音頻交換混合矩陣設計與實現

　　在第一路串行信號輸入端( In_0)的左聲道輸入時序輸入16進制串行數據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。串行數據輸入如圖10所示。

圖10　串行數據輸入。

　　系統的串行輸出端有相應數據輸出， Out_0 端左聲道輸出數據為000000， 右聲道輸出數據為111111，與In_0輸入數據一致;Out_1端左聲道輸出數據222222，右聲道輸出數據333333，與In_1輸入數據一致; ?; Out_7 端左聲道輸出數據EEEEEE，右聲道輸出數據FFFFFF，與In _7 輸入數據一致。

　　串行數據輸出如圖11所示。

　圖11　串行數據輸出。

　　改變控制端口數據，使In_1的左聲道輸入(數據為222222 ) 與In _ 2 的右聲道輸入(數據為555555)與Out_0的左聲道輸出連接。由圖3 - 5可見，Out_0串行數據輸出變為777777。串行數據混合輸出如圖12所示。

　　由以上仿真結果可知， FPGA 整體設計能夠實現串行數字音頻信號的交換與混合，達到預期設計要求。

圖12　串行數據混合輸出。

　　3. 2　系統實現

　　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，利用嵌入式控制系統對其進行控制。采用計算機、MP3、便攜式CD 機、信號發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備，測試交換、混合及音量調節功能。經*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。

　　測試結果證明，交換混合矩陣能夠正確接受控制系統的命令，完成音頻信號的交換、混合及音量調節功能。

　　4　結論

　　本文針對音頻交換系統應用需求，提出了一種基于FPGA音頻交換混合矩陣的設計方案，并進行軟硬件設計闡述及仿真，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。

　　經仿真及實物測試，基于FPGA的音頻交換混合矩陣能夠實現音頻信號的交換、混合及音量調節，同時具有延時低、隔離度高、音質好的特點，可適用于各種會議、指揮、通信等場合。