Denne artikel indeholder en indbygget Ethernet digital stemmesendingssystemsløsning, som let kan realisere den regionale udsendelsesfunktion i udsendelsessystemet. Systemet er baseret på armarkitekturen og anvender metoden til systemafspilning af terminalvoldgift for at kontrollere realiseringen af regional udsendelse, og udsendelsesindholdet kan afspilles og gemmes samtidigt.
Ethernet digital stemmesendingssystem henviser hovedsageligt til det sendesystem, der bruger Ethernet som transmissionsmedium til at levere lydtjenester. Ethernet kan bruges til at løse problemet med langdistanceoverførsel af talesignaler. Tillader designere at oprette en storstilet netværksstruktur for at realisere transmission af tusindvis af digitale stemmesignaler på Ethernet, ved at udnytte eksisterende netværksressourcer fuldt ud, undgå besværet med gentagne opsætninger af linjer og realisere integrationen af tv- og computernetværk . Det løser problemerne med dårlig lydkvalitet, modtagelighed for interferens, kompleks vedligeholdelse og styring og dårlig interaktion i traditionelle radiosystemer. Samtidig er det muligt at vælge alle, dele eller specifikke områder til retningsbestemt gruppesending, hvilket bryder gennem begrænsningen om, at traditionelle radiosystemer kun kan udføre offentlig transmission i alle områder. Eksisterende Ethernet digitale stemmesendingssystemer bruger for det meste styresignaler til at styre transmissionsterminalen for at slutte sig til eller forlade multicast-gruppen for at realisere den regionale udsendelsesfunktion. Det er nødvendigt at sende et styresignal for at få terminalen til at slutte sig til multicast-gruppen, før udsendelsen kan realiseres. , Eller opret en kompleks kortlægningstabel på serversiden for at opretholde afspilningsterminalens tilstand for at opnå regional udsendelse, hvilket er mere kompliceret at implementere.
1 Strukturelt design
Dette system vedtager C / S-struktur, består af to dele af udsendelsesserverens ende og udsendelsesterminal for udsendelsessystemet, som vist i fig. 1.
Broadcast-systemets server er implementeret på en pc, og det er et program til stemmesignalopsamling, -lagring og -netværkstransmission realiseret af VC ++. Denne del samler og gemmer stemmesignalet gennem en mikrofon og sender derefter stemmedataene til Ethernet via UDP for at realisere stemmedatas netværksoverføringsfunktion.
Broadcast-systemets afspilningsterminal er en indlejret terminal baseret på LM3S8962, som kan modtage IP-stemmedatapakker sendt til den fra Ethernet, og lydafkodningschippen MS6336 fuldender den digitale / analoge konvertering og afspilning af stemmedataene.
2 Broadcast-system transmitteret terminalhardwaredesign
Hovedkontrolchippen i udsendelsesterminalens udsendelsesterminal vedtager mikrocontrolleren LM3S8962 leveret af LuminaryMicro. Denne serie chips er den første ARM CortexTM-M3-baserede controller med en intern integreret Ethernet-controller. Det er branchens første ARM-chip, der understøtter Industrial Ethernet (IEEE) og let kan implementere netværksfunktioner.
Audio dekoder chip bruger MS6336 chip produceret af MOSA. Chippen er en 16-bit stereolyd digital-til-analog konverter, og de understøttede digitale inputformater er Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336 kontrolgrænseflade vedtager I2C-bus, grænsefladen er let at indstille. DAC-delen har nøjagtig og stabil strøm kombineret med en fremragende symmetrisk afkodningsmetode, der kan gengive lydsignaler af høj kvalitet.
Hovedkontrolchippen LM3S8962 er forbundet til RJ45-grænsefladen via magnetiske komponenter og bruges til at modtage stemmedata fra Ethernet. LM3S8962 leverer styresignaler og stemmedatasignaler til lyddekoderchippen MS6336. LM3S8962 understøtter I2C-funktion. PB2- og PB3-porte leverer henholdsvis I2C-ur og datasignaler. Disse to ben kan tilsluttes direkte til I2C-funktionstappene på MS6336, og der kræves en pull-up-modstand. LM3S8962 understøtter ikke det datainputformat, der kræves af MS6336. Dataindtastningsformatet af MS6336 i systemet vedtager I2S. For at levere stemmedata til MS6336 er det derfor nødvendigt at bruge GPIO-portsoftware fra LM3S8962 til at simulere det I2S-datainputformat, der kræves af MS6336. I designet bruges PA5-, PA6- og PA7-porte til at simulere denne funktion. De tre ben svarer til henholdsvis I2S-kanalvalgssignalet, kloksignalet og datasignalet. Tilslut disse tre ben til I2S-funktionsnålen på MS6336.
Hardwarestrukturen til afspilningsterminalen til Ethernet digital voice broadcasting system er vist i figur 2.
3 Broadcastingsystemsoftwaredesign
Broadcasting-systemsoftwaren er opdelt i to dele: Broadcasting-systemserversoftware og radioterminalsoftware.
Dette design realiserer afspilning af stemmedata i realtid, så det er nødvendigt at garantere realtidsydelsen af stemmedatatransmission, men kravene til dataintegritet er ikke for strenge, og en lille mængde pakketab påvirker ikke samlet afspilningseffekt, så systemets stemmedata Transmissionen vedtager UDP-transmissionstilstand. Samtidig fungerer systemet i det lokale netværk, og der er få midlertidige brugere. Derfor vedtages den statiske IP-adressetildeling for at forenkle realiseringen af afspilningsterminalsoftwaren.
3.1 Indsamling, lagring og transmission af stemmedata på tv-systemets serverside
Samlingen af stemmedata implementeres ved hjælp af lavt niveau WAVE audio API-funktioner. For ikke at medføre tab af stemmedata bruger designet dobbeltbuffering til lagring af stemmedata. Implementeringsprocessen er vist i figur 3.
Når en optagelsesbuffer er fuld, sender systemet straks en anden optagelsesbuffer til optageenheden for at fortsætte optagelsen, og applikationsprogrammet skal læse dataene i den fulde optagelsesbuffer og behandle dem. Ring derefter til waveInAddBuffer-funktionen for at tildele bufferen til optageenheden til genbrug.
For at forhindre tab af stemmedata under optageprocessen er det ikke nok blot at bruge dobbeltbuffering. Det skal også bemærkes, at når en buffer er fuld, behandler applikationen dataene i bufferen, og den anden. Bufferen bruges til optagelse, og databehandlingstiden skal være mindre end den tid, der kræves, før den anden buffer er fuldt ud optaget, ellers er den første buffer ikke blevet tildelt optageenheden igen, når den anden buffer er fuld, hvilket vil medføre tab af stemmedata. Når stemmesignalets samplingshastighed er stor, kan en forøgelse af bufferstørrelsen på passende måde effektivt løse dette problem.
For at gemme udsendelsesindholdet til senere brug er det nødvendigt at gemme udsendelsesindholdet i en WAV-fil. WAV-filer har et fast headerformat. Før du gemmer stemmedata, skal du indstille overskriften på WAV-filen, ellers kan den gemte WAV-fil ikke afspilles. Hver gang optagelsesbufferen er fuld, skal du først finde slutningen på WAV-filen og derefter skrive de indsamlede data i slutningen af filen igen. Når hele udsendelsesprocessen er overstået, gemmes alle stemmedata i WAV-filen og realiserer lagring af stemmedata.
Når en optagelsesbuffer er fuld, er det nødvendigt at sende de indsamlede stemmedata gennem netværket. I designet skal du først bruge Csocket-klassen til at oprette en sokkel og derefter kun behøve at indkapsle de indsamlede data i en IP-pakke og sende den ud. Samplingshastigheden for stemmesignalet i dette design er 44.1 kHz, 16-bit dual-channel. For at undgå tab af stemmedata er størrelsen på optagelsesbufferen indstillet til 1024B.
3.2 Realisering af regional transmission
En vigtig anvendelse af Ethernet-digital stemmeudsendelsessystem er ikke kun at realisere hele udsendelsen af området, men også at realisere den lokale udsendelsesfunktion, det vil sige at udsende til den udpegede terminal. Derfor anvendes UDP multicast-pakken til datatransmission i netværksoverførslen af tale-IP-datapakker. Ved hjælp af multicast-pakker til transmission af data kan alle terminaler, der er inkluderet i gruppen i det lokale netværk, modtage dataene og realisere hele udsendelsen af området. For at realisere den lokale udsendelsesfunktion tilføjes en struktur foran stemmedataene i designet, som vist nedenfor, og en konfigurationsfil bruges til at gemme IP-adressen på hver terminal i systemet.
02 Broadcasting system transmission terminal hardware design
Hovedkontrolchippen i udsendelsesterminalens udsendelsesterminal vedtager mikrocontrolleren LM3S8962 leveret af LuminaryMicro. Denne serie chips er den første ARM CortexTM-M3-baserede controller med en intern integreret Ethernet-controller. Det er branchens første ARM-chip, der understøtter Industrial Ethernet (IEEE) og let kan implementere netværksfunktioner.
Audio dekoder chip bruger MS6336 chip produceret af MOSA. Chippen er en 16-bit stereolyd digital-til-analog konverter, og de understøttede digitale inputformater er Right Justifl-ed, Left Justified, I2S. MS6336 kontrolgrænseflade vedtager I2C-bus, grænsefladen er let at indstille. DAC-delen har nøjagtig og stabil strøm kombineret med en fremragende symmetrisk afkodningsmetode, der kan gengive lydsignaler af høj kvalitet.
Hovedkontrolchippen LM3S8962 er forbundet til RJ45-grænsefladen via magnetiske komponenter og bruges til at modtage stemmedata fra Ethernet. LM3S8962 leverer styresignaler og stemmedatasignaler til lyddekoderchippen MS6336. LM3S8962 understøtter I2C-funktion. PB2- og PB3-porte leverer henholdsvis I2C-ur og datasignaler. Disse to ben kan tilsluttes direkte til I2C-funktionstappene på MS6336, og der kræves en pull-up-modstand. LM3S8962 understøtter ikke det datainputformat, der kræves af MS6336. Dataindtastningsformatet af MS6336 i systemet vedtager I2S. For at levere stemmedata til MS6336 er det derfor nødvendigt at bruge GPIO-portsoftware fra LM3S8962 til at simulere det I2S-datainputformat, der kræves af MS6336. I designet bruges PA5-, PA6- og PA7-porte til at simulere denne funktion. De tre ben svarer til henholdsvis I2S-kanalvalgssignalet, kloksignalet og datasignalet. Tilslut disse tre ben til I2S-funktionsnålen på MS6336.
Hardwarestrukturen til afspilningsterminalen til Ethernet digital voice broadcasting system er vist i figur 2.
3 Broadcastingsystemsoftwaredesign
Broadcasting-systemsoftwaren er opdelt i to dele: Broadcasting-systemserversoftware og radioterminalsoftware.
Dette design realiserer afspilning af stemmedata i realtid, så det er nødvendigt at garantere realtidsydelsen af stemmedatatransmission, men kravene til dataintegritet er ikke for strenge, og en lille mængde pakketab påvirker ikke samlet afspilningseffekt, så systemets stemmedata Transmissionen vedtager UDP-transmissionstilstand. Samtidig fungerer systemet i et lokalt netværk med færre midlertidige brugere. Derfor vedtages statisk IP-adressetildeling for at forenkle realiseringen af afspilningsterminalsoftwaren.
3.1 Indsamling, lagring og transmission af stemmedata på tv-systemets serverside
Samlingen af stemmedata implementeres ved hjælp af lavt niveau WAVE audio API-funktioner. For ikke at medføre tab af stemmedata bruger designet dobbeltbuffering til lagring af stemmedata. Implementeringsprocessen er vist i figur 3.
Når en optagelsesbuffer er fuld, sender systemet straks en anden optagelsesbuffer til optageenheden for at fortsætte optagelsen, og applikationsprogrammet skal læse dataene i den fulde optagelsesbuffer og behandle dem. Ring derefter til waveInAddBuffer-funktionen for at tildele bufferen til optageenheden til genbrug.
For at forhindre tab af stemmedata under optageprocessen er det ikke nok blot at bruge dobbeltbuffering. Det skal også bemærkes, at når en buffer er fuld, behandler applikationen dataene i bufferen, og den anden. Bufferen bruges til optagelse, og databehandlingstiden skal være mindre end den tid, der kræves, før den anden buffer er fuldt ud optaget, ellers er den første buffer ikke blevet tildelt optageenheden igen, når den anden buffer er fuld, hvilket vil medføre tab af stemmedata. Når stemmesignalets samplingshastighed er stor, kan en forøgelse af bufferstørrelsen på passende måde effektivt løse dette problem.
For at gemme udsendelsesindholdet til senere brug er det nødvendigt at gemme udsendelsesindholdet i en WAV-fil. WAV-filer har et fast headerformat. Før du gemmer stemmedata, skal du indstille overskriften på WAV-filen, ellers kan den gemte WAV-fil ikke afspilles. Hver gang optagelsesbufferen er fuld, skal du først finde slutningen på WAV-filen og derefter skrive de indsamlede data i slutningen af filen igen. Når hele udsendelsesprocessen er overstået, gemmes alle stemmedata i WAV-filen og realiserer lagring af stemmedata.
Når en optagelsesbuffer er fuld, er det nødvendigt at sende de indsamlede stemmedata gennem netværket. I designet skal du først bruge Csocket-klassen til at oprette en sokkel og derefter kun behøve at indkapsle de indsamlede data i en IP-pakke og sende den ud. Samplingshastigheden for stemmesignalet i dette design er 44.1 kHz, 16-bit dual-channel. For at undgå tab af stemmedata er størrelsen på optagelsesbufferen indstillet til 1024B.
3.2 Realisering af regional transmission
En vigtig anvendelse af Ethernet-digital stemmeudsendelsessystem er ikke kun at realisere hele udsendelsen af området, men også at realisere den lokale udsendelsesfunktion, det vil sige at udsende til den udpegede terminal. Derfor anvendes UDP multicast-pakken til datatransmission i netværksoverførslen af tale-IP-datapakker. Ved hjælp af multicast-pakker til transmission af data kan alle terminaler, der er inkluderet i gruppen i det lokale netværk, modtage dataene og realisere hele udsendelsen af området. For at realisere den lokale udsendelsesfunktion tilføjes en struktur foran stemmedataene i designet, som vist nedenfor, og en konfigurationsfil bruges til at gemme IP-adressen på hver terminal i systemet.
struktur STRING
{Streng IPNO1;
Streng IPNO2;
...
Streng IPNO9;
Streng IPNO10};
Når det er nødvendigt at udføre regional transmission på bestemte terminaler, skal du vælge de tilsvarende numre på disse terminaler på panelet på serversiden af udsendelsessystemet (som vist i figur 4). På dette tidspunkt læses IP-adressen på den valgte terminal fra konfigurationsfilen og tildeles den tilsvarende variabel i strukturen. Når terminalen modtager en IP multicast-pakke, bedømmer den først, om strukturen har den samme variabel som sin egen IP-adresse, hvis der er, så modtages dataene og afspilles, hvis ikke, kasseres dataene og realiserer således området Broadcast fungere. Sammenlignet med metoden til brug af et styresignal til at styre afspilningsterminalen for at deltage i eller forlade multicast-gruppen eller dynamisk vedligeholde en kompleks kortlægningstabel for at implementere den regionale udsendelsesfunktion. Denne metode behøver ikke interaktiv kontrol af afspilningsterminalen før hver udsendelse, og den har heller ikke behov for dynamisk at spore terminalens tilstand. Det behøver kun at skrive terminalens tilsvarende IP-adresse i konfigurationsfilen, når terminalen slutter sig til systemet for første gang. Funktionen er enkel at implementere.
3.3 Realiseringen af udsendelsessystemets transmissionsterminalsoftware
Broadcast-systemets udsendelsesterminal er opdelt i to dele for at realisere, den lyddata-modtagende del bruges til at modtage stemmedataene og lagre og videresende, og lyddekoderen realiserer D / A-konvertering og afspilning af stemmesignalet. Den del, der modtager lyddata, vedtager Socket-programmering for at modtage stemmedata fra Ethernet. Efter modtagelse af stemmedatapakken skal den først bedømme, om datapakken er for sig selv. Terminalen sammenligner medlemsvariablen for strukturen struct STRING i IP-pakken med sin egen IP-adresse, og hvis en medlemsvariabel er lig med sin egen IP-adresse, gemmer den dataene i pakken, ellers forkaster den den.
Stemmedataene modtages og lagres i en cirkulær kø. På grund af uorden i UDP-datatransmission skal stemmedatapakkerne sorteres, efter at stemmedataene er modtaget ved stemmedata-modtagelsesenden for at sikre den sekventielle behandling af stemmedataene og det korrekte gendannelsesstemmesignal. For at undgå netværksjitter behandles dataene hver gang, når der er mindst 5 pakker i den cirkulære kø.
Datainputformatet af MS6336 i designet vedtager I2S-format. Da LM3S8962 ikke understøtter dette dataformat, vedtages softwaresimulering for at realisere I2S-funktion gennem GPIO-port. For fuldstændigt at gendanne stemmesignalet er det nødvendigt at sikre, at timingen af I2S-signalet er streng og nøjagtig, og konverteringen mellem høje og lave niveauer implementeres af et forsinkelsesprogram. I2S-tidsdiagrammet er vist i figur 5.
Broadcast-systemets transmissionsterminalurfrekvens er 40 MHz, og tiden for afsendelse af hver databit er 600 ns beregnet ud fra samplingshastigheden. LM3S8962 leverer stemmedata til MS6336 og realiserer seriel transmission gennem GPIO-port i henhold til samplingspunktet. Hvert samplingspunkt indeholder fire byte, og datatsendingsprocessen for et samplingspunkt er vist i figur 6.
4 Resultatanalyse
Størrelsen på stemmedatapakken, der transmitteres af systemet via Ethernet, er 1024B. For at undgå netværksjittering begynder terminalen at sende, når de modtager 5 datapakker. Broadcastforsinkelsestiden er ca. 30 ms, hvilket opfylder de funktionelle indikatorer. Serversiden kan styre arbejdet i 10 transmissionsterminaler på samme tid. Ved at vælge det tilsvarende terminalnummer på serversiden kan hele områdets udsendelses- og lokale udsendelsesfunktioner i udsendelsessystemet med succes realiseres.
5 Konklusion
Med udgangspunkt i faktiske behov designer og implementerer vi et Ethernet digital stemmesendingssystem. De eksperimentelle resultater viser, at systemets afspilningsterminal beslutter, om der skal udføres stemmesending for at realisere regional udsendelse, er en enkel og effektiv måde at realisere global udsendelse og regional udsendelse af stemmesignaler på. Systemafspillerterminalen vedtager GPIO-portsoftwaresimulering for at realisere I2S-funktionen, som nøjagtigt kan realisere I2S-timingen, fuldføre datatransmissionen af stemmesignalet og realisere realtidsudsendelsen af stemmesignalet. Designstrukturen er rimelig og kan let realisere udvidelsen af funktioner, såsom timing udsendelse, musikafspilning, fjernstyring, realtidsovervågning osv. Dette design har vigtig praktisk betydning og giver et fundament til løsning af stor og kompleks Ethernet-udsendelse systemer.
Vores andet produkt:
