資料介紹
描述
概述
聲音的合成有著悠久的歷史,并且開發(fā)了不同的合成方法。最常見的方法稱為減法: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(稱為聲音的音調(diào))。

。(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

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。

- 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)。

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)
- 開發(fā)Android應(yīng)用程序由用戶繪制頻譜并添加設(shè)置相移功能(現(xiàn)在用戶只能設(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

。。
- 將 PMOD BT2 模塊連接到 Nexys Video 的 JA 端口。在 BT2 上設(shè)置跳線 J2(現(xiàn)在 BT2 自動(dòng)接受來(lái)自藍(lán)牙主設(shè)備的配對(duì)請(qǐng)求)。

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- 將耳機(jī)或揚(yáng)聲器連接到耳機(jī)端口(黑色插孔端口)。您還可以將 Analog Discovery 2 作為示波器連接(您將需要插孔電纜)。

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- 在您的手機(jī)上安裝 android 應(yīng)用程序 - app-debug.apk (我的GitHub存儲(chǔ)庫(kù)中的文件夾輸出)。這是未經(jīng)授權(quán)的應(yīng)用程序,您的手機(jī)不允許您安裝它:如何安裝。
- 將您的手機(jī)與 BT2 配對(duì)并運(yùn)行藍(lán)牙 MIDI應(yīng)用程序。

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- 您可以控制聲音的音高(頻率)和 10 個(gè)正弦波(諧波)的振幅
- 就是這樣!
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