描述

概述

聲音的合成有著悠久的歷史，并且開(kāi)發(fā)了不同的合成方法。最常見(jiàn)的方法稱(chēng)為減法：基本波形由處理器（波表合成）或模擬組件生成；然后應(yīng)用于濾波器并混合以生成輸出信號(hào)。添加劑合成更復(fù)雜；它基于傅里葉變換。

傅立葉變換將時(shí)間函數(shù)（信號(hào)）分解為組成它的頻率。變換給出振幅和相移的系數(shù)。每個(gè)周期信號(hào)都可以用不同頻率、幅度、相移的正弦波之和來(lái)描述。

加法合成器通過(guò)對(duì)正弦波求和來(lái)工作，正弦波的頻率基于輸入頻率（稱(chēng)為聲音的音調(diào)）。

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。（FPGA 平臺(tái)）

• Digilent PMOD BT2 （藍(lán)牙接口，連接FPGA的JA口）

• Digilent Analog Discovery 2 （用于觀察信號(hào)形狀的示波器）

此外，還需要一部帶藍(lán)牙功能的手機(jī)與系統(tǒng)進(jìn)行通信。

該項(xiàng)目的重點(diǎn)是以當(dāng)今的另一種方式產(chǎn)生聲音。加法合成可以根據(jù)其定義（傅立葉級(jí)數(shù)）創(chuàng)建信號(hào)的所有現(xiàn)有形狀。此外，我們可以記錄來(lái)自麥克風(fēng)的信號(hào)的 FFT 并通過(guò)正弦波再現(xiàn)它（之后，可以在信號(hào)中編輯單個(gè)正弦波！）。

體系結(jié)構(gòu)是在 VHDL（音頻編解碼器驅(qū)動(dòng)程序、加法合成生成器）中開(kāi)發(fā)的。軟處理器 Microblaze 用于控制信號(hào)流（FFT、DMA 通道到編解碼器、內(nèi)存、藍(lán)牙、附加發(fā)生器系數(shù)）。代碼是用C實(shí)現(xiàn)的。

建筑學(xué)

系統(tǒng)包括：

• 微火處理器

• DDR3內(nèi)存

• 由自定義 IP 驅(qū)動(dòng)的音頻編解碼器（具有中央 DMA 通道和 512 個(gè)樣本 FIFO [L 和 R 音頻通道]）

• 具有 FIFO 的 Xilinx FFT IP

• 藍(lán)牙串口

• 添加劑發(fā)生器 IP

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添加劑發(fā)生器塊設(shè)計(jì)

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添加劑發(fā)生器IP

• AXI Memory-Mapped - 由 Xilinx 提供的塊，允許 Microblaze 處理器訪問(wèn) IP 存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有關(guān)音高、振幅 (k)、相移 (k) 的數(shù)據(jù)，其中 k 是正弦波的索引。

• 相位發(fā)生器 - 根據(jù)音調(diào)、相移和先前的相位值計(jì)算相位值。

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相位生成算法

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• 數(shù)據(jù)生成器——向 DDS 編譯器提供信號(hào)流

• DDS 編譯器 - Xilinx IP，將正弦波表存儲(chǔ)在 Block RAM 中。輸入：16 位相位值，輸出：16 位正弦波值。

• 振幅乘數(shù) - 執(zhí)行等式 A * sin[n]，其中 A 是 (0 ; 1)（16 位分?jǐn)?shù)值）。

• 混頻器——添加所有的正弦波。

• 歸一化 - 將輸出乘以基于正弦波計(jì)數(shù)的因子（提供滿(mǎn)量程輸出）

現(xiàn)在的進(jìn)展

現(xiàn)階段外設(shè)（音頻編解碼器驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙）和處理器架構(gòu)（DMA、內(nèi)存、FFT）全部完成并測(cè)試。加法發(fā)生器在軟件中工作（由 Adder、Multiplier、Normalizer IP 和 DDS Compiler IP 支持），能夠?qū)崟r(shí)生成包含多達(dá) 10 個(gè)正弦波的信號(hào)。

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輸出波形

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完成的步驟：

• 音頻編解碼器驅(qū)動(dòng) IP，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 FIFO 中，通過(guò) DMA 通道傳輸 - 音頻編解碼器演示由 Digilent 共享，不幸的是，系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)播放聲音（演示是為播放錄制的數(shù)據(jù)包而設(shè)計(jì)的），設(shè)計(jì)已修改現(xiàn)在播放聲音時(shí)沒(méi)有任何延遲、咔噠聲、噪音等。

• Android 應(yīng)用程序 - 允許與系統(tǒng)連接（通過(guò)藍(lán)牙），開(kāi)發(fā)了用于設(shè)置 10 個(gè)正弦波的圖形界面

• Additive Generator IP 的基礎(chǔ)模塊

未來(lái)的步驟：

• 將 Additive Generator 集成到一個(gè)能夠生成 1024 個(gè)正弦波的模塊中

• 實(shí)例化更多的 Additive Generator 塊（主要目標(biāo)：10000 個(gè)正弦波）

• 開(kāi)發(fā)Android應(yīng)用程序由用戶(hù)繪制頻譜并添加設(shè)置相移功能（現(xiàn)在用戶(hù)只能設(shè)置正弦波的幅度）

• 添加記錄 FFT 和再現(xiàn)信號(hào)選項(xiàng)

• 加調(diào)制——一段時(shí)間內(nèi)一組正弦波的幅值和相移的變化

• 添加 MIDI 支持

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安卓應(yīng)用程序圖形用戶(hù)界面

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