音頻交換混合矩陣設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

作者：時間：2011-02-24 來源：網(wǎng)絡(luò)

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音頻交換混合矩陣是各種會議、演播、指揮系統(tǒng)的核心設(shè)備，連接不同的音頻輸入、輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)音頻的交換及混合功能，并實(shí)現(xiàn)音頻信號的控制與調(diào)度。
　　傳統(tǒng)的音頻矩陣通常基于模擬開關(guān)電路設(shè)計，設(shè)計復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度較大，不適合構(gòu)建中大規(guī)模交換矩陣。而且，大多數(shù)矩陣不具備音量調(diào)節(jié)及信號混合功能，需要配合調(diào)音臺、信號混合器設(shè)備使用。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/166229.htm

　　本文提出一種基于FPGA ( Field ProgrammableGate Array)的音頻交換混合矩陣的設(shè)計方案。該方案以交換技術(shù)原理為基礎(chǔ)，采用數(shù)字音頻信號采樣及處理技術(shù)，構(gòu)建交換混合矩陣，實(shí)現(xiàn)了16 ×16路音頻信號的交換、混合;設(shè)計及實(shí)現(xiàn)難度小，且可根據(jù)系統(tǒng)需求裁減或增加系統(tǒng)交換容量、設(shè)置音頻信號采樣精度及采樣速率;每路輸入、輸出信號的音量可以獨(dú)立進(jìn)行控制;還具有輸入輸出延時低、信道間隔離度高、音質(zhì)好的特點(diǎn)。

　　1　音頻交換混合矩陣的數(shù)學(xué)模型

　　1. 1　交換系統(tǒng)原理

　　交換技術(shù)源于電話通信，其基本任務(wù)就是在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)各用戶之間信息的端到端的有效傳遞。交換技術(shù)的原理就是通過設(shè)置好的路徑，將源端的數(shù)據(jù)可控地發(fā)往目的端。

　　對于音頻系統(tǒng)，交換即指將音頻信號從輸入端經(jīng)過一系列節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端。

　　1. 2　交換混合矩陣數(shù)學(xué)模型

　　基于2. 1所述交換技術(shù)原理，可構(gòu)建交換系統(tǒng)的一般數(shù)學(xué)模型。將多輸入輸出的交換系統(tǒng)抽象為一個矩陣P，其輸入和輸出信號抽象為兩個向量( x，y) ，交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能就是將輸入向量通過矩陣的運(yùn)算轉(zhuǎn)換為輸出向量:

　　其中pij ∈[0， 1 ]，代表輸入與輸出的對應(yīng)關(guān)系。n和m 分別代表輸入和輸出信號個數(shù)。當(dāng)n = 1時，該系統(tǒng)為單輸入系統(tǒng);當(dāng)n > 1時，該系統(tǒng)為多輸入系統(tǒng)。

　　當(dāng)m = 1時，該系統(tǒng)為單輸出系統(tǒng);當(dāng)m > 1時，該系統(tǒng)為多輸出系統(tǒng)。

　　對于一個音頻交換混合系統(tǒng)， pij即代表了某路輸入與某路輸出的對應(yīng)關(guān)系，以及音量信息。最終，單獨(dú)的某路輸出信號yj 可以表示為:

　　本方案的核心技術(shù)，是將多路模擬音頻輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入向量，并構(gòu)建數(shù)字交換混合矩陣，通過對矩陣的運(yùn)算得到數(shù)字輸出向量，并將輸出向量轉(zhuǎn)換為模擬音頻輸出信號，分配至各輸出端口，最終實(shí)現(xiàn)音頻交換混合矩陣。