Материал статьи взят с моего дзен-канала.
Дуплексное переговорное устройство
В прошлой статье было анонсировано дуплексное переговорное устройство, а в этой мы его сделаем.
Схема изображена на заглавном рисунке. Нижняя цепь фильтров образует передающий тракт, который начинается со звуковой карты. Она выдает отсчеты сигнала с микрофона. По умолчанию это происходит в темпе 8000 отсчетов в секунду. Разрядность данных, которую используют звуковые фильтры медиастримера — 16 бит ( это не принципиально, при желании можно написать фильтры которые будут работать с большей разрядностью). Данные сгруппированы в блоки по 160 отсчетов. Таким образом каждый блок имеет размер 320 байт. Далее мы подаем данные на вход генератора, который в выключенном состоянии "прозрачен" для данных. Я его добавил на тот случай, когда вам при отладке надоест говорить в микрофон — вы сможете воспользоваться генератором, чтобы "прострелить" тракт тональным сигналом.
После генератора сигнал попадает на кодер, который преобразует наши 16-битные отсчеты по µ-закону (стандарт G.711) в восьмибитные. На выходе кодера мы уже имеем блок данных в два раза меньшего размера. В общем случае, мы можем передавать данные без сжатия, если нам не требуется экономить трафик. Но здесь полезно воспользоваться кодером, так как Wireshark может воспроизводить звук из RTP-потока только тогда когда он сжат по µ-закону или а-закону.
После кодера, полегчавшие блоки данных поступают на фильтр rtpsend, который положит их в RTP-пакет, установит необходимые флаги и отдаст их медиастримеру для передачи по сети в виде UDP-пакета.
Верхняя цепь фильтров образует приемный тракт, RTP-пакеты, полученные медиастримером из сети, поступают в фильтр rtprecv, на выходе которого, они появляются уже в виде блоков данных, каждый из которых соответствует одному принятому пакету. Блок содержит только данные полезной нагрузки, в прошлой статье на иллюстрации они были показаны зеленым цветом.
Далее блоки поступают на фильтр декодера, который преобразует находящиеся в них однобайтные отсчеты, в линейные, 16-битные. Которые уже можно обрабатывать фильтрами медиастримера. В нашем случае мы просто отдаем их на звуковую карту, для воспроизведения на динамиках вашей гарнитуры.
Теперь перейдем к программной реализации. Для этого мы объединим файлы приемника и передатчика, которые мы размежевали до этого. До этого мы использовали фиксированные настройки портов и адресов, но теперь нам нужно чтобы программа могла использовать те настройки, которые мы укажем при запуске. Для этого бы добавим функционал обработки аргументов командной строки. После чего мы сможем задавать IP-адрес и порт переговорного устройства, с которым мы хотим установить связь.
Сначала добавим в в программу структуру, которая будет хранить её настройки:
struct _app_vars { int local_port; /* Локальный порт. */ int remote_port; /* Порт переговорного устройства на удаленном компьютере. */ char remote_addr[128]; /* IP-адрес удаленного компьютера. */ MSDtmfGenCustomTone dtmf_cfg; /* Настройки тестового сигнала генератора. */ }; typedef struct _app_vars app_vars;
В программе будет объявлена структура этого типа с именем vars.
Затем добавим функцию разбора аргументов командной строки:
/* Функция преобразования аргументов командной строки в * настройки программы. */ void scan_args(int argc, char *argv[], app_vars *v) { char i; for (i=0; i<argc; i++) { if (!strcmp(argv[i], "--help")) { char *p=argv[0]; p=p + 2; printf(" %s walkie talkie\n\n", p); printf("--help List of options.\n"); printf("--version Version of application.\n"); printf("--addr Remote abonent IP address string.\n"); printf("--port Remote abonent port number.\n"); printf("--lport Local port number.\n"); printf("--gen Generator frequency.\n"); exit(0); } if (!strcmp(argv[i], "--version")) { printf("0.1\n"); exit(0); } if (!strcmp(argv[i], "--addr")) { strncpy(v->remote_addr, argv[i+1], 16); v->remote_addr[16]=0; printf("remote addr: %s\n", v->remote_addr); } if (!strcmp(argv[i], "--port")) { v->remote_port=atoi(argv[i+1]); printf("remote port: %i\n", v->remote_port); } if (!strcmp(argv[i], "--lport")) { v->local_port=atoi(argv[i+1]); printf("local port : %i\n", v->local_port); } if (!strcmp(argv[i], "--gen")) { v -> dtmf_cfg.frequencies[0] = atoi(argv[i+1]); printf("gen freq : %i\n", v -> dtmf_cfg.frequencies[0]); } } }
В результате разбора, аргументы командной строки будут помещены в поля структуры vars. Главная функция приложения будет собирать из фильтров передающий и приемный тракты, после подключения тикера управление будет передано бесконечному циклу который, если частота генератора была задана ненулевой, будет перезапускать тестовый генератор — чтобы он работал без остановки.
Эти перезапуски будут нужны генератору из-за его особенности построения, почему-то он не может выдавать сигнал длительностью более 16 секунд. При этом следует заметить, что длительность у него задается 32-битным числом.
Программа целиком будет выглядеть так:
/* Файл mstest8.c Имитатор переговорного устройства. */ #include <mediastreamer2/mssndcard.h> #include <mediastreamer2/dtmfgen.h> #include <mediastreamer2/msrtp.h> /* Подключаем файл общих функций. */ #include "mstest_common.c" /*----------------------------------------------------------*/ struct _app_vars { int local_port; /* Локальный порт. */ int remote_port; /* Порт переговорного устройства на удаленном компьютере. */ char remote_addr[128]; /* IP-адрес удаленного компьютера. */ MSDtmfGenCustomTone dtmf_cfg; /* Настройки тестового сигнала генератора. */ }; typedef struct _app_vars app_vars; /*----------------------------------------------------------*/ /* Создаем дуплексную RTP-сессию. */ RtpSession* create_duplex_rtp_session(app_vars v) { RtpSession *session = create_rtpsession (v.local_port, v.local_port + 1, FALSE, RTP_SESSION_SENDRECV); rtp_session_set_remote_addr_and_port(session, v.remote_addr, v.remote_port, v.remote_port + 1); rtp_session_set_send_payload_type(session, PCMU); return session; } /*----------------------------------------------------------*/ /* Функция преобразования аргументов командной строки в * настройки программы. */ void scan_args(int argc, char *argv[], app_vars *v) { char i; for (i=0; i<argc; i++) { if (!strcmp(argv[i], "--help")) { char *p=argv[0]; p=p + 2; printf(" %s walkie talkie\n\n", p); printf("--help List of options.\n"); printf("--version Version of application.\n"); printf("--addr Remote abonent IP address string.\n"); printf("--port Remote abonent port number.\n"); printf("--lport Local port number.\n"); printf("--gen Generator frequency.\n"); exit(0); } if (!strcmp(argv[i], "--version")) { printf("0.1\n"); exit(0); } if (!strcmp(argv[i], "--addr")) { strncpy(v->remote_addr, argv[i+1], 16); v->remote_addr[16]=0; printf("remote addr: %s\n", v->remote_addr); } if (!strcmp(argv[i], "--port")) { v->remote_port=atoi(argv[i+1]); printf("remote port: %i\n", v->remote_port); } if (!strcmp(argv[i], "--lport")) { v->local_port=atoi(argv[i+1]); printf("local port : %i\n", v->local_port); } if (!strcmp(argv[i], "--gen")) { v -> dtmf_cfg.frequencies[0] = atoi(argv[i+1]); printf("gen freq : %i\n", v -> dtmf_cfg.frequencies[0]); } } } /*----------------------------------------------------------*/ int main(int argc, char *argv[]) { /* Устанавливаем настройки по умолчанию. */ app_vars vars={5004, 7010, "127.0.0.1", {0}}; /* Устанавливаем настройки настройки программы в * соответствии с аргументами командной строки. */ scan_args(argc, argv, &vars); ms_init(); /* Создаем экземпляры фильтров передающего тракта. */ MSSndCard *snd_card = ms_snd_card_manager_get_default_card(ms_snd_card_manager_get()); MSFilter *snd_card_read = ms_snd_card_create_reader(snd_card); MSFilter *dtmfgen = ms_filter_new(MS_DTMF_GEN_ID); MSFilter *rtpsend = ms_filter_new(MS_RTP_SEND_ID); /* Создаем фильтр кодера. */ MSFilter *encoder = ms_filter_create_encoder("PCMU"); /* Регистрируем типы нагрузки. */ register_payloads(); /* Создаем дуплексную RTP-сессию. */ RtpSession* rtp_session= create_duplex_rtp_session(vars); ms_filter_call_method(rtpsend, MS_RTP_SEND_SET_SESSION, rtp_session); /* Соединяем фильтры передатчика. */ ms_filter_link(snd_card_read, 0, dtmfgen, 0); ms_filter_link(dtmfgen, 0, encoder, 0); ms_filter_link(encoder, 0, rtpsend, 0); /* Создаем фильтры приемного тракта. */ MSFilter *rtprecv = ms_filter_new(MS_RTP_RECV_ID); ms_filter_call_method(rtprecv, MS_RTP_RECV_SET_SESSION, rtp_session); /* Создаем фильтр декодера, */ MSFilter *decoder=ms_filter_create_decoder("PCMU"); /* Создаем фильтр звуковой карты. */ MSFilter *snd_card_write = ms_snd_card_create_writer(snd_card); /* Соединяем фильтры приёмного тракта. */ ms_filter_link(rtprecv, 0, decoder, 0); ms_filter_link(decoder, 0, snd_card_write, 0); /* Создаем источник тактов - тикер. */ MSTicker *ticker = ms_ticker_new(); /* Подключаем источник тактов. */ ms_ticker_attach(ticker, snd_card_read); ms_ticker_attach(ticker, rtprecv); /* Если настройка частоты генератора отлична от нуля, то запускаем генератор. */ if (vars.dtmf_cfg.frequencies[0]) { /* Настраиваем структуру, управляющую выходным сигналом генератора. */ vars.dtmf_cfg.duration = 10000; vars.dtmf_cfg.amplitude = 1.0; } /* Организуем цикл перезапуска генератора. */ while(TRUE) { if(vars.dtmf_cfg.frequencies[0]) { /* Включаем звуковой генератор. */ ms_filter_call_method(dtmfgen, MS_DTMF_GEN_PLAY_CUSTOM, (void*)&vars.dtmf_cfg); } /* Укладываем тред в спячку на 20мс, чтобы другие треды * приложения получили время на работу. */ ms_usleep(20000); } }
Компилируем. Далее программу можно запустить на двух компьютерах. Или на одном, как я буду делать сейчас. Запускаем TShark со следующими аргументами:
$ sudo tshark -i lo -f "udp dst port 7010" -P -V -O RTP -o rtp.heuristic_rtp:TRUE -x
Если поле запуска в консоли появится только сообщение о начале захвата, то это добрый знак -значит наш порт скорее всего не занят другими программами. В другом терминале запускаем экземпляр программы, который будет имитировать "удаленное" переговорное устройство указав ему этот номер порта:
$ ./mstest8 --port 9010 --lport 7010
Как видно из текста программы, по умолчанию используется IP-адрес 127.0.0.1 (локальная петля).
Еще в одном терминале запускаем второй экземпляр программы, который имитирует локальное устройство. Используем дополнительный аргумент, который разрешает работу встроенного тестового генератора:
$ ./mstest8 --port 7010 --lport 9010 --gen 440
В этот момент, в консоли с TShark должны начать мелькать пакеты передаваемые в сторону "удаленного" устройства, а из динамика компьютера раздастся непрерывный тональный сигнал.
Если все произошло как по писанному, то перезапускаем второй экземпляр программы, но уже без ключа и аргумента "--gen 440". Роль генератора теперь будете исполнять вы. После этого можно пошуметь в микрофон, в динамике или наушниках вы должны услышать соответствующий звук. Возможно даже возникнет акустическое самовозбуждение, убавьте громкость динамика и эффект пропадет.
Если у вы запускали на двух компьютерах и не запутались в IP-адресах, то вас ждет тот же результат — двусторонняя речевая связь цифрового качества.
В следующей статье мы научимся писать свои собственные фильтры — плагины, благодаря этому навыку вы сможете применить медиастример не только для звука и видео, но и в какой-нибудь иной специфической области.
