音頻交換混合矩陣設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　在第一路串行信號(hào)輸入端( In_0)的左聲道輸入時(shí)序輸入16進(jìn)制串行數(shù)據(jù)000000，在右聲道輸入時(shí)序輸入111111;同理，在In_1的左聲道輸入時(shí)序輸入222222，在右聲道輸入時(shí)序輸入333333; ?在In_7的左聲道輸入時(shí)序輸入EEEEEE，在右聲道輸入時(shí)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(jiàn)，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(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)串行數(shù)字音頻信號(hào)的交換與混合，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

圖12　串行數(shù)據(jù)混合輸出。

　　3. 2　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　交換混合矩陣實(shí)物照片如圖13所示。

圖13　交換混合矩陣實(shí)物照片

　　實(shí)物測(cè)試時(shí)，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(duì)其進(jìn)行控制。采用計(jì)算機(jī)、MP3、便攜式CD 機(jī)、信號(hào)發(fā)生器等播放的音頻信號(hào)作為輸入源，揚(yáng)聲器及耳機(jī)、示波器等作為輸出設(shè)備，測(cè)試交換、混合及音量調(diào)節(jié)功能。經(jīng)*測(cè)試，輸出音頻信號(hào)無(wú)明顯失真。在多路音頻信號(hào)混合輸出時(shí)，仍然可以保證較好的信號(hào)質(zhì)量。輸入輸出延時(shí)的測(cè)量波形如圖14所示，約為620μs。通過(guò)逐點(diǎn)測(cè)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(cè)量波形。

圖15　幅頻特性曲線。

　　測(cè)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(hào)的交換、混合及音量調(diào)節(jié)功能。

　　4　結(jié)論

　　本文針對(duì)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(jì)方案，并進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)闡述及仿真，并完成了實(shí)物制作與測(cè)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(qiáng)的通用性，可根據(jù)實(shí)際需要裁減或增加交換容量、配置音頻信號(hào)采樣頻率及采樣精度等特點(diǎn)。

　　經(jīng)仿真及實(shí)物測(cè)試，基于FPGA的音頻交換混合矩陣能夠?qū)崿F(xiàn)音頻信號(hào)的交換、混合及音量調(diào)節(jié)，同時(shí)具有延時(shí)低、隔離度高、音質(zhì)好的特點(diǎn)，可適用于各種會(huì)議、指揮、通信等場(chǎng)合。