智能楼宇中基于IP网络的音频广播系统数字化终端的研究
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摘要
楼宇智能化技术和计算机网络技术的飞速发展，给传统的音频处理和传输领域带来了极大的冲击。在音频处理领域，数字音频技术逐渐取代了传统的模拟音频处理方式。数字音频处理已经成为专业音频领域的一种趋势。在音频传输领域，计算机网络的应用，解决了传统音频传输网络中不便于管理，布线复杂，难以自动切换等缺点。
本文根据智能楼宇广播系统的发展趋势，提出了一种新型的智能广播系统，并着重介绍了该系统的数字化终端的设计思路和开发过程。该终端采用ARM9嵌入式处理器和Linux系统相结合，对MP3音频进行软件解码回放，具有良好的实时性和稳定性，能够满足智能楼宇广播系统的要求。
全文共分五章。
第一章介绍了楼宇广播系统的背景和现状，以及基于网络传输的新型广播系统的优势。
第二章描述了广播系统数字化终端硬件平台的搭建，并向此平台移植嵌入式Linux系统的过程。从u-boot，内核的编译和配置，文件系统等几个方面详细的介绍了移植的方法和内容。
第三章介绍了嵌入式Linux系统设备驱动程序的开发方法，并重点讲述了音频设备的编程，对UDA1341驱动程序进行了详细的分析。
第四章介绍了MP3音频编解码的基本原理。根据原理详细的讲述了MP3的解码过程和算法，并提出了一些针对ARM嵌入式处理器进行优化的措施。
第五章讲述了在嵌入式Linux系统中实现网络广播的方法。之后对网络广播进行了一系列的测试，来验证系统能否可靠的运行。
最后，根据实际运行情况所存在的缺陷，提出了改进措施和进一步的设想，期待在后续工作中完成。
The developments of intelligent buildings and networks have brought great impact on the tradition audio processing and transmission. Digital audio signal process gradually takes the place of the analog audio signal process and turn into mainstream. Because the tradition audio transmitting network has shortcomings such as hard to manage, complicated fabric, difficult to realize auto-switching, the digital networks will be the future of the audio networks with no doubt.
This paper according to the development tendency of the intelligent building broadcast system, proposed one kind of new intelligence broadcast system, and emphasizes the design and development of this system digitized terminal. The terminal uses embedded processor ARM and Linux system to decode and play back MPEG audio. The, terminal has good performance on real-time and stability, it can the utilized on the broadcast system efficiently.
The paper divides into five parts.
In chapter 1, it introduces the background and the present situation of broadcast system of intelligent building, and the advantage of broadcast system based on network transmission.
In chapter 2, it describes the design of the hardware of the terminal, and porting process of embedded Linux from u-boot, the compile and configurations of kernel, file system and so on in detail.
Chapter 3 is the introduction about the Embedded Linux device driver, especially on the programming of audio device. Then it analyses the UDA1341 driver in detail.
In chapter 4, it introduces the basic principle of MPEG encoding and decoding. According to the principle, decoding process and algorithms were described, and some optimize measures for ARM embedded processor were proposed.
Chapter 5 describes the method of realize the network broadcast system on the embedded Linux. Then, we test the system in many ways to find.whether the system can work steadily.
Finally, we make a practically test and find some shortcomings, so we propose further measures to improve the system, looking forward to be finished in the future.
本文根据智能楼宇广播系统的发展趋势，提出了一种新型的智能广播系统，并着重介绍了该系统的数字化终端的设计思路和开发过程。该终端采用ARM9嵌入式处理器和Linux系统相结合，对MP3音频进行软件解码回放，具有良好的实时性和稳定性，能够满足智能楼宇广播系统的要求。
全文共分五章。
第一章介绍了楼宇广播系统的背景和现状，以及基于网络传输的新型广播系统的优势。
第二章描述了广播系统数字化终端硬件平台的搭建，并向此平台移植嵌入式Linux系统的过程。从u-boot，内核的编译和配置，文件系统等几个方面详细的介绍了移植的方法和内容。
第三章介绍了嵌入式Linux系统设备驱动程序的开发方法，并重点讲述了音频设备的编程，对UDA1341驱动程序进行了详细的分析。
第四章介绍了MP3音频编解码的基本原理。根据原理详细的讲述了MP3的解码过程和算法，并提出了一些针对ARM嵌入式处理器进行优化的措施。
第五章讲述了在嵌入式Linux系统中实现网络广播的方法。之后对网络广播进行了一系列的测试，来验证系统能否可靠的运行。
最后，根据实际运行情况所存在的缺陷，提出了改进措施和进一步的设想，期待在后续工作中完成。
The developments of intelligent buildings and networks have brought great impact on the tradition audio processing and transmission. Digital audio signal process gradually takes the place of the analog audio signal process and turn into mainstream. Because the tradition audio transmitting network has shortcomings such as hard to manage, complicated fabric, difficult to realize auto-switching, the digital networks will be the future of the audio networks with no doubt.
This paper according to the development tendency of the intelligent building broadcast system, proposed one kind of new intelligence broadcast system, and emphasizes the design and development of this system digitized terminal. The terminal uses embedded processor ARM and Linux system to decode and play back MPEG audio. The, terminal has good performance on real-time and stability, it can the utilized on the broadcast system efficiently.
The paper divides into five parts.
In chapter 1, it introduces the background and the present situation of broadcast system of intelligent building, and the advantage of broadcast system based on network transmission.
In chapter 2, it describes the design of the hardware of the terminal, and porting process of embedded Linux from u-boot, the compile and configurations of kernel, file system and so on in detail.
Chapter 3 is the introduction about the Embedded Linux device driver, especially on the programming of audio device. Then it analyses the UDA1341 driver in detail.
In chapter 4, it introduces the basic principle of MPEG encoding and decoding. According to the principle, decoding process and algorithms were described, and some optimize measures for ARM embedded processor were proposed.
Chapter 5 describes the method of realize the network broadcast system on the embedded Linux. Then, we test the system in many ways to find.whether the system can work steadily.
Finally, we make a practically test and find some shortcomings, so we propose further measures to improve the system, looking forward to be finished in the future.
引文
[1] 傅越千．基于网络传输的广播系统设计[J]．电声技术，2003(12)：54-56
[2] 齐伟钢．基于TCP的智能小区住宅报警系统研究与实现[D]．四川：西南交通大学，2004
[3] 希迪可．CDKPA数字广播、校园数字广播系统[EB／OL]．http://www.cdkpa.com/cdkpa/6000.htm.
[4] 王波．嵌入式网络控制系统的设计与实现[D]．天津：天津大学，2004
[5] 于明，范书，增祥烨．ARM9嵌入式系统设计与开发教程[M]．北京：电子工业出版社，2006．4
[6] 陈铁军，仇洪冰．基于S3C2410的嵌入式Linux的移植方法[J]．广西：桂林电子科技大学，2006，26(4)：259-263
[7] 邱巍．嵌入式linux操作系统移植[D]．湖北：武汉理工大学，2004
[8] Samsung Electronic Co. Ltd. $3C2410A 32-bit RISC Microprocessor User' s Manual[S]. Revision 1.0, 2004
[9] ARM Limited. ARM920T Technical Reference Manual[R].
[10] ARM Limited. ARM Architecture Reference Manual[R].
[11] 恒丰锐科．恒丰锐科S3C2410开发板使用手册[EB／OL]．http://www.hfrk.net/
[12] 韩吟吟，章坚武，林水明．基于嵌入式Linux系统的触摸屏驱动的开发[J]．北京：世界电子元器件，2003(10)：36-37．
[13] 梁金千，张跃，甑成．Linux设备驱动程序架构的研究[J]．计算机工程与应用，2002，38(8)：119-122．
[14] Michael K Johnson. The Linux Kernel Hacker' s Guide[M].
[15] 温文玉，李敏，黄廷累．音频设备UDA1341驱动技术[M]．广西：桂林电子科技大学，2005，25(5)：10-22．
[16] 徐睿，李斐，王申康．基于IIS总线的嵌入式音频系统设计[M]．北京：电子技术应用，2004，30(4)：7-9
[17] 毛碧波．多平台下嵌入式Linux的调试及驱动程序开发[D]．北京：中国科学院，2003
[18] Philips Semiconductors. I~2S bus specification[R].
[19] Jeff Tranter, Hannu Sauolainen Open Sound System Programmer' s Guide. 2003
[20] 张文娟．MPEG第三层音频编码改进算法的研究[D]．辽宁：辽宁工程技术大学，2004．
[21] 林福宗．多媒体技术基础[M]．北京：清华大学出版社，2005．
[22] ISO/IEC 11172-3, coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbit/s. Part3: Audio 1993.
[23] Davis. Yen. Pan. Digital Audio Compression[J]. Digital Technical Journal, Vol. 5, No. 2, Spring 1993.
[24] Nall. P. MPEG Digital Audio Coding[J]. IEEE Signal Processing Magazine, 1997, 145, 9.
[25] 马小虎，张明敏，严华明．多媒体数据压缩标准及实现[M]．北京：清华大学出版社，1996．
[26] 江巍，杨军，罗岚，胡晨．MP3定点解码算法的设计与实现[J]．上海：计算机工程，2004，30(15)：83-85
[27] K. Lee, Y. C. Park, D. H. Youn. Software Optimization of the MPEG-Audio Decoder Using 32-bit MCU RISC Processor, Aug, 2002
[28] M. H. cheng, Y. H. Hsu. Fast IMDCT and MDCT Algorithms A Matrix Approach, Jan, 2003
[29] 陈洪光，林嘉宇．MPEG音频层Ⅲ解码算法的仿真及定点化[J]．湖南：国防科技大学学报，2001，23(2)：94-98
[30] 计丹．基于定点DSP的MP3解码系统设计与实现[D]．湖北：华中师范大学，2002．
[31] 张曦．嵌入式MP3播放器的研究与实现[D]．上海：复旦大学， 2004
[32] 李素科．基于libmad的简单MP3流媒体播放器的实现[J]．北京：北京大学，2007．
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