Voice over CAN
Digitale Audioübertragung über den CAN-Bus
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Übertragungskapazitäten des CAN-Bus
| Bitrate [kbit/s] | Buslänge [m] |
|---|---|
| 1.000 | 25 |
| 800 | 50 |
| 500 | 100 |
| 250 | 250 |
| 125 | 500 |
| 50 | 1.000 |
| 25 | 2.500 |
Tabelle 1. Die Übertragungskapazität des CAN-Bus nimmt mit steigender Distanz ab.
Tabelle 1 stellt die mögliche Bitrate des CAN-Bus in kbit/s (Kilobit pro Sekunde) abhängig von der Buslänge in Metern dar. Die Übertragung von Daten erfolgt mit dem CAN-Frame, der u.a. das Identifier-Segment und das Datenfeld enthält. Das Identifier-Segment enthält die Informationen des Application-Layer-Protokolls und dient zur Adressierung der Bus-Teilnehmer und zur Kodierung des Nachrichtentyps. Wenn das Application-Layer-Protokoll einer bestehenden Anwendung für die Audioübertragung erweitert wird, kann es vorkommen, dass der verfügbare Platz im Identifier-Segment nicht mehr ausreicht. In diesem Fall werden die Protokoll-Informationen im Datenfeld untergebracht. Ausgehend von einem Protokoll-Overhead von zwei Byte pro CAN-Frame würde man so noch 75 % der in Tabelle 2 maximal möglichen angegebenen CAN-Geschwindigkeit für die Audioübertragung erreichen.
| Übertragungsmodus | PCM | G.711 | G.726 | Speex | Opus |
| 100 m, Sprache, unidirektional, 8 kHz, 8 bit, Mono | 21,60 % | 10,80 % | 5,40 % | 8,44 % | 3,71 % |
| 100 m, Sprache, Vollduplex, 8 kHz, 8 bit, Mono | 43,20 % | 21,60 % | 10,80 % | 16,87 % | 7,42 % |
| 100 m, Audio-CD, unidirektional, 44 kHz, 16 bit, Stereo | - | - | - | - | 21,60 % |
| 500 m, Sprache, unidirektional, 8 kHz, 8 bit, Mono | 86,40 % | 43,20 % | 21,60 % | 33,75 % | 14,85 % |
| 500 m, Sprache, Vollduplex, 8 kHz, 8 bit, Mono | - | 86,40 % | 43,20 % | 67,50 % | 29,70 % |
| 500 m, Audio-CD, unidirektional, 44 kHz, 16 bit, Stereo | - | - | - | - | 86,40 % |
Tabelle 2. Berechnete Auslastung des CAN-Bus bei den verschiedenen Audio-codecs. In den Zeilen werden die Testszenarien dargestellt. Die Spalten zeigen die Audio-Codecs absteigend nach benötigter Bitrate sortiert.
Die Bitrate eines Audiosignals kann man durch folgende Formel berechnen:
Bitrate = Anzahl Kanäle (Mono=1, Stereo=2) × Anzahl Bytes der Abtasttiefe × Abtastrate × 8.
Ein unkomprimierter Voice Stream im Halbduplex-Betrieb bei einer Abtastrate von 8 kHz, 8 bit, Mono benötigt daher 64 kbit/s. Die bidirektionale Sprachübertragung (Vollduplex-Betrieb) benötigt doppelt so viel, also 128 kbit/s. Für Musik-Streaming bei einer Abtastrate von 44 kHz, 16 bit, Stereo sind 1.408 kbit/s erforderlich. Tabelle 3 listet die benötigte Bitrate für Codecs je nach Anwendungsfall auf.
| Opus | Speex | G.726 | G.711 | ohne Codec | |
| Sprache, unidirektional, 8 kHz, 8 bit, Mono | 11 | 15 | 16 | 32 | 64 |
| Sprache, Vollduplex, 8 kHz, 8 bit, Mono | 22 | 25 | 32 | 64 | 128 |
| Audio-CD, unidirektional, 44 kHz, 16 bit, Stereo | 64 | 1.408 |
Tabelle 3. Bitraten in kbit/s, die für verschiedene Anwendungen mit den unterschiedlichen Codecs oder ganz ohne benötigt werden.
- Digitale Audioübertragung über den CAN-Bus
- Sprache und Musik über den Bus
- Übertragungskapazitäten des CAN-Bus
- Auslastung des CAN-Bus variiert stark
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