音頻交換混合矩陣設(shè)計與實現(xiàn)
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在第一路串行信號輸入端( In_0)的左聲道輸入時序輸入16進制串行數(shù)據(jù)000000，在右聲道輸入時序輸入111111;同理，在In_1的左聲道輸入時序輸入222222，在右聲道輸入時序輸入333333; ?在In_7的左聲道輸入時序輸入EEEEEE，在右聲道輸入時序輸入FFFFFF。串行數(shù)據(jù)輸入如圖10所示。
圖10 串行數(shù)據(jù)輸入。
系統(tǒng)的串行輸出端有相應(yīng)數(shù)據(jù)輸出， Out_0 端左聲道輸出數(shù)據(jù)為000000， 右聲道輸出數(shù)據(jù)為111111，與In_0輸入數(shù)據(jù)一致;Out_1端左聲道輸出數(shù)據(jù)222222，右聲道輸出數(shù)據(jù)333333，與In_1輸入數(shù)據(jù)一致; ?; Out_7 端左聲道輸出數(shù)據(jù)EEEEEE，右聲道輸出數(shù)據(jù)FFFFFF，與In _7 輸入數(shù)據(jù)一致。
串行數(shù)據(jù)輸出如圖11所示。
圖11 串行數(shù)據(jù)輸出。
改變控制端口數(shù)據(jù)，使In_1的左聲道輸入(數(shù)據(jù)為222222 ) 與In _ 2 的右聲道輸入(數(shù)據(jù)為555555)與Out_0的左聲道輸出連接。由圖3 - 5可見，Out_0串行數(shù)據(jù)輸出變?yōu)?77777。串行數(shù)據(jù)混合輸出如圖12所示。
由以上仿真結(jié)果可知， FPGA 整體設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)串行數(shù)字音頻信號的交換與混合，達到預(yù)期設(shè)計要求。
圖12 串行數(shù)據(jù)混合輸出。
3. 2 系統(tǒng)實現(xiàn)
交換混合矩陣實物照片如圖13所示。
圖13 交換混合矩陣實物照片
實物測試時，先將交換混合矩陣接入嵌入式控制系統(tǒng)，利用嵌入式控制系統(tǒng)對其進行控制。采用計算機、MP3、便攜式CD 機、信號發(fā)生器等播放的音頻信號作為輸入源，揚聲器及耳機、示波器等作為輸出設(shè)備，測試交換、混合及音量調(diào)節(jié)功能。經(jīng)*測試，輸出音頻信號無明顯失真。在多路音頻信號混合輸出時，仍然可以保證較好的信號質(zhì)量。輸入輸出延時的測量波形如圖14所示，約為620μs。通過逐點測量得到幅頻特性曲線如圖15所示，通頻帶為20 Hz～38. 44 kHz。
圖14 輸入輸出延遲測量波形。
圖15 幅頻特性曲線。
測試結(jié)果證明，交換混合矩陣能夠正確接受控制系統(tǒng)的命令，完成音頻信號的交換、混合及音量調(diào)節(jié)功能。
4 結(jié)論
本文針對音頻交換系統(tǒng)應(yīng)用需求，提出了一種基于FPGA音頻交換混合矩陣的設(shè)計方案，并進行軟硬件設(shè)計闡述及仿真，并完成了實物制作與測試。
本文所述方案采用FPGA作為交換混合矩陣的核心器件，因此具有較強的通用性，可根據(jù)實際需要裁減或增加交換容量、配置音頻信號采樣頻率及采樣精度等特點。
經(jīng)仿真及實物測試，基于FPGA的音頻交換混合矩陣能夠?qū)崿F(xiàn)音頻信號的交換、混合及音量調(diào)節(jié)，同時具有延時低、隔離度高、音質(zhì)好的特點，可適用于各種會議、指揮、通信等場合。
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