Otimização de protocolo para distribuição sincronizada de áudio multicanal em redes sem fios

Abstract

As comunicações sem fios têm ganho popularidade porque oferecem soluções práticas possibilitando ritmos de transferência e níveis de fiabilidade que, não sendo equivalentes às das tecnologias com fios, são já suficientes para suportar grande parte das aplicações distribuídas, incluindo aplicações multimédia. Esta popularidade é facilmente observável no contexto mais restrito das soluções para implementação de sistemas de distribuição áudio. Nesta área interessa-nos a distribuição áudio entre um servidor central e os vários clientes musicais que reproduzem os canais de áudio. A sua implementação tem que lidar com a limitação do ritmo da informação e com problemas de dessincronização temporal entre os elementos. A maioria dos produtos comercialmente disponíveis integra tecnologias proprietárias, tornando as soluções não compatíveis entre si. Na Universidade do Minho este problema já foi abordado em dois trabalhos em 2014 e 2018, resultando na definição dum sistema aberto e sem requisitos especiais de hardware. Os resultados dos testes realizados aos protótipos foram encorajadores, mas ficou por analisar a eficácia dos algoritmos de contração/expansão do áudio quando há uma sincronização temporal elevada e ultrapassar a excessiva simplicidade do protocolo de distribuição de áudio, por suportar apenas dois canais e não incluir mecanismos de deteção e correção de erros. Neste projeto foram desenvolvidos três protocolos comunicação para efetuar o cálculo da diferença temporal, a distribuição de áudio multicanal e controlar a reprodução de áudio. Além destes foram desenvolvidos também algoritmos e mecanismos para o cálculo do mesmo instante temporal em diferentes dispositivos e para a contração/expansão temporal do áudio. Por fim, as aplicações cliente e servidor desenvolvidas integram estas soluções de forma harmoniosa, resultando num excelente nível de sincronização e desempenho.

Wireless communications have grown in popularity because they provide practical solutions that enable transfer rates and levels of reliability that, while not identical to wired technologies, are sufficient to support the majority of distributed applications, including multimedia applications. This popularity is obviously vis ible in the more narrow context of audio distribution implementations solutions. We’re interested in audio distribution between a central server and the various music clients that play the audio channels in this area. Its implementation must deal with the information rhythm’s limitation as well as issues of temporal desynchronization between the elements. Since most commercially available products incorporate pro prietary technologies, the solutions are incompatible with one another. This problem has already been addressed at the University of Minho in two previous works [2][7], resulting in the definition of an open source system with no special hardware requirements. The results of the prototype tests were encouraging, but it remained to analyze the effectiveness of the audio contraction/expansion algorithms when there is high temporal synchronization and to overcome the audio distribution protocol’s excessive simplicity, as it only supports two channels and lacks error detection and correction mechanisms. Three communication protocols were created in this project to calculate the temporal difference, distribute multichannel audio, and control audio reproduction. In addition, algorithms and mechanisms for calculating the same tem poral instant in different devices, as well as for audio temporal contraction/expansion, were developed. Finally, the developed client and server applications integrate these solutions harmoniously, resulting in an excellent level of synchronization and performance.