Web radio

Con questo progetto si è realizzata la web radio della Comunità pastorale di Missaglia (LC).

Il sistema prevede il collegamento audio via Internet tra le chiese parrocchiali di Maresso e Missaglia, in modo tale da poter ascoltare presso la chiesa locale eventi che si svolgano nell'altra chiesa; quanto viene diffuso attraverso l'impianto audio della chiesa viene inoltre trasmesso via etere ai parrocchiani dotati di un particolare apparecchio radio.

In un secondo tempo si renderà disponibile una playlist di brani da trasmettersi in automatico nel caso saltasse il collegamento ad Internet.

In futuro si valuterà se rendere fruibile al pubblico lo stream della web radio.

Il sistema è modulare, per far sì che si possano aggiungere in futuro nuove stazioni ricetrasmittenti e mettere così in comunicazione un maggior numero di chiese tra loro.

Prerequisiti

• connessione ad Internet (ADSL o superiore)
• impianti audio con almeno un ingresso e un'uscita liberi (possibilmente bilanciati)

Hardware

Per ogni stazione ricetrasmittente:

• 1 Banana Pi [A]
• 1 ATXRaspi [L]
• 1 JY-MCU Mini RS232 to TTL Converter Module Board [F]
• 1 scheda SD SanDisk Ultra SDHC 8 GB [A]
• 1 scheda audio USB EDIROL UA-25 [ME]
• alcuni metri di cavo microfonico Cordial CMK 222 [T]
• a seconda del tipo di impianto audio:
  • connettori XLR maschi Neutrik NC3MXX [T]
  • connettori XLR femmine Neutrik NC3FXX [T]
  • connettori RCA REAN NYS373-0 [T]
  • connettori jack 1/4" tripolari Neutrik NP3X [T]
  • connettori jack 1/4" bipolari Neutrik NP2X [T]
• 1 case rack 19"/1U Adam Hall 87407V [T]

Fornitori:

• [A] Amazon.it
• [F] FastTech
• [L] LowPowerLab Store
• [ME] Mercatino Musicale
• [MO] Mouser Electronics
• [T] Thomann

Pannelli

Per la progettazione dei pannelli dell'unità rack, una valida metodologia di lavoro potrebbe essere questa (seguendo anche questi consigli). Purtroppo non è possibile al momento adattarla al mondo del software libero, a causa della indisponibilità di strumenti CAD adeguati.

Per questo progetto abbiamo dunque preferito attendere l'arrivo di tutti i pezzi da montare sui pannelli, posizionandoli manualmente sui pannelli smontati in una disposizione indicativa, e prendere le misure con metro e calibro.

Le misure reali del pannello frontale da 1U da noi acquistato sono 482,6 mm × 44,3 mm; quelle del pannello posteriore sono 400 mm × 41 mm.

Console port

Il Banana Pi dispone sul GPIO J11 di un'interfaccia seriale già configurata (usando Bananian) per funzionare come console seriale. Abbiamo quindi deciso di sfruttare questa potenzialità per poter facilmente accedere al sistema operativo in caso di malfunzionamento.

P01, attaccato al GPIO J12, corrisponde a TXD; P02, subito a fianco, a RXD.

Occorre collegare i pin GPIO ad una scheda costituita da un integrato (MAX3232) e da cinque condensatori. Questa scheda, facilmente costruibile anche in casa, fornisce un'interfaccia RS-232 standard, a 5 V; il MAX3232 invece funziona anche a tensioni più basse, come quella del Banana Pi (3,3 V).

Noi abbiamo optato per l'acquisto di una scheda già pronta; esistono prodotti dotati di connettore saldato, ma abbiamo preferito acquistarne uno sprovvisto, per poter posizionare la scheda liberamente all'interno dell'unità rack.

Per questioni estetiche abbiamo deciso di evitare di posizionare un connettore D-sub sul pannello frontale; ci siamo quindi inventati una nostra soluzione proprietaria, che trae ispirazione dalla console port di Cisco.

Bottone di accensione

La procedura è spiegata chiaramente sul sito ufficiale della scheda ATXRaspi. In sintesi abbiamo alimentato la scheda saldando direttamente due fili all'alimentatore; abbiamo attaccato un bottone e un LED saldando i fili del primo direttamente, e interponendo una resistenza adeguata per il LED; abbiamo attaccato i 4 cavi diretti alla scheda ATXRaspi (alimentazione sui pin laterali e controllo in mezzo, GPIO28 a IN e GPIO30 ad OUT) all'header J12 del Banana Pi che corrisponde al P5 del Raspberry Pi (la fila più vicina all'header P1).

PIN	BCM
J12-P03	28
J12-P05	30

Abbiamo riscritto lo script shutdowncheck.py da zero, in Python, ponendolo nella directory /root/ e dandogli i permessi di esecuzione da parte del proprietario (l'utente root):

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import subprocess

GPIO.setwarnings(False)

# set up GPIO using BCM numbering
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(28, GPIO.IN)
GPIO.setup(30, GPIO.OUT)
GPIO.output(30, True)

# detect button pushes
GPIO.add_event_detect(28, GPIO.RISING, bouncetime=500)

if  __name__ == '__main__':
    while True:
        if GPIO.event_detected(28):
            print('PIN 28 requested a SYSTEM HALT!')
            p = subprocess.Popen('shutdown -h now'.split())
        time.sleep(0.5)

Infine abbiamo aggiunto a /etc/rc.local la seguente riga, giusto prima di exit 0:

exec /root/shutdowncheck.py &

Bottoni

N°	PIN	BCM
1	11	17
2	15	22
3	12	18
4	24	8
5	26	7

LED

N°	PIN	BCM
1	19	10
2	16	23
3	18	24
4	21	9
5	23	11

Software

• Bananian Linux
• RPi.GPIO_BP
• IceS
• VLC
• Icecast
• Apache

Sistema operativo

Seguire le istruzioni presenti qui per ottenere una versione recente di Bananian e copiarla sulla scheda SD.

Inserire la scheda SD nel Banana Pi; collegare il cavo di rete al dispositivo, possibilmente un monitor HDMI e una tastiera, e alimentarlo.

Effettuare il login (username: root; password: pi) e lanciare bananian-config.

Per comodità installare vim:

# aptitude update
# aptitude install vim
# aptitude purge vim-tiny

Installare infine i programmi usati per questo progetto:

# aptitude install alsa-base ices2 vlc-nox hexedit python3-dev gcc unzip

Installare python3-rpi.gpio:

# wget https://github.com/LeMaker/RPi.GPIO_BP/archive/bananapi.zip
# unzip bananapi.zip
# cd RPi.GPIO_BP-bananapi/
# python3 setup.py install
# cd ..
# rm -r RPi.GPIO_BP-bananapi bananapi.zip

Impostare l'indirizzo IP come fisso, modificando il file /etc/network/interfaces ed, eventualmente, /etc/resolv.conf; nel nostro caso abbiamo scelto come indirizzo 192.168.0.40 in un caso, e 192.168.1.40 in un altro. Potrebbe essere necessario ridurre il range gestito dal server DHCP (ad esempio configurando adeguatamente il router) in modo tale da non avere conflitti con questi indirizzi.

Per impostare la scheda audio esterna come dispositivo di default, verificare che il file /etc/asound.conf presenti il seguente contenuto:

pcm.!default {
		type hw
		card 1
}

ctl.!default {
		type hw
		card 1
}

DNS dinamico

La condizione ideale sarebbe quella di disporre di un indirizzo IP statico per ogni ricetrasmittente. Purtroppo è molto più probabile che il provider fornisca un indirizzo IP dinamico. Per rendere sempre raggiungibili i diversi host occorre quindi ricorrere ad un servizio di DNS dinamico.

Per questo progetto si è deciso di sfruttare OpenNIC. Occorre creare un account sul sito e poi registrare un dominio .dyn per ogni stazione ricetrasmittente.

Per ogni dominio, una volta preso nota dell'URI messo a disposizione da OpenNIC per aggiornare l'indirizzo IP, è sufficiente scrivere sulla macchina che vogliamo raggiungere da Internet uno script (che chiameremo /root/ddns.sh) analogo al seguente, sostituendovi l'URI precedentemente appuntato:

#!/bin/sh
wget -qO- "https://api.opennicproject.org/ddns/example.dyn?user=myUserName&auth=myAuthCode" > /dev/null

Una volta datogli i permessi di esecuzione, creeremo un cronjob da lanciarsi ogni 10 minuti:

# crontab -e

# m h  dom mon dow   command
*/10 * * * * /root/ddns.sh

Bisogna infine pazientare il tempo necessario affinché i nuovi domini da noi registrati si propaghino per tutta la rete (in genere bastano pochi minuti). Si può verificare che sia tutto a posto lato DNS lanciando questo comando da una macchina che sfrutti i DNS OpenNIC:

$ dig mio_dominio.dyn

Configurazione di IceS

Copiare il file /usr/share/doc/ices2/examples/ices-alsa.xml in /root/ e modificare le righe evidenziate in grassetto:

<?xml version="1.0"?>
<ices>

    <background>0</background>
    <logpath>/var/log/ices</logpath>
    <logfile>ices.log</logfile>
    <logsize>2048</logsize>
    <loglevel>4</loglevel>
    <consolelog>0</consolelog>


    <stream>
        <metadata>
            <name>Radio[Nome]</name>
            <genre>Catholic</genre>
            <description>Parish Radio from [...] (Brianza, Italy)</description>
            <url>http://reginamartiri.it</url>
        </metadata>

        <input>
            <module>alsa</module>
            <param name="rate">44100</param>
            <param name="channels">2</param>
            <param name="device">hw:1,0</param>
            <param name="metadata">0</param>
            <param name="metadatafilename">test</param>
        </input>


        <instance>

            <hostname>indirizzo_IP_corretto</hostname>
            <port>8000</port>
            <password>password_corretta</password>
            <mount>/nome_stream.ogg</mount>
            <yp>0</yp>   


            <encode>  
                <quality>0</quality>
                <samplerate>44100</samplerate>
                <channels>1</channels>
            </encode>

            <downmix>1</downmix>

             
            <resample>
                <in-rate>44100</in-rate>
                <out-rate>22050</out-rate>
            </resample>
        </instance>

    </stream>
</ices>

Creare la directory per i log:

# mkdir /var/log/ices

VLC

VLC, così come è compilato nel pacchetto fornito, non consente di essere eseguito dall'utente root. Per evitare di ricompilare tutto il programma è sufficiente sostituire la stringa "geteuid" con "getppid" usando un editor esadecimale:

# hexedit /usr/bin/vlc

Premere TAB per passare alla modalità ASCII; cercare la stringa con CTRL+S; posizionarsi sui caratteri da sostituire; digitare i caratteri; premere CTRL+X per salvare e uscire. La procedura deve essere ripetuta ogniqualvolta si vada ad aggiornare VLC via APT.

Radio Mater mette a disposizione lo stream in quattro formati, pensati per quattro player multimendiali:

• iTunes, mono, codifica MPEG Audio layer 1/2/3 (mpga), campionamento 24000 Hz, bitrate 32 kb/s
• Windows Media Player, stereo, codifica Windows Media Audio 2 (WMA2), campionamento 32000 Hz (32 bit per campione), bitrate variabile attorno ai 32 kb/s
• RealPlayer, mono, codifica MPEG Audio layer 1/2/3 (mpga), campionamento 24000 Hz, bitrate 32 kb/s
• QuickTime, VLC 2.1.2 non lo supporta

Icecast

Icecast va installato su un server con banda sufficiente a permettere il download a tutti gli utenti che dovessero collegarsi.

Per installarlo su un server Debian:

# aptitude install icecast2

Rispondere "No" alla proposta di configurazione.

Per configurarlo, modificare il file /etc/icecast2/icecast.xml riducendo il numero di client che si possono connettere da 100 a 5 e impostando le 3 password (source, relay e admin); al fine di permettere ad Icecast di leggere questo file, modificarne i permessi con:

# chmod 644 /etc/icecast2/icecast.xml

Mettere ENABLE=true in /etc/default/icecast2, in modo che Icecast parta automaticamente.

Eventualmente cambiare la porta di default (8000) sempre nel file di configurazione; ricordarsi di aprirla nel caso in cui il server Icecast riceva da Internet i flussi da ritrasmettere.

Programmazione bottoni

Ecco lo script buttoncontroller.py, posto nella directory /root/ con i permessi di esecuzione da parte del proprietario (l'utente root):

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import subprocess

GPIO.setwarnings(False)

# set up GPIO using BCM numbering
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# mapping buttons, LEDs and programs
button_pins = [17, 22, 18, 8, 7]
led_pins = [10, 23, 24, 9, 11]
programs = ['ices2 /root/ices-alsa.xml',
            'cvlc http://URL:8000/FILE.ogg',
            None, None, '']

# set buttons as GPIO input
for pin in button_pins:
    GPIO.setup(pin, GPIO.IN)

# set LEDs as GPIO output
for pin in led_pins:
    GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

# detect button pushes
for pin in button_pins:
    GPIO.add_event_detect(pin, GPIO.RISING, bouncetime=500)

# test LEDs
for pin in led_pins:
    GPIO.output(pin, True)
    time.sleep(0.2)
    GPIO.output(pin, False)

def run(button):
    GPIO.output(led_pins[button], True)
    if programs[button] is not '':
        return subprocess.Popen(programs[button].split())
    else:
        time.sleep(0.2)
        GPIO.output(led_pins[button], False)
        return None


if  __name__ == '__main__':
    p = None
    while True:
        for button, pin in enumerate(button_pins):
            if GPIO.event_detected(pin) and programs[button] is not None:
                for pin in led_pins:
                    GPIO.output(pin, False)
                if p:
                    p.terminate()
                p = run(button)
        time.sleep(0.1)

sostituendo URL e FILE adeguatamente.

Come ultimo passo abbiamo aggiunto a /etc/rc.local la seguente riga, giusto prima di exit 0:

exec /root/buttoncontroller.py &

Test

Abbiamo messo a punto una serie di test per verificare rigorosamente l'affidabilità hardware e software del prototipo. Nel caso in cui un punto fallisse, si trovi una soluzione e si ripeta quel punto.

1. Collegare ad un PC la scheda audio modificata, un impianto audio all'ingresso della scheda e realizzare una trasmissione della durata minima di 2 ore, senza interruzioni.
2. Utilizzare la scheda audio per ricevere uno stream dal server Icecast per almeno un'ora senza interruzioni, verificando il corretto funzionamento di entrambe le uscite.
3. Partendo da un'installazione minimale del sistema operativo, con i soli collegamenti strettamente indispensabili, installare il software di streaming e ripetere il primo punto usando questa volta il Banana Pi per effettuare la trasmissione.
4. Con i soli collegamenti strettamente indispensabili, installare il player multimediale e ripetere il secondo punto usando questa volta il Banana Pi per effettuare la ricezione.
5. Realizzare i collegamenti minimali sia per la ricezione che per la trasmissione e ripetere i due punti precedenti.
6. Collegare man mano tutti i fili, ripetendo ogni volta il punto precedente usando però come interfaccia uomo-macchina quella definitiva (led e bottoni).
7. Simulare l'interruzione del collegamento ad Internet.

Problemi

Bottone di accensione (Missaglia)

Il bottone di accensione a Missaglia non attiva lo spegnimento quando tenuto premuto; trovare la causa e porvi rimedio.

1/3/2015: collegamento fallito

Si sanno 3 cose:

1. il primo marzo 2015 si è manifestato un problema che ha reso impossibile il collegamento tra la chiesa di Missaglia a quella di Maresso;
2. il problema è stato localizzato a Missaglia;
3. il problema si manifestava con l'impossibilità da parte di IceS di collegarsi al server Icecast (collocato in Oregon), facendo quindi fallire la trasmissione.

Tutto ciò è stato dedotto da numerosi test e dall'analisi del log di IceS svolti la sera stessa collegandoci via SSH dalla chiesa di Maresso alla macchina di Missaglia.

Purtroppo non è stato possibile individuare la causa del problema, in quanto quando ci siamo recati sul posto il pomeriggio successivo, tutto è tornato a funzionare perfettamente.

TODO

• bottoni virtuali per comandare le macchine da remoto
• fare in modo che, in caso di interruzione del processo a causa di un errore inatteso, il LED corrispondente (trasmetti o ricevi) si spenga
• scrivere un programmino da far girare su una macchina indipendente che mandi un messaggio di allarme (e-mail, per esempio) non appena qualcosa smette di funzionare correttamente; dalla versione 2.4.0 di Icecast è disponibile un'API JSON che potrebbe tornare comoda
• configurare i router (QoS) in modo da garantire alle macchine una banda minima in upload sufficiente per trasmettere gli stream
• inserire le nostre radio nelle "pagine gialle" di Icecast
• interfaccia seriale (vedi anche qui, qui in basso, qui e qui); qui lo schema per il cavo
• alimentazione
• reset
• testare il codec Opus (con DarkIce?); serve Icecast >= 2.4.0
• documentare circuiti
• test
• studiare la programmazione radiofonica (palinsesto): probabilmente serviranno JACK e liquidsoap; qui una lettura interessante

Possibili evoluzioni

Le macchine realizzate sono sostanzialmente dei prototipi. Chi volesse perfezionarli ed eventualmente portarli ad una scala industriale troverà qui alcuni spunti:

• disegno e stampa dei frontali
• aggiunta di un display sul frontalino
• sostituzione di Banana Pi + scheda audio con una scheda progettata ad hoc

Sitografia

• eLinux - RPi Low-level peripherals
• eLinux - RPi BCM2835 GPIOs
• Banana Pi GPIO