Bu makale, yayın sisteminin bölgesel yayın işlevini kolayca gerçekleştirebilen gömülü bir Ethernet dijital ses yayın sistemi çözümü sunar. Sistem, kol mimarisine dayalıdır ve bölgesel yayının gerçekleştirilmesini kontrol etmek için sistem oynatma terminali tahkim yöntemini benimser ve yayın içeriği aynı anda oynatılabilir ve kaydedilebilir.
Ethernet dijital ses yayın sistemi, temel olarak ses hizmetleri sağlamak için Ethernet'i iletim ortamı olarak kullanan yayın sistemini ifade eder. Ethernet, ses sinyallerinin uzun mesafeli aktarımı sorununu çözmek için kullanılabilir. Tasarımcıların Ethernet üzerinden binlerce dijital ses sinyalinin iletimini gerçekleştirmek için geniş ölçekli bir ağ yapısı oluşturmasına, mevcut ağ kaynaklarından tam olarak yararlanmasına, tekrar tekrar hat kurma zahmetinden kaçınmasına ve yayın ve bilgisayar ağlarının entegrasyonunu gerçekleştirmesine olanak tanır . Düşük ses kalitesi, girişime duyarlılık, karmaşık bakım ve yönetim ve geleneksel yayın sistemlerinde zayıf etkileşim gibi sorunları çözer. Aynı zamanda, geleneksel yayın sistemlerinin yalnızca tüm alanlar için genel yayın yapabileceği sınırlamasını aşan yönlü grup yayını için tümü, bir kısmı veya belirli alanları seçmek mümkündür. Mevcut Ethernet dijital ses yayın sistemleri, bölgesel yayın işlevinin gerçekleştirilmesinde multicast gruba katılmak veya bu gruptan çıkmak için yayın terminalini kontrol etmek için çoğunlukla kontrol sinyallerini kullanır. Yayın gerçekleştirilmeden önce terminalin multicast gruba katılmasını sağlamak için bir kontrol sinyali göndermek gerekir. Veya uygulaması daha karmaşık olan bölgesel yayını elde etmek için oynatma terminalinin durumunu korumak için sunucu tarafında karmaşık bir eşleme tablosu oluşturun.
1 Yapısal tasarım
Bu sistem C / S yapısını benimser, Şekil 1'de gösterildiği gibi yayın sistemi sunucu ucu ve yayın sistemi yayın terminalinin iki bölümünden oluşur.
Yayın sisteminin sunucusu bir PC üzerinde uygulanmaktadır ve VC ++ ile gerçekleştirilen bir ses sinyali toplama, depolama ve ağ iletimi programıdır. Bu kısım, ses sinyalini bir mikrofon aracılığıyla toplar ve saklar ve ardından ses verilerinin ağ iletim işlevini gerçekleştirmek için ses verilerini UDP yoluyla Ethernet'e iletir.
Yayın sistemi oynatma terminali, LM3S8962'ye dayanan, Ethernet'ten kendisine gönderilen IP ses veri paketlerini alabilen gömülü bir terminaldir ve ses kod çözme çipi MS6336, ses verilerinin dijital / analog dönüşümünü ve oynatımını tamamlar.
2 Yayın sistemi yayın terminali donanım tasarımı
Yayın sistemi yayın terminalinin ana kontrol yongası, LuminaryMicro tarafından sağlanan mikro denetleyici LM3S8962'yi kullanır. Bu yonga serisi, dahili bir entegre Ethernet denetleyicisine sahip ilk ARM Cortex TM-M3 tabanlı denetleyicidir. Endüstriyel Ethernet'i (IEEE) destekleyen ve ağ işlevlerini kolayca uygulayabilen endüstrinin ilk ARM yongasıdır.
Ses kod çözücü yongası, MOSA tarafından üretilen MS6336 yongasını kullanır. Çip, 16 bit stereo ses dijitalden analoğa dönüştürücüdür ve desteklenen dijital giriş biçimleri Sağa Yaslanmış, Sola Yaslanmış, I2S'dir. MS6336 kontrol arayüzü I2C veriyolunu benimser, arayüzün ayarlanması kolaydır. DAC parçası, mükemmel bir simetrik kod çözme yöntemiyle birlikte doğru ve kararlı bir akıma sahiptir ve yüksek kaliteli ses sinyalleri üretebilir.
Ana kontrol çipi LM3S8962, manyetik bileşenler aracılığıyla RJ45 arayüzüne bağlanır ve Ethernet'ten ses verilerini almak için kullanılır. LM3S8962, ses dekoder çipi MS6336 için kontrol sinyalleri ve ses veri sinyalleri sağlar. LM3S8962, I2C işlevini destekler. PB2 ve PB3 bağlantı noktaları, sırasıyla I2C saat ve veri sinyalleri sağlar. Bu iki pin, MS2'nın I6336C fonksiyon pinlerine doğrudan bağlanabilir ve bir çekme direnci gereklidir. LM3S8962, MS6336'nın gerektirdiği veri giriş formatını desteklemez. Sistemdeki MS6336 veri giriş formatı I2S'yi benimser. Bu nedenle, MS6336'ya ses verisi sağlamak için, MS3'nın gerektirdiği I8962S veri giriş formatını simüle etmek için LM2S6336'nin GPIO port yazılımını kullanmak gerekir. Tasarımda, bu işlevi simüle etmek için PA5, PA6 ve PA7 bağlantı noktaları kullanılmıştır. Üç pim sırasıyla I2S kanal seçim sinyaline, saat sinyaline ve veri sinyaline karşılık gelir. Bu üç pini MS2'nın I6336S fonksiyon pinine bağlayın.
Ethernet dijital ses yayın sisteminin oynatma terminalinin donanım yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir.
3 Yayın sistemi yazılım tasarımı
Yayın sistemi yazılımı iki bölüme ayrılmıştır: yayın sistemi sunucu yazılımı ve yayın terminal yazılımı.
Bu tasarım, ses verilerinin gerçek zamanlı oynatımını gerçekleştirir, bu nedenle ses veri iletiminin gerçek zamanlı performansının garanti edilmesi gerekir, ancak veri bütünlüğü için gereksinimler çok katı değildir ve küçük bir miktar paket kaybı, genel oynatma efekti, böylece sistemin ses verileri İletim UDP aktarım modunu benimser. Aynı zamanda, sistem yerel alan ağında çalışır ve birkaç geçici kullanıcı vardır. Bu nedenle, oynatma terminal yazılımının gerçekleştirilmesini basitleştirmek için statik IP adresi tahsisi benimsenir.
3.1 Yayın sisteminin sunucu tarafında ses verilerinin toplanması, depolanması ve iletilmesi
Ses verilerinin toplanması, düşük seviyeli WAVE ses API fonksiyonları kullanılarak gerçekleştirilir. Ses verilerinin kaybına neden olmamak için tasarım, ses verilerini depolamak için çift ara bellek kullanır. Uygulama süreci Şekil 3'te gösterilmektedir.
Bir kayıt tamponu dolduğunda, sistem kayda devam etmek için kayıt cihazına hemen başka bir kayıt tamponu gönderir ve uygulama programı verileri tam kayıt arabelleğinde okumalı ve işlemelidir. Ardından, tamponu geri dönüşüm için kayıt cihazına yeniden atamak için waveInAddBuffer işlevini çağırın.
Kayıt işleminde ses verilerinin kaybını önlemek için, sadece çift ara belleğe almayı kullanmak yeterli değildir. Ayrıca, bir arabellek dolduğunda, uygulamanın veriyi arabellekte işleyeceği ve ikinci Arabellek kayıt için kullanılır ve veri işleme süresinin, ikinci arabelleğin tamamen olması için gereken süreden daha az olması gerektiği unutulmamalıdır. aksi takdirde, ikinci arabellek dolduktan sonra birinci arabellek kayıt cihazına yeniden atanmaz, bu da ses verilerinin kaybolmasına neden olur. Ses sinyalinin örnekleme oranı büyük olduğunda, arabellek boyutunu uygun şekilde artırmak bu sorunu etkili bir şekilde çözebilir.
Yayın içeriğini daha sonra kullanmak üzere kaydetmek için, yayın içeriğini bir WAV dosyasına kaydetmek gerekir. WAV dosyalarının sabit bir başlık biçimi vardır. Ses verilerini kaydetmeden önce, WAV dosyasının başlığını ayarlamanız gerekir, aksi takdirde kaydedilen WAV dosyası oynatılamaz. Kayıt arabelleği her dolduğunda, önce WAV dosyasının sonunu bulun ve ardından toplanan verileri sırayla dosyanın sonuna yazın. Tüm yayın süreci sona erdiğinde, tüm ses verileri WAV dosyasına kaydedilir ve ses verilerinin depolanması gerçekleştirilir.
Bir kayıt tamponu dolduğunda, toplanan ses verilerinin ağ üzerinden gönderilmesi gerekir. Tasarımda, önce bir soket oluşturmak için Csocket sınıfını kullanın ve ardından yalnızca toplanan verileri bir IP paketinde kapsülleyip dışarıya göndermeniz gerekir. Bu tasarımda ses sinyalinin örnekleme hızı 44.1 kHz, 16-bit çift kanallıdır. Ses verilerinin kaybını önlemek için, kayıt arabelleğinin boyutu 1024B'ye ayarlanmıştır.
3.2 Bölgesel yayıncılığın gerçekleştirilmesi
Ethernet dijital ses yayınlama sisteminin önemli bir uygulaması sadece tüm alan yayınını gerçekleştirmek değil, aynı zamanda yerel yayın işlevini gerçekleştirmek yani belirlenen terminale yayın yapmaktır. Bu nedenle, UDP çok noktaya yayın paketi, sesli IP veri paketlerinin ağ iletiminde veri aktarımı için kullanılır. Verileri iletmek için çok noktaya yayın paketlerini kullanarak, yerel alan ağındaki gruba dahil olan tüm terminaller, tüm alan yayınını gerçekleştirerek verileri alabilir. Lokal yayın fonksiyonunu gerçekleştirmek için tasarımda ses verilerinin önüne aşağıda gösterildiği gibi bir yapı eklenir ve sistemin her bir terminalinin IP adresini saklamak için bir konfigürasyon dosyası kullanılır.
02 Yayın sistemi yayın terminali donanım tasarımı
Yayın sistemi yayın terminalinin ana kontrol yongası, LuminaryMicro tarafından sağlanan mikro denetleyici LM3S8962'yi kullanır. Bu yonga serisi, dahili bir entegre Ethernet denetleyicisine sahip ilk ARM Cortex TM-M3 tabanlı denetleyicidir. Endüstriyel Ethernet'i (IEEE) destekleyen ve ağ işlevlerini kolayca uygulayabilen endüstrinin ilk ARM yongasıdır.
Ses kod çözücü yongası, MOSA tarafından üretilen MS6336 yongasını kullanır. Çip, 16 bit stereo ses dijitalden analoğa dönüştürücüdür ve desteklenen dijital giriş biçimleri Sağa Yaslanmış, Sola Yaslanmış, I2S'dir. MS6336 kontrol arayüzü I2C veriyolunu benimser, arayüzün ayarlanması kolaydır. DAC parçası, mükemmel bir simetrik kod çözme yöntemiyle birlikte doğru ve kararlı bir akıma sahiptir ve yüksek kaliteli ses sinyalleri üretebilir.
Ana kontrol çipi LM3S8962, manyetik bileşenler aracılığıyla RJ45 arayüzüne bağlanır ve Ethernet'ten ses verilerini almak için kullanılır. LM3S8962, ses dekoder çipi MS6336 için kontrol sinyalleri ve ses veri sinyalleri sağlar. LM3S8962, I2C işlevini destekler. PB2 ve PB3 bağlantı noktaları, sırasıyla I2C saat ve veri sinyalleri sağlar. Bu iki pin, MS2'nın I6336C fonksiyon pinlerine doğrudan bağlanabilir ve bir çekme direnci gereklidir. LM3S8962, MS6336'nın gerektirdiği veri giriş formatını desteklemez. Sistemdeki MS6336 veri giriş formatı I2S'yi benimser. Bu nedenle, MS6336'ya ses verisi sağlamak için, MS3'nın gerektirdiği I8962S veri giriş formatını simüle etmek için LM2S6336'nin GPIO port yazılımını kullanmak gerekir. Tasarımda, bu işlevi simüle etmek için PA5, PA6 ve PA7 bağlantı noktaları kullanılmıştır. Üç pim sırasıyla I2S kanal seçim sinyaline, saat sinyaline ve veri sinyaline karşılık gelir. Bu üç pini MS2'nın I6336S fonksiyon pinine bağlayın.
Ethernet dijital ses yayın sisteminin oynatma terminalinin donanım yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir.
3 Yayın sistemi yazılım tasarımı
Yayın sistemi yazılımı iki bölüme ayrılmıştır: yayın sistemi sunucu yazılımı ve yayın terminal yazılımı.
Bu tasarım, ses verilerinin gerçek zamanlı oynatımını gerçekleştirir, bu nedenle ses veri aktarımının gerçek zamanlı performansının garanti edilmesi gerekir, ancak veri bütünlüğü için gereksinimler çok katı değildir ve küçük bir paket kaybı miktarı, genel kayıttan yürütme efekti, dolayısıyla sistemin ses verileri İletim UDP aktarım modunu benimser. Aynı zamanda, sistem daha az geçici kullanıcıya sahip bir yerel alan ağında çalışır. Bu nedenle, oynatma terminal yazılımının gerçekleştirilmesini basitleştirmek için statik IP adresi tahsisi benimsenir.
3.1 Yayın sisteminin sunucu tarafında ses verilerinin toplanması, depolanması ve iletilmesi
Ses verilerinin toplanması, düşük seviyeli WAVE ses API fonksiyonları kullanılarak gerçekleştirilir. Ses verilerinin kaybına neden olmamak için tasarım, ses verilerini depolamak için çift ara bellek kullanır. Uygulama süreci Şekil 3'te gösterilmektedir.
Bir kayıt tamponu dolduğunda, sistem kayda devam etmek için kayıt cihazına hemen başka bir kayıt tamponu gönderir ve uygulama programı verileri tam kayıt arabelleğinde okumalı ve işlemelidir. Ardından, tamponu geri dönüşüm için kayıt cihazına yeniden atamak için waveInAddBuffer işlevini çağırın.
Kayıt işleminde ses verilerinin kaybını önlemek için, sadece çift ara belleğe almayı kullanmak yeterli değildir. Ayrıca, bir arabellek dolduğunda, uygulamanın veriyi arabellekte işleyeceği ve ikinci Arabellek kayıt için kullanılır ve veri işleme süresinin, ikinci arabelleğin tamamen olması için gereken süreden daha az olması gerektiği unutulmamalıdır. aksi takdirde, ikinci arabellek dolduktan sonra birinci arabellek kayıt cihazına yeniden atanmaz, bu da ses verilerinin kaybolmasına neden olur. Ses sinyalinin örnekleme oranı büyük olduğunda, arabellek boyutunu uygun şekilde artırmak bu sorunu etkili bir şekilde çözebilir.
Yayın içeriğini daha sonra kullanmak üzere kaydetmek için, yayın içeriğini bir WAV dosyasına kaydetmek gerekir. WAV dosyalarının sabit bir başlık biçimi vardır. Ses verilerini kaydetmeden önce, WAV dosyasının başlığını ayarlamanız gerekir, aksi takdirde kaydedilen WAV dosyası oynatılamaz. Kayıt arabelleği her dolduğunda, önce WAV dosyasının sonunu bulun ve ardından toplanan verileri sırayla dosyanın sonuna yazın. Tüm yayın süreci sona erdiğinde, tüm ses verileri WAV dosyasına kaydedilir ve ses verilerinin depolanması gerçekleştirilir.
Bir kayıt tamponu dolduğunda, toplanan ses verilerinin ağ üzerinden gönderilmesi gerekir. Tasarımda, önce bir soket oluşturmak için Csocket sınıfını kullanın ve ardından yalnızca toplanan verileri bir IP paketinde kapsülleyip dışarıya göndermeniz gerekir. Bu tasarımda ses sinyalinin örnekleme hızı 44.1 kHz, 16-bit çift kanallıdır. Ses verilerinin kaybını önlemek için, kayıt arabelleğinin boyutu 1024B'ye ayarlanmıştır.
3.2 Bölgesel yayıncılığın gerçekleştirilmesi
Ethernet dijital ses yayınlama sisteminin önemli bir uygulaması sadece tüm alan yayınını gerçekleştirmek değil, aynı zamanda yerel yayın işlevini gerçekleştirmek yani belirlenen terminale yayın yapmaktır. Bu nedenle, UDP çok noktaya yayın paketi, sesli IP veri paketlerinin ağ iletiminde veri aktarımı için kullanılır. Verileri iletmek için çok noktaya yayın paketlerini kullanarak, yerel alan ağındaki gruba dahil olan tüm terminaller, tüm alan yayınını gerçekleştirerek verileri alabilir. Lokal yayın fonksiyonunu gerçekleştirmek için tasarımda ses verilerinin önüne aşağıda gösterildiği gibi bir yapı eklenir ve sistemin her bir terminalinin IP adresini saklamak için bir konfigürasyon dosyası kullanılır.
STRING yapısı
{Dize IPNO1;
Dize IPNO2;
...
Dize IPNO9;
Dize IPNO10};
Belirli terminallerde bölgesel yayın yapmak gerektiğinde, yayın sisteminin sunucu tarafındaki panelde bu terminallerin karşılık gelen numaralarını seçin (Şekil 4'te gösterildiği gibi). Bu sırada, seçilen terminalin IP adresi konfigürasyon dosyasından okunur ve yapıdaki karşılık gelen değişkene atanır. Terminal bir IP çok noktaya yayın paketi aldığında, önce yapının kendi IP adresiyle aynı değişkene sahip olup olmadığına karar verir, varsa veri alınır ve oynatılır, yoksa veriler atılır, böylece Yayın alanını gerçekleştirir. işlevi. Oynatma terminalini multicast gruba katılmak veya terk etmek üzere kontrol etmek veya bölgesel yayın fonksiyonunu uygulamak için karmaşık bir eşleştirme tablosunu dinamik olarak korumak için bir kontrol sinyali kullanma yöntemi ile karşılaştırıldığında. Bu yöntemin, her yayından önce oynatma terminalini etkileşimli olarak kontrol etmesi gerekmediği gibi, terminalin durumunu dinamik olarak izlemesi de gerekmez. Terminal sisteme ilk kez katıldığında yalnızca terminalin ilgili IP adresini yapılandırma dosyasına yazması gerekir. Fonksiyonun uygulanması basittir.
3.3 Yayın sistemi yayın terminal yazılımının gerçekleştirilmesi
Yayın sistemi yayın terminali gerçekleştirmek için iki kısma bölünmüştür, ses verisi alma kısmı ses verilerini almak ve depolamak ve iletmek için kullanılır ve ses kod çözücü, ses sinyalinin D / A dönüşümünü ve oynatımını gerçekleştirir. Ses verilerini alan kısım, Ethernet'ten ses verilerini almak için Soket programlamayı kullanır. Ses veri paketini aldıktan sonra, önce veri paketinin kendisi için olup olmadığına karar vermelidir. Uç birim, IP paketindeki STRING yapısının üye değişkenini kendi IP adresiyle karşılaştırır ve herhangi bir üye değişkeni kendi IP adresine eşitse, paketteki verileri depolar, aksi takdirde atar.
Ses verileri alınır ve döngüsel bir kuyrukta saklanır. UDP veri iletiminin düzensizliğinden ötürü, ses verilerinin sıralı işlenmesini ve doğru restorasyon Ses sinyalini sağlamak için ses verisi alıcı uçta alındıktan sonra ses veri paketlerinin sıralanması gerekir. Aynı zamanda, ağ titremesini önlemek için, dairesel kuyrukta en az 5 paket olduğunda her seferinde veriler işlenir.
Tasarımdaki MS6336 veri giriş formatı I2S formatını benimser. LM3S8962 bu veri formatını desteklemediğinden, GPIO portu üzerinden I2S işlevini gerçekleştirmek için yazılım simülasyonu benimsenmiştir. Ses sinyalini tamamen eski haline getirmek için, I2S sinyalinin zamanlamasının kesin ve doğru olduğundan ve yüksek ve düşük seviyeler arasındaki dönüşümün bir gecikme programı tarafından gerçekleştirildiğinden emin olmak gerekir. I2S zamanlama diyagramı Şekil 5'te gösterilmektedir.
Yayın sistemi yayın terminali saat frekansı 40 MHz'dir ve her veri bitini gönderme süresi örnekleme oranından hesaplanan 600 ns'dir. LM3S8962, MS6336'ya ses verisi sağlar ve örnekleme noktasına göre GPIO portu üzerinden seri iletimi gerçekleştirir. Her örnekleme noktası dört bayt içerir ve bir örnekleme noktasının veri gönderme süreci Şekil 6'da gösterilmektedir.
4 Sonuç analizi
Sistem tarafından Ethernet üzerinden iletilen ses veri paketinin boyutu 1024B'dir. Ağ titreşimini önlemek için, terminal 5 veri paketi alırken yayına başlar. Yayın gecikme süresi, işlevsel göstergeleri karşılayan yaklaşık 30 ms'dir. Sunucu tarafı aynı anda 10 yayın terminalinin çalışmasını kontrol edebilir. Sunucu tarafında karşılık gelen terminal numarası seçilerek, yayın sisteminin tüm alan yayını ve yerel yayın fonksiyonları başarıyla gerçekleştirilebilir.
5 Sonuç
Gerçek ihtiyaçlardan başlayarak, bir Ethernet dijital ses yayın sistemi tasarlıyor ve uyguluyoruz. Deneysel sonuçlar, sistemin oynatma terminalinin bölgesel yayını gerçekleştirmek için ses yayını yapıp yapmayacağına karar verdiğini göstermektedir; ses sinyallerinin küresel yayını ve bölgesel yayınını gerçekleştirmenin basit ve etkili bir yolu. Sistem oynatıcı terminali, I2S zamanlamasını doğru bir şekilde gerçekleştirebilen, ses sinyalinin veri iletimini tamamlayabilen ve ses sinyalinin gerçek zamanlı yayınını gerçekleştirebilen I2S işlevini gerçekleştirmek için GPIO port yazılım simülasyonunu benimser. Tasarım yapısı makuldür ve zamanlama yayını, müzik çalma, uzaktan yönetim, gerçek zamanlı izleme vb. Gibi işlevlerin genişlemesini kolayca gerçekleştirebilir. Bu tasarım önemli pratik öneme sahiptir ve büyük ve karmaşık Ethernet yayınını çözmek için bir temel sağlar. sistemleri.
Bizim diğer ürün:
