论文摘要
与数字信号相比，通过模拟信号来实现音频的处理和传递有着许多无法克服的缺点：控制性较差，易受干扰，保密性不好。音频信号的数字化是大势所趋。互联网技术的广泛应用为数字音频信号的传输提供了极大便利，通过网络进行数字音频信号的传输和交换代表了未来音频技术的发展方向。当前，大多数音频流服务器是通过PC获取数据，或者是用其它方法将采集到的数据传给PC，然后通过PC将数据传送到网上，系统成本过高，且大多只能实现单路音频的采集。随着人们需求的变化，越来越多的应用场合需要多路音频的同时采集。因此，开发一种低成本、低功耗、高性能的多路实况数字音频流服务器系统具有重大的现实意义。在查阅大量资料的基础上，本文设计出一种多路实况数字音频流服务器系统，系统采用CPLD、IP网络多播等技术，实现了四路模拟音源的同时实时采集，将模拟音频信号以44.1kHz的采样率、16位的采样精度转换为数字音频信号后，通过以太网传输到播放终端。传输过程的数字化使音频信号具有更好的可控性、保密性和抗干扰能力。系统还具有AGC(自动增益控制)功能，能够根据输入音源信号幅度大小的不同自动将其稳定在一定的水平，避免了由于音源信号强弱的变化而造成播放终端声音的忽大忽小，同时保护了终端播放设备。论文的第一部分介绍了数字音频流服务器系统的相关理论，包括音频的数字化和本文所用到的TCP／IP相关协议。第二部分介绍了硬件系统设计，包括音频采集板和网络接口板的设计。音频采集板以CPLD为核心，主要将各路模拟音频信号转换成数字音频信号，然后存入数据缓冲区。CPLD技术的应用不仅使系统具有可扩展性，易于更新和维护，而且使系统小巧、稳定、功耗低、实时性强。CPLD程序的编写采用VHDL硬件描述语言。网络接口板以网络微控制器DS80C400为核心器件，主要实现音频采集板与以太网的接口，将音频采集板采集到的各路音频数据发送到各自的多播地址。DS80C400是DALLAS公司生产的网络微控制器，以8051为核，集成了以太网MAC，片上ROM固化了完整的TCP IPv4／6网络协议栈。第三部分介绍了软件系统设计。软件系统采用汇编语言实现，虽然也可以用Java和C来编写，但是，因本系统同时采集四路音频，数据量大，要求的实时性强，实验证明，用Java和C编写的程序均不能满足系统速度上的要求。最后，根据系统设计画出电路原理图和PCB，做出了实际电路板，并调试成功。经反复测试，系统功能达到了预期要求。