Voice over CAN
Digitale Audioübertragung über den CAN-Bus
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Auslastung des CAN-Bus variiert stark
Tabelle 2 zeigt die berechnete Auslastung des CAN-Bus für die verschiedenen Audio-Codecs. In den Zeilen werden die Testszenarien Voice Streaming (Sprache, Halbduplex, 8 kHz, 8 bit, Mono), bidirektionale Sprachübertragung (Sprache, Vollduplex, 8 kHz, 8 bit, Mono) und Music Streaming (Audio-CD, Halbduplex, 44 kHz, 16 bit, Stereo) bei den Längen 100 m und 500 m dargestellt. In den Spalten stehen die Audio-Codecs absteigend nach benötigter Bitrate sortiert. Wenn eine Zelle keinen Inhalt enthält, übersteigt dieses Testszenario die Möglichkeiten des CAN-Bus.
Der Einsatz des Speex-Codec ermöglicht den Vollduplex-Betrieb bis 500 m bei 67,5 % Bus-Auslastung. Der Opus-Codec reduziert die Bus-Auslastung für die Sprachübertragung bei 500 m sogar auf 29,7 % und für Audio Streaming in CD-Qualität auf 86,4 %.
In Bild 3 werden die jeweiligen Kompressionsraten der Audio-Codecs für die drei Testszenarien miteinander verglichen. Die y-Achse zeigt in logarithmischer Skala die benötigte Bitrate in kbit/s. Auf der x-Achse sind die drei Testszenarien in Gruppen aufgeteilt. Die Bitrate ist ohne Codec (PCM) am höchsten und fällt mit höherer Komprimierungsrate der Audio-Codecs. Im Testszenario Music Streaming (Audio-CD, unidirektional, 44 kHz, 16 bit, Stereo) werden nur PCM und der Opus-Codec angezeigt, da die anderen Audio-Codecs nicht für die Übertragung von Musik geeignet sind.
Codecs erweitern Einsatzmöglichkeiten von CAN
Aus den Testszenarien ergibt sich, dass der Einsatz von Audio-Codecs die Anwendungsmöglichkeiten des CAN-Bus bedeutend erweitert. Ohne Audio-Codec ist die bidirektionale Sprachübertragung bis maximal 100 m möglich. Durch den Einsatz der Audio-Codecs Speex und Opus konnte diese Grenze auf 500 m ausgedehnt werden.
Hinsichtlich der Qualität konnte nachgewiesen werden, dass die Verwendung des Opus-Codec die Steigerung der Audioqualität auf CD-Niveau möglich macht. Dabei bleibt die erforderliche Bitrate auf ähnlich niedrigem Level, das den CAN-Bus nicht an seine Grenze treibt - vergleichbar mit Voice Streaming ohne Codec. Der CAN-Bus kann also für Voice Streaming, bidirektionale Sprachübertragung und Musik-Streaming eingesetzt werden, wenn Audio-Codecs eingesetzt werden. Dabei wird nicht nur die Übertragungsdistanz des CAN-Bus wesentlich erweitert, sondern - wie die glühenden Test-Ohren der unbestechlichen Mixed-Mode-Kollegen verrieten - auch die Qualität von Musikübertragung gravierend verbessert.
Literatur
[1] Mahesh Mahajan, Monoj Baruah, Srinivas T, Suresh Sureddi: VoiceOverCAN. iCC 2003.
[2] www.st.com (Discovery Evaluation Board)
[3] www.speex.org
[4] www.opus-codec.org
Die Autoren
Ulrich Bschorer
arbeitet als Software-Entwickler bei Mixed Mode und hat einige Jahre Software für akustische Fahrgast-Informationssysteme in Schienenfahrzeugen geschrieben. Er studierte Informatik (Dipl.) an der Universität Ulm.
Gabriele Cappelli
arbeitet seit mehreren Jahren im Bereich Signalverarbeitung als Systementwickler bei Mixed Mode und studierte Telekommunikation (B.Eng.) an der Universität Siena.
- 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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