基于FPGA和Qt技術(shù)的音頻廣播系統

　　摘要：介紹了一種使用Altera DE2開(kāi)發(fā)板以及Qt技術(shù)實(shí)現的定時(shí)音頻廣播系統。該系統使用C/S架構，使用跨平臺Qt技術(shù)在Ubuntu系統平臺下建立起服務(wù)器程序，用于管理所有在線(xiàn)的DE2音頻播放終端，使用Sqlite輕量級數據庫進(jìn)行數據存儲。通過(guò)基于Nios II實(shí)現的軟核進(jìn)行外圍設備的管理，并播放位于SD卡中的音頻文件。

　　引言

　　隨著(zhù)數字和網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)的發(fā)展，廣播技術(shù)已經(jīng)呈現出越來(lái)越多元化的趨勢，其最主要的趨勢便是從模擬到數字的轉化。從宏觀(guān)來(lái)說(shuō)，廣播技術(shù)大體上可以分為三類(lèi)：傳統公共廣播系統，采用的是定壓式線(xiàn)路，傳輸損耗小，負載連接較為方便，但是傳輸的電壓較高，需在揚聲器端加接降壓設備;數字可尋址音頻廣播系統，此類(lèi)系統采用數字信號進(jìn)行音頻信號的傳輸，并具有可尋址特性，具有更遠的傳輸距離和可靠性;流媒體(IP)智能廣播系統，其特點(diǎn)是無(wú)需另行布線(xiàn)，結合網(wǎng)絡(luò )的便利性，系統的擴展性進(jìn)一步增強，將廣播技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行充分融合，易于構建功能更加完善和易于管理的系統平臺。

　　目前校園中使用的系統大都還停留在傳統公共廣播系統層次，由于線(xiàn)路老化等原因，如出現故障則不容易維修，而重新布線(xiàn)容易增加成本?；诖?，本文提出一種使用FPGA和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)實(shí)現的音頻廣播方案，使用現有的網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路進(jìn)行數據的傳輸。因FPGA高度的可編程特性可以將控制電路做得更加集成，易于布設，同時(shí)增加了系統的可擴展性。

　　1 系統概述

　　本系統主要包括DE2播放終端(以下簡(jiǎn)稱(chēng)終端)以及服務(wù)器程序兩部分。服務(wù)器程序負責制定并管理播放項列表以及與終端的交互，終端接收服務(wù)器發(fā)送的命令信息并驅動(dòng)擴音設備播放所需音頻。系統整體結構如圖1所示。

　　由圖1可以看到本系統支持多終端的管理，采用SD卡的方式進(jìn)行音頻廣播是因為相較使用直接的數字編碼在線(xiàn)路傳輸來(lái)說(shuō)，SD卡的方式在需要播放音頻時(shí)，只需由服務(wù)器發(fā)出相應的很短的命令報文至終端，這保證了各個(gè)揚聲器播放在時(shí)間上的一致性。不會(huì )因為系統網(wǎng)絡(luò )架構及解碼速度不一致而產(chǎn)生播放進(jìn)度不同步問(wèn)題。因系統采用短命令報文形式且需進(jìn)行廣播傳輸，故系統使用的通信方式為UDP(User Datagram Protocol，用戶(hù)數據報)的通信方式。

　　FPGA的可編程特性決定了其可參考資源很多，首要的參考資源為開(kāi)發(fā)板自帶光盤(pán)文件。通過(guò)查閱開(kāi)發(fā)板光盤(pán)可發(fā)現與本項目相關(guān)的有兩個(gè)資源：SD卡音樂(lè )播放系統，網(wǎng)絡(luò )測試程序。SD卡音樂(lè )播放系統實(shí)現了本項目中所需要的SD卡音頻播放功能。網(wǎng)絡(luò )測試程序只是通過(guò)硬編碼的形式將一個(gè)以太網(wǎng)幀通過(guò)DM9000A網(wǎng)卡發(fā)送出去，沒(méi)有實(shí)現本系統所需的UDP協(xié)議及解析工作。依托于A(yíng)ltera提供的現有平臺，可將系統工作簡(jiǎn)化為實(shí)現一個(gè)具有跨平臺特性的服務(wù)器端程序，同時(shí)對現有的SD卡音樂(lè )播放系統進(jìn)行擴展，增加UDP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議支持，并實(shí)現與服務(wù)器端通信報文的發(fā)送與解析工作。

　　系統簡(jiǎn)要的工作過(guò)程為：首先在服務(wù)器端，建立一個(gè)音頻庫，該音頻庫將與終端中存在的音頻文件同步。然后，建立一周的音頻播放方案指明學(xué)校中上下課的時(shí)間。服務(wù)器程序將根據選用的播放方案按照設定的時(shí)間發(fā)送廣播命令報文至終端。當終端接收到命令后，將檢測命令中指定的歌曲是否在SD卡中，如果存在則播放對應的歌曲。

　　2 服務(wù)器程序設計

　　為了在PC機上構建一個(gè)管理系統，選擇了具有跨平臺的Qt技術(shù)。Qt是一個(gè)跨平臺的應用和UI框架，開(kāi)發(fā)者使用C++或者UML(Unified Modeling Language)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。本服務(wù)器程序的主界面如圖2所示。

　　如圖2所示，服務(wù)器程序主界面中包含了當前的系統時(shí)間、在線(xiàn)終端數信息、應用方案中本日的作息安排情況。系統中的兩個(gè)管理按鈕用于媒體管理和作息管理。在媒體管理中可以管理目前系統SD卡中的歌曲英文縮寫(xiě)及對應的描述信息。在作息管理中可以創(chuàng )建和管理播放方案。

　　本系統依照方案對作息進(jìn)行管理，可根據需要靈活切換當前選擇的播放方案。對于每個(gè)方案，可設置星期一到星期日的播放列表。

　　考慮到本系統中存儲的信息不會(huì )太龐大，所以采用了輕量級的Sqlite數據庫對方案信息和媒體信息及終端信息進(jìn)行存儲。