektus, tehát a rendszer hangadatai Az átvitel UDP átviteli módot alkalmaz. Ugyanakkor a rendszer a helyi hálózatban működik, és kevés ideiglenes felhasználó van. Ezért a statikus IP-cím kiosztást a lejátszási terminál szoftver megvalósításának egyszerűsítése érdekében alkalmazzák.
3.1 Hangadatok gyűjtése, tárolása és továbbítása a műsorszóró rendszer szerver oldalán
A hangadatok gyűjtése alacsony szintű WAVE audio API funkciók segítségével valósul meg. Annak érdekében, hogy ne okozza a hangadatok elvesztését, a tervezés kettős pufferelést alkalmaz a hangadatok tárolására. A megvalósítás folyamatát a 3. ábra mutatja.
Amikor az egyik rögzítési puffer megtelt, a rendszer azonnal továbbít egy másik rögzítési puffert a rögzítő eszközre a felvétel folytatásához, és az alkalmazás programjának el kell olvasnia a teljes rögzítési pufferben lévő adatokat, és azokat feldolgoznia kell. Ezután hívja meg a waveInAddBuffer függvényt a puffer újbóli újrafeldolgozásához.
A hangadatok elvesztésének megakadályozása érdekében a felvétel során nem elegendő egyszerűen kettős pufferelést használni. Azt is meg kell jegyezni, hogy amikor az egyik puffer megtelt, az alkalmazás a pufferben lévő adatokat dolgozza fel, a második pedig a puffert használja a felvételhez, és az adatfeldolgozási időnek kevesebbnek kell lennie, mint a második puffer teljes feltöltéséhez szükséges idő rögzítve van, különben az első puffert nem rendelték újra a felvevő eszközhöz, miután a második puffer megtelt, ami hangadatok elvesztését okozza. Ha a hangjel mintavételi aránya nagy, a puffer méretének megfelelő növelése hatékonyan megoldhatja ezt a problémát.
A sugárzott tartalom későbbi felhasználáshoz történő mentése érdekében el kell menteni a sugárzott tartalmat WAV fájlba. A WAV fájlok rögzített fejléc formátumúak. A hangadatok mentése előtt be kell állítania a WAV fájl fejlécét, különben a mentett WAV fájl nem játszható le. Minden alkalommal, amikor a rögzítési puffer megtelt, először keresse meg a WAV fájl végét, majd az összegyűjtött adatokat egymás után írja a fájl végére. Amikor a teljes sugárzási folyamat véget ér, az összes hangadatot a WAV fájlba menti, ezzel megvalósítva a hangadatok tárolását.
Ha a felvételi puffer megtelt, el kell küldeni az összegyűjtött hangadatokat a hálózaton keresztül. A tervezés során először a Csocket osztály használatával hozzon létre egy foglalatot, majd csak az összegyűjtött adatokat kell IP csomagba tömörítenie és elküldenie. A hangjel mintavételi frekvenciája ebben a kivitelben 44.1 kHz, 16 bites kétcsatornás. A hangadatok elvesztésének elkerülése érdekében a felvételi puffer méretét 1024B-ra állítjuk.
3.2 A regionális műsorszolgáltatás megvalósítása
Az Ethernet digitális hangszórórendszer fontos alkalmazása nemcsak a teljes körű műsorszórás megvalósítása, hanem a helyi műsorszórás funkció megvalósítása, vagyis a kijelölt terminálra történő sugárzás. Ezért az UDP multicast csomagot adatátvitelre használják a hang IP-csomagok hálózati továbbításakor. Az adatátvitelhez multicast csomagok segítségével a helyi hálózatban a csoporthoz tartozó összes terminál képes fogadni az adatokat, megvalósítva az egész területi adást. A helyi sugárzási funkció megvalósítása érdekében a tervezés során a hangadatok elé egy struktúrát adunk, amint az alább látható, és egy konfigurációs fájlt használunk a rendszer minden termináljának IP-címének tárolására.
02 Műsorszóró rendszer műsortermináljának hardverterve
A műsorszóró rendszer műsortermináljának fő vezérlő chipje átveszi a LuminaryMicro által biztosított LM3S8962 mikrovezérlőt. Ez a chipsorozat az első ARM CortexTM-M3 alapú vezérlő belső integrált Ethernet vezérlővel. Ez az iparág első ARM chipje, amely támogatja az ipari Ethernet-t (IEEE), és könnyedén megvalósíthatja a hálózati funkciókat.
Az audio dekóder chip az M6336A által gyártott MS16 chipet használja. A chip egy 2 bites sztereó audio-analóg átalakító, és a támogatott digitális bemeneti formátumok: Right Justifl-ed, Left Justified, I6336S. Az MS2 vezérlő interfész átveszi az IXNUMXC buszt, az interfész könnyen beállítható. A DAC rész pontos és stabil árammal rendelkezik, kiváló szimmetrikus dekódolási módszerrel kombinálva, kiváló minőségű hangjeleket képes reprodukálni.
Az LM3S8962 fő vezérlő chip mágneses alkatrészeken keresztül csatlakozik az RJ45 interfészhez, és arra szolgál, hogy hangadatokat fogadjon az Ethernet-ről. Az LM3S8962 vezérlőjeleket és hangadatjeleket biztosít az MS6336 audio dekóder chiphez. Az LM3S8962 támogatja az I2C funkciót. A PB2 és a PB3 port I2C órajelet, illetve adatjelet szolgáltat. Ez a két érintkező közvetlenül összekapcsolható az MS2 I6336C funkciós csapjaival, és szükség van egy felhúzási ellenállásra. Az LM3S8962 nem támogatja az MS6336 által megkövetelt adatbeviteli formátumot. Az MS6336 adatbeviteli formátuma a rendszerben átveszi az I2S-t. Ezért a hangadatok MS6336-hoz történő továbbításához az LM3S8962 GPIO port szoftverével kell szimulálni az MS2 által megkívánt I6336S adatbeviteli formátumot. A tervezés során a PA5, PA6 és PA7 portokat használják ennek a funkciónak a szimulálására. A három érintkező megfelel az I2S csatornaválasztó jelnek, az órajelnek és az adatjelnek. Csatlakoztassa ezt a három csapot az MS2 I6336S funkciós tűjéhez.
Az Ethernet digitális hangszóró rendszer lejátszási termináljának hardverszerkezete a 2. ábrán látható.
3 Műsorszóró rendszer szoftverének tervezése
A műsorszóró rendszer szoftvere két részre oszlik: műsorszóró rendszerkiszolgáló szoftver és műsorszóró terminál szoftver.
Ez a kialakítás valósítja meg a hangadatok valós idejű lejátszását, ezért garantálni kell a hangátviteli adatok valós idejű teljesítményét, de az adatintegritás követelményei nem túl szigorúak, és a csomagok kis mennyisége nem befolyásolja a általános lejátszási effektus, tehát a rendszer hangadatai Az átvitel UDP átviteli módot alkalmaz. Ugyanakkor a rendszer egy helyi hálózatban működik, kevesebb ideiglenes felhasználóval. Ezért a statikus IP-cím kiosztást alkalmazzák a lejátszási terminál szoftver megvalósításának egyszerűsítése érdekében.
3.1 Hangadatok gyűjtése, tárolása és továbbítása a műsorszóró rendszer szerver oldalán
A hangadatok gyűjtése alacsony szintű WAVE audio API funkciók segítségével valósul meg. Annak érdekében, hogy ne okozza a hangadatok elvesztését, a tervezés kettős pufferelést alkalmaz a hangadatok tárolására. A megvalósítás folyamatát a 3. ábra mutatja.
Amikor az egyik rögzítési puffer megtelt, a rendszer azonnal továbbít egy másik rögzítési puffert a rögzítő eszközre a felvétel folytatásához, és az alkalmazás programjának el kell olvasnia a teljes rögzítési pufferben lévő adatokat, és azokat feldolgoznia kell. Ezután hívja meg a waveInAddBuffer függvényt a puffer újbóli újrafeldolgozásához.
A hangadatok elvesztésének megakadályozása érdekében a felvétel során nem elegendő egyszerűen kettős pufferelést használni. Azt is meg kell jegyezni, hogy amikor az egyik puffer megtelt, az alkalmazás a pufferben lévő adatokat dolgozza fel, a második pedig a puffert használja a felvételhez, és az adatfeldolgozási időnek kevesebbnek kell lennie, mint a második puffer teljes feltöltéséhez szükséges idő rögzítve van, különben az első puffert nem rendelték újra a felvevő eszközhöz, miután a második puffer megtelt, ami hangadatok elvesztését okozza. Ha a hangjel mintavételi aránya nagy, a puffer méretének megfelelő növelése hatékonyan megoldhatja ezt a problémát.
A sugárzott tartalom későbbi felhasználáshoz történő mentése érdekében el kell menteni a sugárzott tartalmat WAV fájlba. A WAV fájlok rögzített fejléc formátumúak. A hangadatok mentése előtt be kell állítania a WAV fájl fejlécét, különben a mentett WAV fájl nem játszható le. Minden alkalommal, amikor a rögzítési puffer megtelt, először keresse meg a WAV fájl végét, majd az összegyűjtött adatokat egymás után írja a fájl végére. Amikor a teljes sugárzási folyamat véget ér, az összes hangadatot a WAV fájlba menti, ezzel megvalósítva a hangadatok tárolását.
Ha a felvételi puffer megtelt, el kell küldeni az összegyűjtött hangadatokat a hálózaton keresztül. A tervezés során először a Csocket osztály használatával hozzon létre egy foglalatot, majd csak az összegyűjtött adatokat kell IP csomagba tömörítenie és elküldenie. A hangjel mintavételi frekvenciája ebben a kivitelben 44.1 kHz, 16 bites kétcsatornás. A hangadatok elvesztésének elkerülése érdekében a felvételi puffer méretét 1024B-ra állítjuk.
3.2 A regionális műsorszolgáltatás megvalósítása
Az Ethernet digitális hangszórórendszer fontos alkalmazása nemcsak a teljes körű műsorszórás megvalósítása, hanem a helyi műsorszórás funkció megvalósítása, vagyis a kijelölt terminálra történő sugárzás. Ezért az UDP multicast csomagot adatátvitelre használják a hang IP-csomagok hálózati továbbításakor. Az adatátvitelhez multicast csomagok segítségével a helyi hálózatban a csoporthoz tartozó összes terminál képes fogadni az adatokat, megvalósítva az egész területi adást. A helyi sugárzási funkció megvalósítása érdekében a tervezés során a hangadatok elé egy struktúrát adunk, amint az alább látható, és egy konfigurációs fájlt használunk a rendszer minden termináljának IP-címének tárolására.
STRING struktúra
{Karakterlánc IPNO1;
Karakterlánc IPNO2;
...
Karakterlánc IPNO9;
Karakterlánc IPNO10};
Ha bizonyos terminálokon regionális műsorszórást kell végrehajtani, válassza ki ezeknek a termináloknak a megfelelő számát a műsorszóró rendszer szerveroldali paneljén (a 4. ábra szerint). Ekkor a kiválasztott terminál IP-címe kiolvasásra kerül a konfigurációs fájlból, és a struktúra megfelelő változójához van rendelve. Amikor a terminál megkapja az IP multicast csomagot, először megítéli, hogy a struktúrának ugyanaz a változója van-e, mint a saját IP-címének, ha van, akkor az adatokat fogadják és lejátszják, ha nem, akkor az adatokat elvetik, ezzel megvalósítva a Broadcast területet funkció. Összehasonlítva azzal a módszerrel, hogy egy vezérlőjelet használnak a lejátszási terminál vezérlésére a multicast csoporthoz való csatlakozáshoz vagy elhagyásához, vagy egy komplex leképezési tábla dinamikus fenntartásához a regionális broadcast funkció megvalósításához. Ennek a módszernek nem kell interaktív módon vezérelnie a lejátszási terminált minden egyes adás előtt, és nem is kell dinamikusan nyomon követnie a terminál állapotát. Csak akkor kell beírnia a terminál megfelelő IP-címét a konfigurációs fájlba, amikor a terminál először csatlakozik a rendszerhez. A funkció egyszerűen megvalósítható.
3.3 A műsorszóró rendszer műsorszolgáltató szoftverének megvalósítása
A műsorszóró rendszer műsorterminálja két részre oszlik a megvalósítás érdekében, a hangadatok vevő részét a hangadatok fogadására, tárolására és továbbítására használják, az audio dekóder pedig megvalósítja a hangjel D / A átalakítását és lejátszását. A hangadatokat vevő rész a Socket programozást alkalmazza, hogy hangadatokat fogadjon az Ethernet-ről. A hangadatcsomag vétele után először meg kell ítélnie, hogy az adatcsomag magának való-e. A terminál összehasonlítja az IP csomag STRING struktúrájának tagváltozóját a saját IP-címével, és ha bármely tagváltozó megegyezik a saját IP-címével, akkor az adatokat a csomagban tárolja, különben eldobja.
A hangadatokat kör alakú sorban fogadják és tárolják. Az UDP adatátvitel zavara miatt a hangadatcsomagokat szét kell válogatni, miután a hangadatokat a hangadatfogadó végén megkapta, hogy biztosítsák a hangadatok szekvenciális feldolgozását és a helyes helyreállítási hangjelet. Ugyanakkor a hálózati rázkódás elkerülése érdekében az adatokat minden alkalommal feldolgozzuk, amikor legalább 5 csomag van a kör alakú sorban.
Az MS6336 adatbeviteli formátuma a tervben I2S formátumot vesz fel. Mivel az LM3S8962 nem támogatja ezt az adatformátumot, szoftver szimulációt alkalmaznak az I2S funkció GPIO porton keresztül történő megvalósításához. A hangjel teljes helyreállításához biztosítani kell, hogy az I2S jel időzítése szigorú és pontos legyen, és a magas és alacsony szint közötti átalakítást késleltető program valósítsa meg. Az I2S időzítési diagramját az 5. ábra mutatja.
A műsorszóró rendszer által sugárzott terminál órajel-frekvenciája 40 MHz, és az egyes adatbitek küldésének ideje 600 ns a mintavételi frekvenciából számítva. Az LM3S8962 hangadatokat juttat el az MS6336-hoz, és soros adást valósít meg a GPIO porton keresztül, a mintavételi pont szerint. Minden mintavételi pont négy bájtot tartalmaz, és a mintavételi pont adatküldési folyamata a 6. ábrán látható.
4 Eredményelemzés
A rendszer által Etherneten keresztül továbbított hang-adatcsomag mérete 1024B. A hálózati rázkódás elkerülése érdekében a terminál 5 adatcsomag vételekor kezdi el sugározni. A műsorszórás késleltetési ideje körülbelül 30 ms, amely megfelel a funkcionális mutatóknak. A szerveroldal egyszerre 10 műsorterminál munkáját irányíthatja. A kiszolgálói oldalon a megfelelő terminálszám kiválasztásával sikeresen megvalósítható a műsorszóró rendszer teljes területi sugárzási és helyi műsorszórási funkciója.
Következtetés 5
A tényleges igényektől kiindulva tervezünk és megvalósítunk egy Ethernet digitális hangszóró rendszert. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a rendszer lejátszási terminálja eldönti, hogy a regionális műsorszórás megvalósításához hangszórást kíván-e végrehajtani, ez egy egyszerű és hatékony módszer a globális műsorszórás és a hangjelek regionális közvetítésének megvalósítására. A rendszerlejátszó terminál GPIO port szoftver szimulációt alkalmaz az I2S funkció megvalósításához, amely pontosan képes megvalósítani az I2S időzítést, befejezni a hangjel adatátvitelét és megvalósítani a hangjel valós idejű sugárzását. A tervszerkezet ésszerű, és könnyen megvalósíthatja a funkciók bővítését, mint például az időzített adás, a zenelejátszás, a távfelügyelet, a valós idejű monitorozás stb. Ez a kialakítás fontos gyakorlati jelentőséggel bír, és megalapozza a nagy és összetett Ethernet adások megoldását rendszerek.
Másik termék:
