Ինչպե՞ս նախագծել թվային ձայնային հեռարձակման համակարգ Ethernet- ի միջոցով:

Այս հոդվածը տրամադրում է Ethernet թվային ձայնային հեռարձակման համակարգի ներկառուցված լուծում, որը կարող է հեշտությամբ իրականացնել հեռարձակման համակարգի տարածաշրջանային հեռարձակման գործառույթը: Համակարգը հիմնված է թեւի ճարտարապետության վրա և ընդունում է համակարգի վերարտադրման տերմինալի արբիտրաժի մեթոդը՝ տարածաշրջանային հեռարձակման իրականացումը վերահսկելու համար, և հեռարձակվող բովանդակությունը կարող է միաժամանակ նվագարկվել և պահպանվել:

Ethernet թվային ձայնային հեռարձակման համակարգը հիմնականում վերաբերում է հեռարձակման համակարգին, որն օգտագործում է Ethernet-ը որպես փոխանցման միջոց՝ աուդիո ծառայություններ մատուցելու համար: Ethernet-ը կարող է օգտագործվել ձայնային ազդանշանների հեռահար փոխանցման խնդիրը լուծելու համար։ Թույլ է տալիս դիզայներներին ստեղծել լայնածավալ ցանցային կառուցվածք՝ Ethernet-ում հազարավոր թվային ձայնային ազդանշանների փոխանցումը իրականացնելու համար՝ լիովին օգտագործելով առկա ցանցային ռեսուրսները, խուսափելով գծերի բազմակի տեղադրման դժվարություններից և իրականացնելով հեռարձակման և համակարգչային ցանցերի ինտեգրումը: . Այն լուծում է ձայնի վատ որակի, միջամտության նկատմամբ զգայունության, բարդ սպասարկման և կառավարման և ավանդական հեռարձակման համակարգերում վատ փոխգործակցության խնդիրները: Միևնույն ժամանակ, հնարավոր է ուղղորդված խմբային հեռարձակման համար ընտրել բոլոր, մի մասի կամ հատուկ տարածքները, ինչը խախտում է այն սահմանափակումը, որ ավանդական հեռարձակման համակարգերը կարող են միայն հանրային հեռարձակում իրականացնել բոլոր տարածքների համար: Գոյություն ունեցող Ethernet թվային ձայնային հեռարձակման համակարգերը հիմնականում օգտագործում են հսկիչ ազդանշաններ՝ հեռարձակման տերմինալը կառավարելու համար՝ միանալու կամ հեռարձակելու բազմակի հեռարձակման խմբին՝ իրականացնելու տարածաշրջանային հեռարձակման գործառույթը: Անհրաժեշտ է ուղարկել հսկիչ ազդանշան, որպեսզի տերմինալը միանա բազմակի հեռարձակման խմբին, նախքան հեռարձակումն իրականացնելը: Կամ ստեղծեք բարդ քարտեզագրման աղյուսակ սերվերի կողմից՝ նվագարկման տերմինալի վիճակը պահպանելու համար՝ հասնելու տարածաշրջանային հեռարձակմանը, որն ավելի բարդ է իրականացնել:

1 Կառուցվածքային նախագծում

Այս համակարգը ընդունում է C/S կառուցվածքը, կազմված է հեռարձակման համակարգի սերվերի վերջի և հեռարձակման համակարգի հեռարձակման տերմինալի երկու մասից, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում:

Հեռարձակման համակարգի սերվերը ներդրված է համակարգչի վրա, և այն ձայնային ազդանշանների հավաքման, պահպանման և ցանցային փոխանցման ծրագիր է, որն իրականացվում է VC++-ի կողմից։ Այս մասը հավաքում և պահում է ձայնային ազդանշանը խոսափողի միջոցով, այնուհետև ձայնային տվյալները փոխանցում է Ethernet-ին UDP-ի միջոցով՝ իրականացնելու ձայնային տվյալների ցանցային փոխանցման գործառույթը:

Հեռարձակման համակարգի նվագարկման տերմինալը LM3S8962-ի վրա հիմնված ներկառուցված տերմինալ է, որը կարող է ստանալ Ethernet-ից իրեն ուղարկված IP ձայնային տվյալների փաթեթները, իսկ աուդիո ապակոդավորման չիպը MS6336 ավարտում է ձայնային տվյալների թվային/անալոգային փոխակերպումը և նվագարկումը:

2 Հեռարձակման համակարգի հեռարձակման տերմինալի ապարատային դիզայն

Հեռարձակման համակարգի հեռարձակման տերմինալի հիմնական կառավարման չիպը ընդունում է LuminaryMicro-ի տրամադրած LM3S8962 միկրոկոնտրոլերը: Չիպերի այս շարքը ARM CortexTM-M3-ի վրա հիմնված առաջին կարգավորիչն է՝ ներքին ինտեգրված Ethernet կարգավորիչով: Դա արդյունաբերության առաջին ARM չիպն է, որն աջակցում է Industrial Ethernet (IEEE) և կարող է հեշտությամբ իրականացնել ցանցի գործառույթները:

Աուդիո ապակոդավորիչ չիպը օգտագործում է MS6336 չիպը, որը արտադրվել է MOSA-ի կողմից: Չիպը 16-բիթանոց ստերեո աուդիո թվային-անալոգային փոխարկիչ է, և աջակցվող թվային մուտքագրման ձևաչափերն են Right Justifl-ed, Left Justified, I2S: MS6336 կառավարման միջերեսը ընդունում է I2C ավտոբուսը, ինտերֆեյսը հեշտ է սահմանել: DAC մասը ունի ճշգրիտ և կայուն հոսանք, որը զուգորդվում է գերազանց սիմետրիկ ապակոդավորման մեթոդի հետ, կարող է վերարտադրել բարձրորակ աուդիո ազդանշաններ:

Հիմնական կառավարման չիպ LM3S8962 միացված է RJ45 ինտերֆեյսին մագնիսական բաղադրիչների միջոցով և օգտագործվում է Ethernet-ից ձայնային տվյալներ ստանալու համար: LM3S8962 ապահովում է կառավարման ազդանշաններ և ձայնային տվյալների ազդանշաններ MS6336 աուդիո ապակոդավորիչ չիպի համար: LM3S8962-ն աջակցում է I2C ֆունկցիան: PB2 և PB3 նավահանգիստները համապատասխանաբար ապահովում են I2C ժամացույցի և տվյալների ազդանշաններ: Այս երկու պինները կարող են ուղղակիորեն միացված լինել MS2-ի I6336C ֆունկցիայի պիններին, և պահանջվում է ձգվող դիմադրություն: LM3S8962-ը չի աջակցում MS6336-ի կողմից պահանջվող տվյալների մուտքագրման ձևաչափին: MS6336-ի տվյալների մուտքագրման ձևաչափը համակարգում ընդունում է I2S: Հետևաբար, MS6336-ին ձայնային տվյալներ տրամադրելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել LM3S8962-ի GPIO պորտային ծրագրակազմը՝ MS2-ի կողմից պահանջվող I6336S տվյալների մուտքագրման ձևաչափը մոդելավորելու համար: Դիզայնում PA5, PA6 և PA7 նավահանգիստները օգտագործվում են այս գործառույթը մոդելավորելու համար: Երեք կապում համապատասխանում են համապատասխանաբար I2S ալիքի ընտրության ազդանշանին, ժամացույցի ազդանշանին և տվյալների ազդանշանին: Միացրեք այս երեք կապերը MS2-ի I6336S ֆունկցիայի փինին:

Ethernet թվային ձայնային հեռարձակման համակարգի նվագարկման տերմինալի ապարատային կառուցվածքը ներկայացված է Նկար 2-ում:

3 Հեռարձակման համակարգի ծրագրային ապահովում

Հեռարձակման համակարգի ծրագրակազմը բաժանված է երկու մասի՝ հեռարձակման համակարգի սերվերի ծրագրակազմ և հեռարձակման տերմինալի ծրագրակազմ։

Այս դիզայնը իրականացնում է ձայնային տվյալների իրական ժամանակի նվագարկումը, ուստի ձայնային տվյալների փոխանցման իրական ժամանակի կատարումը պետք է երաշխավորված լինի, սակայն տվյալների ամբողջականության պահանջները չափազանց խիստ չեն, և փաթեթի փոքր քանակի կորուստը չի ազդի դրա վրա։ ընդհանուր նվագարկման էֆեկտ, այնպես որ համակարգի ձայնային տվյալները Փոխանցումն ընդունում է UDP փոխանցման ռեժիմը: Միաժամանակ համակարգը աշխատում է լոկալ ցանցում, և ժամանակավոր օգտվողները քիչ են։ Հետևաբար, ստատիկ IP հասցեի տեղաբաշխումն ընդունվել է նվագարկման տերմինալի ծրագրաշարի իրականացումը պարզեցնելու համար:

3.1 Հեռարձակման համակարգի սերվերի կողմից ձայնային տվյալների հավաքում, պահպանում և փոխանցում

Ձայնային տվյալների հավաքագրումն իրականացվում է ցածր մակարդակի WAVE աուդիո API գործառույթների միջոցով: Ձայնային տվյալների կորստի չառաջացնելու համար դիզայնը օգտագործում է կրկնակի բուֆերավորում ձայնային տվյալները պահելու համար: Իրականացման գործընթացը ներկայացված է Նկար 3-ում:

Երբ ձայնագրման մեկ բուֆերը լցված է, համակարգը անմիջապես ձայնագրման մեկ այլ բուֆեր է ուղարկում ձայնագրման սարք՝ ձայնագրումը շարունակելու համար, և կիրառական ծրագիրը պետք է կարդա տվյալները ամբողջական ձայնագրման բուֆերում և մշակի դրանք: Այնուհետև զանգահարեք waveInAddBuffer ֆունկցիան՝ բուֆերը նորից վերագրելու ձայնագրող սարքին՝ վերամշակման համար:

Ձայնագրման գործընթացում ձայնային տվյալների կորուստը կանխելու համար բավական չէ պարզապես օգտագործել կրկնակի բուֆերավորում: Հարկ է նաև նշել, որ երբ մեկ բուֆերը լցված է, հավելվածը կմշակի տվյալները բուֆերում, իսկ երկրորդը՝ բուֆերը օգտագործվում է ձայնագրման համար, և տվյալների մշակման ժամանակը պետք է պակաս լինի երկրորդ բուֆերի ամբողջական լինելու համար պահանջվող ժամանակից։ ձայնագրվել է, հակառակ դեպքում առաջին բուֆերը չի վերագրվել ձայնագրող սարքին երկրորդ բուֆերի լցվելուց հետո, ինչը կհանգեցնի ձայնային տվյալների կորստի: Երբ ձայնային ազդանշանի ընտրանքային արագությունը մեծ է, բուֆերի չափը պատշաճ կերպով մեծացնելը կարող է արդյունավետորեն լուծել այս խնդիրը:

Հեռարձակվող բովանդակությունը հետագա օգտագործման համար պահելու համար անհրաժեշտ է պահպանել հեռարձակվող բովանդակությունը WAV ֆայլում: WAV ֆայլերն ունեն ֆիքսված վերնագրի ձևաչափ: Նախքան ձայնային տվյալները պահելը, դուք պետք է սահմանեք WAV ֆայլի վերնագիրը, հակառակ դեպքում պահպանված WAV ֆայլը չի կարող նվագարկվել: Ամեն անգամ, երբ ձայնագրման բուֆերը լցված է, նախ գտեք WAV ֆայլի վերջը, այնուհետև հերթով գրեք հավաքագրված տվյալները ֆայլի վերջում: Երբ հեռարձակման ամբողջ գործընթացը ավարտվում է, ձայնային բոլոր տվյալները պահվում են WAV ֆայլում՝ գիտակցելով ձայնային տվյալների պահպանումը:

Երբ ձայնագրման բուֆերը լի է, անհրաժեշտ է հավաքագրված ձայնային տվյալները ուղարկել ցանցի միջոցով: Դիզայնում նախ օգտագործեք Csocket դասը վարդակ ստեղծելու համար, այնուհետև միայն անհրաժեշտ է հավաքագրված տվյալները ներառել IP փաթեթի մեջ և ուղարկել այն: Այս դիզայնում ձայնային ազդանշանի նմուշառման արագությունը 44.1 կՀց է, 16-բիթանոց երկալիքով: Ձայնային տվյալների կորստից խուսափելու համար ձայնագրման բուֆերի չափը սահմանվել է 1024B:

3.2 Մարզային հեռարձակման իրականացում

Ethernet թվային ձայնային հեռարձակման համակարգի կարևոր կիրառությունն է ոչ միայն ամբողջ տարածքի հեռարձակումը, այլ նաև տեղական հեռարձակման գործառույթի իրականացումը, այսինքն՝ հեռարձակումը նշանակված տերմինալին: Հետևաբար, UDP multicast փաթեթը օգտագործվում է տվյալների փոխանցման համար ձայնային IP տվյալների փաթեթների ցանցային փոխանցման համար: Տվյալների փոխանցման համար բազմակի հեռարձակման փաթեթներ օգտագործելով՝ լոկալ ցանցում խմբում ընդգրկված բոլոր տերմինալները կարող են ստանալ տվյալները՝ իրականացնելով ամբողջ տարածքի հեռարձակումը: Տեղական հեռարձակման գործառույթն իրականացնելու համար դիզայնում ձայնային տվյալների առջև ավելացվում է կառուցվածք, ինչպես ցույց է տրված ստորև, և կազմաձևման ֆայլն օգտագործվում է համակարգի յուրաքանչյուր տերմինալի IP հասցեն պահելու համար:

02 Հեռարձակման համակարգի հեռարձակման տերմինալի ապարատային դիզայն

3 Հեռարձակման համակարգի ծրագրային ապահովում

Այս դիզայնը իրականացնում է ձայնային տվյալների իրական ժամանակի նվագարկումը, ուստի ձայնային տվյալների փոխանցման իրական ժամանակի կատարումը պետք է երաշխավորված լինի, սակայն տվյալների ամբողջականության պահանջները չափազանց խիստ չեն, և փաթեթի փոքր քանակի կորուստը չի ազդի դրա վրա։ ընդհանուր նվագարկման էֆեկտ, այնպես որ համակարգի ձայնային տվյալները Փոխանցումն ընդունում է UDP փոխանցման ռեժիմը: Միևնույն ժամանակ, համակարգը աշխատում է լոկալ ցանցում՝ ավելի քիչ ժամանակավոր օգտագործողներով: Հետևաբար, ստատիկ IP հասցեի տեղաբաշխումն ընդունվել է նվագարկման տերմինալի ծրագրաշարի իրականացումը պարզեցնելու համար:

3.1 Հեռարձակման համակարգի սերվերի կողմից ձայնային տվյալների հավաքում, պահպանում և փոխանցում

3.2 Մարզային հեռարձակման իրականացում

struct STRING

{String IPNO1;

Տող IPNO2;

...

Տող IPNO9;

Տող IPNO10};

Երբ անհրաժեշտ է կատարել տարածաշրջանային հեռարձակում որոշակի տերմինալների վրա, ընտրեք այդ տերմինալների համապատասխան համարները հեռարձակման համակարգի սերվերային կողմի վահանակում (ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում): Այս պահին ընտրված տերմինալի IP հասցեն կարդացվում է կազմաձևման ֆայլից և վերագրվում կառուցվածքի համապատասխան փոփոխականին: Երբ տերմինալը ստանում է IP multicast փաթեթ, այն նախ դատում է, թե արդյոք կառուցվածքը ունի նույն փոփոխականը, ինչ իր սեփական IP հասցեն, եթե կա, ապա տվյալները ստացվում և նվագարկվում են, եթե ոչ, ապա տվյալները վերացվում են՝ այդպիսով հասկանալով հեռարձակման տարածքը: ֆունկցիան։ Համեմատած հսկիչ ազդանշանի օգտագործման մեթոդի հետ՝ վերարտադրման տերմինալը կառավարելու համար՝ միանալու կամ հեռարձակելու բազմակի հեռարձակման խմբին, կամ դինամիկ կերպով պահպանելու բարդ քարտեզագրման աղյուսակը՝ տարածաշրջանային հեռարձակման գործառույթն իրականացնելու համար: Այս մեթոդը կարիք չունի ինտերակտիվ կերպով վերահսկելու նվագարկման տերմինալը յուրաքանչյուր հեռարձակումից առաջ, ինչպես նաև պետք չէ դինամիկ կերպով հետևել տերմինալի վիճակին: Այն պետք է միայն գրի տերմինալի համապատասխան IP հասցեն կազմաձևման ֆայլում, երբ տերմինալն առաջին անգամ միանա համակարգին: Գործառույթը հեշտ է իրականացնել:

3.3 Հեռարձակման համակարգի հեռարձակման տերմինալի ծրագրային ապահովման իրականացում

Հեռարձակման համակարգի հեռարձակման տերմինալը բաժանված է երկու մասի՝ իրացնելու համար, աուդիո տվյալների ստացող մասը օգտագործվում է ձայնային տվյալներ ստանալու և պահելու և փոխանցելու համար, իսկ աուդիո ապակոդավորիչը իրականացնում է ձայնային ազդանշանի D/A փոխակերպումը և նվագարկումը: Ձայնային տվյալների ստացող մասը ընդունում է Socket ծրագրավորումը Ethernet-ից ձայնային տվյալներ ստանալու համար: Ձայնային տվյալների փաթեթը ստանալուց հետո այն նախ պետք է դատի, թե արդյոք տվյալների փաթեթն իր համար է: Տերմինալը համեմատում է STRING կառուցվածքի անդամ փոփոխականը IP փաթեթում իր սեփական IP հասցեի հետ, և եթե որևէ անդամ փոփոխական հավասար է իր սեփական IP հասցեին, այն պահում է տվյալները փաթեթում, հակառակ դեպքում՝ հեռացնում է այն։

Ձայնային տվյալները ստացվում և պահվում են շրջանաձև հերթում: UDP տվյալների փոխանցման խանգարման պատճառով ձայնային տվյալների փաթեթները պետք է տեսակավորվեն ձայնային տվյալների ստացումից հետո ձայնային տվյալների ստացման վերջում, որպեսզի ապահովվի ձայնային տվյալների հաջորդական մշակումը և ձայնային ազդանշանի ճիշտ վերականգնումը: Միևնույն ժամանակ, ցանցի ցնցումից խուսափելու համար տվյալները մշակվում են ամեն անգամ, երբ շրջանաձև հերթում կա առնվազն 5 փաթեթ։

MS6336-ի տվյալների մուտքագրման ձևաչափը դիզայնում ընդունում է I2S ձևաչափը: Քանի որ LM3S8962-ը չի աջակցում տվյալների այս ձևաչափին, ծրագրային ապահովման մոդելավորումն ընդունվել է I2S ֆունկցիան GPIO պորտի միջոցով իրականացնելու համար: Ձայնային ազդանշանն ամբողջությամբ վերականգնելու համար անհրաժեշտ է ապահովել, որ I2S ազդանշանի ժամանակացույցը լինի խիստ և ճշգրիտ, իսկ բարձր և ցածր մակարդակների փոխարկումն իրականացվում է հետաձգման ծրագրով։ I2S ժամանակի դիագրամը ներկայացված է Նկար 5-ում:

Հեռարձակման համակարգի հեռարձակման տերմինալի ժամացույցի հաճախականությունը 40 ՄՀց է, իսկ տվյալների յուրաքանչյուր բիթ ուղարկելու ժամանակը կազմում է 600 ns՝ հաշվարկված նմուշառման արագությունից: LM3S8962-ը ձայնային տվյալներ է տրամադրում MS6336-ին և իրականացնում է սերիական փոխանցում GPIO պորտի միջոցով՝ ըստ նմուշառման կետի: Յուրաքանչյուր նմուշառման կետ պարունակում է չորս բայթ, և նմուշառման կետի տվյալների ուղարկման գործընթացը ներկայացված է Նկար 6-ում:

4 Արդյունքների վերլուծություն

Համակարգի կողմից Ethernet-ի միջոցով փոխանցվող ձայնային տվյալների փաթեթի չափը 1024Բ է: Ցանցի ցնցումից խուսափելու համար տերմինալը սկսում է հեռարձակվել 5 տվյալների փաթեթ ստանալիս: Հեռարձակման ուշացման ժամանակը մոտ 30 ms է, որը համապատասխանում է ֆունկցիոնալ ցուցանիշներին: Սերվերի կողմը կարող է վերահսկել միաժամանակ 10 հեռարձակման տերմինալների աշխատանքը։ Սերվերի կողմից համապատասխան տերմինալի համարն ընտրելով` կարելի է հաջողությամբ իրականացնել հեռարձակման համակարգի ողջ տարածքային հեռարձակման և լոկալ հեռարձակման գործառույթները:

5 եզրակացությունը

Ելնելով իրական կարիքներից՝ մենք նախագծում և ներդրում ենք Ethernet թվային ձայնային հեռարձակման համակարգ: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ համակարգի նվագարկման տերմինալը որոշում է, թե արդյոք կատարել ձայնային հեռարձակում, որպեսզի տարածաշրջանային հեռարձակումը պարզ և արդյունավետ միջոց է գլոբալ հեռարձակումը և ձայնային ազդանշանների տարածաշրջանային հեռարձակումն իրականացնելու համար: Համակարգի նվագարկիչի տերմինալը ընդունում է GPIO նավահանգիստի ծրագրային մոդելավորում՝ I2S ֆունկցիան իրականացնելու համար, որը կարող է ճշգրիտ գիտակցել I2S ժամանակացույցը, ավարտել ձայնային ազդանշանի տվյալների փոխանցումը և իրականացնել ձայնային ազդանշանի իրական ժամանակի հեռարձակումը: Դիզայնի կառուցվածքը ողջամիտ է և կարող է հեշտությամբ իրականացնել գործառույթների ընդլայնում, ինչպիսիք են ժամանակի հեռարձակումը, երաժշտության նվագարկումը, հեռակառավարումը, իրական ժամանակի մոնիտորինգը և այլն: համակարգեր.