基于SOPC的嵌入式數字音頻AGC系統的設計與實現

在仿真中輸入一段聲音忽大忽小的數字音頻，從經過AGC處理后的數字音頻輸出來看，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整300次，該算法的增益因子調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到了滿意的效果。

3 軟件層設計
目前比較流行的嵌入式操作系統主要有VxWorks，Windows CE，uCLinux，μC／OS-Ⅱ等。μC／OS-Ⅱ的規模較小、實時性和可靠性較高，能夠滿足嵌入式數字音頻AGE系統對實時性的要求，考慮到NiosⅡIDE開發環境對μC／OS-Ⅱ的良好支持，故操作系統選擇μC／OS-Ⅱ。μC／OS -Ⅱ是一種可移植、可固化、可裁減、占先式的多任務實時操作系統內核。它通過為每個任務分配單獨的任務堆棧來保存任務工作環境，提供任務管理與調度，任務間的同步、互斥與通信，時間和中斷管理、內存的動態分配等多種系統服務。
系統運行時，首先進行系統初始化操作，即初始化所有數據結構，分配堆棧空間，然后建立任務間通訊的信號量或者消息隊列，進而創建任務，并且分配不同的優先級，所有任務被置于就緒態，系統從優先級最高的任務開始執行。
軟件設計主要包括嵌入式操作系統μC／OS-Ⅱ的移植、LCD顯示控制器和自定義音頻模塊的驅動程序設計、算法設計實現3個主要部分。嵌入式音頻AGC系統根據功能劃分主要有以下4個任務，如圖4所示。

(1)系統初始化任務，主要是用以初始化整個嵌入式音頻AGC系統，包括初始化各種系統變量、LCD控制器、鍵盤、自定義音頻接口模塊等系統模塊，此外還擔負著創建其他任務和信號量的任務，是系統正常運行必不可少的一環，該任務在系統中有最高的優先級。在正常初始化系統以后將該任務刪除以節省系統開支。
(2)音頻AGC處理任務，對自定義音頻接口的輸入音頻進行AGC處理，配合自定義音頻接口的驅動程序將處理好的音頻進行輸出。該任務是嵌入式音頻AGC系統的核心任務，在系統初始化任務完成并刪除后成為系統內優先級最高的任務。
(3)鍵盤輸入響應處理任務，對PIO輸入的按鍵信息進行相應處理，如果有改變參數設置等重要信息要通過信號量及時反饋給音頻AGC處理任務，同時負責輸出要在LCD上顯示的內容，通過郵箱信號量發送給LCD顯示任務。它的優先級比LCD顯示任務高。
(4)LCD顯示任務，將接收到的內容配合LCD控制器驅動程序進行LCD的顯示輸出。

4 結束語
本設計采用SOPC技術，利用FPGA實現SDI接口邏輯，移植μC／OS-Ⅱ實時操作系統為嵌入式應用軟件運行平臺，可以實現與廣電設備的無縫接合。通過設計采用一種適于實時性的多參數融合的AGC算法對數字音頻信號進行AGC處理，實現了具有抑制一定噪聲能力的嵌入式數字音頻AGC系統。測試表明該系統達到設計預期目標，改善了傳統音頻AGC處理中的一些缺陷，輸出音頻穩定平衡，完全滿足實際需要，可廣泛應用在數字演播室中的數字音頻實時AGC處理上。