基于SOPC的嵌入式數(shù)字音頻AGC系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

在仿真中輸入一段聲音忽大忽小的數(shù)字音頻，從經(jīng)過AGC處理后的數(shù)字音頻輸出來看，大音量的音頻信號被有效衰減，小音量的音頻信號被有效放大，正常音量的音頻信號幾乎沒有變化。該段音頻長度為6 s，增益因子在此期間可調(diào)整300次，該算法的增益因子調(diào)整速度可以滿足音頻劇烈變化時的使用需求。對噪音的抑制也起到了很好的效果，人耳的實際聽覺感知達(dá)到了滿意的效果。

3 軟件層設(shè)計
目前比較流行的嵌入式操作系統(tǒng)主要有VxWorks，Windows CE，uCLinux，μC／OS-Ⅱ等。μC／OS-Ⅱ的規(guī)模較小、實時性和可靠性較高，能夠滿足嵌入式數(shù)字音頻AGE系統(tǒng)對實時性的要求，考慮到NiosⅡIDE開發(fā)環(huán)境對μC／OS-Ⅱ的良好支持，故操作系統(tǒng)選擇μC／OS-Ⅱ。μC／OS -Ⅱ是一種可移植、可固化、可裁減、占先式的多任務(wù)實時操作系統(tǒng)內(nèi)核。它通過為每個任務(wù)分配單獨(dú)的任務(wù)堆棧來保存任務(wù)工作環(huán)境，提供任務(wù)管理與調(diào)度，任務(wù)間的同步、互斥與通信，時間和中斷管理、內(nèi)存的動態(tài)分配等多種系統(tǒng)服務(wù)。
系統(tǒng)運(yùn)行時，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作，即初始化所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分配堆?？臻g，然后建立任務(wù)間通訊的信號量或者消息隊列，進(jìn)而創(chuàng)建任務(wù)，并且分配不同的優(yōu)先級，所有任務(wù)被置于就緒態(tài)，系統(tǒng)從優(yōu)先級最高的任務(wù)開始執(zhí)行。
軟件設(shè)計主要包括嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的移植、LCD顯示控制器和自定義音頻模塊的驅(qū)動程序設(shè)計、算法設(shè)計實現(xiàn)3個主要部分。嵌入式音頻AGC系統(tǒng)根據(jù)功能劃分主要有以下4個任務(wù)，如圖4所示。

(1)系統(tǒng)初始化任務(wù)，主要是用以初始化整個嵌入式音頻AGC系統(tǒng)，包括初始化各種系統(tǒng)變量、LCD控制器、鍵盤、自定義音頻接口模塊等系統(tǒng)模塊，此外還擔(dān)負(fù)著創(chuàng)建其他任務(wù)和信號量的任務(wù)，是系統(tǒng)正常運(yùn)行必不可少的一環(huán)，該任務(wù)在系統(tǒng)中有最高的優(yōu)先級。在正常初始化系統(tǒng)以后將該任務(wù)刪除以節(jié)省系統(tǒng)開支。
(2)音頻AGC處理任務(wù)，對自定義音頻接口的輸入音頻進(jìn)行AGC處理，配合自定義音頻接口的驅(qū)動程序?qū)⑻幚砗玫囊纛l進(jìn)行輸出。該任務(wù)是嵌入式音頻AGC系統(tǒng)的核心任務(wù)，在系統(tǒng)初始化任務(wù)完成并刪除后成為系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)先級最高的任務(wù)。
(3)鍵盤輸入響應(yīng)處理任務(wù)，對PIO輸入的按鍵信息進(jìn)行相應(yīng)處理，如果有改變參數(shù)設(shè)置等重要信息要通過信號量及時反饋給音頻AGC處理任務(wù)，同時負(fù)責(zé)輸出要在LCD上顯示的內(nèi)容，通過郵箱信號量發(fā)送給LCD顯示任務(wù)。它的優(yōu)先級比LCD顯示任務(wù)高。
(4)LCD顯示任務(wù)，將接收到的內(nèi)容配合LCD控制器驅(qū)動程序進(jìn)行LCD的顯示輸出。

4 結(jié)束語
本設(shè)計采用SOPC技術(shù)，利用FPGA實現(xiàn)SDI接口邏輯，移植μC／OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)為嵌入式應(yīng)用軟件運(yùn)行平臺，可以實現(xiàn)與廣電設(shè)備的無縫接合。通過設(shè)計采用一種適于實時性的多參數(shù)融合的AGC算法對數(shù)字音頻信號進(jìn)行AGC處理，實現(xiàn)了具有抑制一定噪聲能力的嵌入式數(shù)字音頻AGC系統(tǒng)。測試表明該系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計預(yù)期目標(biāo)，改善了傳統(tǒng)音頻AGC處理中的一些缺陷，輸出音頻穩(wěn)定平衡，完全滿足實際需要，可廣泛應(yīng)用在數(shù)字演播室中的數(shù)字音頻實時AGC處理上。