基于FPGA的音频信号分析仪2
基于FPGA的音频信号分析技术研究
基于FPGA的音频信号分析技术研究一、引言音频信号的处理一直是数字信号处理中的一个热点研究课题，在通信、音乐、广播、影视等领域都有广泛的应用。
由于软件处理算法的限制，传统的音频信号处理很难实时地处理大量的音频信号，所以近年来，基于FPGA的音频信号分析技术逐渐在音频信号处理中占据了重要的地位，本文将从以下四个方面分析基于FPGA的音频信号分析技术：FPGA概述、音频信号处理技术、FPGA在音频信号处理中的应用及市场前景。
二、FPGA概述FPGA（Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是可编程逻辑器件（PLD）的一种，与ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）相比，FPGA具有灵活性更高、开发周期更短、成本更低的优势。
FPGA由大量的LUT（Look Up Table）、寄存器、IO（Input/Output）等组成，可以通过现场编程进行电路的重构和配置。
三、音频信号处理技术音频信号的处理主要分为数字信号处理（DSP）和模拟信号处理（ASP）两类。
DSP主要通过数字滤波器、傅里叶变换等算法对数字信号进行处理，主要适用于数字音频信号的处理。
而ASP则通过模拟电路组成的滤波器、放大器等电路对模拟信号进行处理，主要适用于模拟音频信号的处理。
在音频信号处理中，FFT （快速傅里叶变换）、卷积、降噪、解调等技术都是比较重要的技术。
四、FPGA在音频信号处理中的应用FPGA在音频信号处理中有着显著的优势，主要体现在以下几个方面：1. 实时性强：由于FPGA可以支持并行处理，可以实现对多路音频信号进行实时处理。
2. 灵活性高：FPGA可以通过现场编程实现对电路的重构和配置，实现快速的开发和升级。
3. 低功耗、低成本：FPGA相比于ASIC，具有成本低、功耗低等优势，能够满足音频信号处理中对成本和功耗的要求。
4. 高精度：由于FPGA采用数字逻辑电路实现，可以实现对信号的精确控制，能够满足音频解码、降噪等高精度的需求。
基于FPGA的音频信号处理研究
基于FPGA的音频信号处理研究一、引言随着科学技术的不断发展，电子技术在各个领域中发挥着重要的作用，音频处理技术研究便是其中之一。
基于FPGA的音频信号处理极大地提高了音频信号处理的效率和精度。
二、基于FPGA的音频信号处理概述FPGA（现场可编程门阵列）是一种可编程数字嵌入式IC芯片，它可以采取不同的处理算法来执行各种任务。
而音频信号处理技术则是指对音频信号进行数字处理的过程，将信号处理为需要的形式。
在音频信号处理中，FPGA可以起到并行处理和高速计算的作用。
传统的数字信号处理器（DSP）对于音频信号处理能力较弱，而FPGA则可以通过自适应滤波器、FFT（快速傅里叶变换）、DWT（离散小波变换）等算法，以及直接的数字幅频滤波和数字滤波，对音频信号进行快速且精确的处理。
三、基于FPGA的音频信号处理算法1.自适应滤波器自适应滤波器是利用最小均方误差（LMS）算法的一种数字信号处理技术，它可以使得滤波器的系数根据收到的输入信号自动调整，使其输出信号与所需信号之间的误差最小。
自适应滤波器在音频降噪、语音增强等方面有着广泛的应用。
2.FFTFFT在音频信号处理中有着非常广泛的应用，如音频数据的频率分析、滤波和信号识别等。
FFT通过将时间域信号转换为频域信号，使得计算时间和内存要求大大降低。
3.DWTDWT是一种数字信号处理技术，可以将任意长度的信号转换为一组不同分辨率的信号，从高到低按照频率排列。
DWT在音频压缩、信号分析、音频滤波和语音增强等方面有着广泛的应用。
四、基于FPGA的音频信号处理应用1.音频降噪利用自适应滤波器对音频信号进行处理，可以达到良好的音频降噪效果。
2.音频识别FFT算法可以分析音频数据的频率特征，从而实现语音识别。
3.音频增强利用DWT算法可以将音频信号转换为不同分辨率的信号，并对信号进行分析和滤波，使得音频增强效果更加显著。
五、基于FPGA的音频信号处理发展趋势FPGA在音频信号处理中有着广泛的应用，同时随着FPGA硬件技术的快速发展，其计算能力和存储容量也日益增加。
毕业论文-基于FPGA数字信号音频处理总结
基于FPGA数字信号音频处理The Digital Signal Processing of audio based on FPGA摘要：目前，随着电子技术的快速发展人们对MP3多媒体播放器、DVD音频唱盘、Iphone等的音质、体积、功耗和处理速度有了更多更高要求。
因此现在数字音频处理技术已经逐渐取代模拟音频处理技术，并且得到了迅速的普及应用。
音频处理的数字化是利用数字滤波算法对采集的音频信号进行变换处理来实现，对此在本文中介绍了数字滤波器的一些算法。
傅里叶变换（DFT）作为其数字信号处理中的基本运算，发挥着重要作用。
特别是可快速傅里叶变换换（FFT）算法的提出，减少了当N很大的时候DFT的运算量，使得数字信号处理的实现与应用变得更加容易。
由于快速傅里叶变换算法在实际中得到了广泛应用，毕业设计给出了基-2FFT原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点。
本文主要探讨了基于FPGA数字信号音频处理的理论与实现，涉及到了其结构与设计流程、硬件描述语言（VHDL）、Quartus II软件、音频录放、DE2开发板介绍等等。
关键词：音频处理技术、数字滤波、算法、FPGAAbstractAt present,with the rapid development of the electronic technology,people have many higher requirements such as sound quality,volume,power waste and processing speed to the MP3 multimedia,DVD audio disc,Iphone and so on.So nowadays,the analog audio processing technology is replaced gradually by the digital audio processing technology,and digital audio processing technology has a chance to become common and widely used.The audio processing digitization is using the digital filter algorithm to sample.In the part of this passage there are some introduction about the digital filter algorithm. DFT plays an important part in digital signal processing as a basic calculation.Especially,FFT algorithm reduces the calculation quantity when N is a little great ,which makes it much easier for implement and application.As the fast Fourier transform algorithm in practice to a wide range of applications，radix-2 FFT theory has been given out and the characteristic of DIT FFT are discussed in the design of graduation.The passage mainly probes into the theories and realization of the digital signal processing of audio based on FPGA(Field Programmable Gate Array),including its structure and processing of design.It also contains VHDL，Quartus II software ，audio record and broadcast,introduction of DE2 study board and so on.Keywords:audio processing technology、digital filter、algorithm、FPGA前言第一章绪论1.1音频处理技术概述在科技飞速发展的数字化时代，数字音频技术是数字信号处理中应用最为广泛的数字技术之一。
基于FPGA的音频信号处理系统设计与实现
基于FPGA的音频信号处理系统设计与实现随着科技的发展和音频技术的不断进步，音频信号处理系统被广泛应用于各个领域。
本文将介绍基于FPGA的音频信号处理系统的设计与实现，并探讨其中的原理和关键技术。
一、引言随着数字音频技术的快速发展，音频信号处理系统的需求日益增长。
传统的音频信号处理方法往往通过软件实现，但其实时性和处理能力受到了限制。
而基于FPGA的音频信号处理系统具有高速运算、低延迟和灵活性强等优势，逐渐成为热门研究方向。
二、FPGA的基本原理FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，其内部由大量可编程的逻辑资源和存储器单元组成。
通过在FPGA上配置电路，可以实现各种不同的功能，包括音频信号处理。
三、音频信号处理系统的设计1. 模拟信号输入音频信号一般以模拟信号的形式输入到系统中，需要进行采样和模数转换。
采样率的选择应根据音频信号的特点和需求进行合理确定。
2. 数字信号处理在FPGA上设计并实现各种数字信号处理算法，如滤波、均衡、降噪等。
选择适合的算法和优化算法实现的技术，以提高系统的处理能力和性能。
3. 实时性要求由于音频信号的特性需保证处理系统的实时性。
FPGA的高并行性和硬件级别的实时性特点，使得其能够满足音频信号处理系统的实时性要求。
4. 数据存储与输出经过数字信号处理后的音频信号可以存储在FPGA内部的存储器中或外部的存储器中，也可以通过数字转模拟的方式输出到外部设备中。
四、关键技术与应用1. 快速算法优化为提高音频信号处理系统的处理速度，可以采用快速算法进行优化，如FFT（Fast Fourier Transform）等。
这些优化算法能够在保证处理结果准确性的前提下有效提高系统的运算速度。
2. 并行计算FPGA的并行计算能力是其强大的优势之一，可以将音频信号的处理任务进行拆分，同时进行多路处理，从而提高整个系统的处理能力。
3. 运算精度的选择在音频信号处理系统中，需要根据处理需求选择合适的运算精度。
基于FPGA的声场测试仪的设计与实现
显 示接 口主要 分 为模拟 接 口和数字 接 口两大类 。 数字 显示 设备 日益 发 在 展并被广 泛应用 的今天， 数字显示 设备及 与之直接 兼容 的数字显 示接 口必 然是 首选 。考虑 到 Ｖ Ａ接 口的显示 特 点是扫 描格 式多 样， 辨率 从 ３ ０２ ０ 直 Ｇ 分 ２＊ ０ 一 延伸 到 １ ８ ． ０ ４ 行 频 １ ． ４ ０ ｚ 场频 ５ Ｏ Ｈ ， ２０ １ ２， ５８ ７Ｈ ， ０ ｌ Ｏ ｚ 由于 当今 Ｖ Ａ 口技术 成 Ｇ接 熟 、应 用广 泛 ，因此 在 本次 设 计 中是 比较 理想 的选 择 。
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基于FPGA的音频频谱显示器设计与仿真
题目：基于FPGA的音频频谱显示器设计与仿真目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)2 设计原理和方法 (2)2.1 基本原理 (2)2.2 频谱简介 (2)2.3 ADC数据采样 (3)2.4 频谱分析原理 (3)2.4.1 频谱分析方法比较 (3)2.4.2 FFT算法 (4)3 电路单元模块设计 (5)3.1 ADC0809及其功能 (5)3.2 A/D转换采集控制模块 (6)3.3 FFT算法模块 (7)4 音乐频谱显示器的Quartus仿真 (10)4.1 A/D转换采集控制仿真 (10)4.2 FFT算法模块的仿真 (10)5 总结与体会 (11)6 参考文献 (12)附录 (13)摘要本文介绍了一种采用单片FPGA芯片进行音乐频谱显示器的设计方法，并给出了所涉及的相关知识的详细介绍，主要阐述如何使用新兴的EDA器件取代传统的电子设计方法，利用FPGA的可编程性，简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，提高了显示器的性能。
本设计对音乐频谱显示器的一些基本功能，如：AD转换、数据采样、FFT算法、点阵显示等做了详细说明。
主要包括采用了FPGA 芯片，使用VHDL语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于产品升级。
关键词：VHDL；AD转换；QuartusⅡ；FPGAAbstractThis article describes the design method of a single FPGA chip music spectrum display, and gives details of the knowledge involved, mainly on how to use emerging EDA devices replace the traditional electronic design, the use of the FPGA canprogramming, a concise and changing design methods, to shorten the development cycle, improve the performance of the display. The design of the music spectrum display some basic functions, such as: AD conversion, data sampling, FFT algorithm, dot-matrix display, and so do the detailed instructions. The main FPGA chip, using VHDL language programming, it has more portability, more conducive to product upgrades.Keywords: VHDL; AD conversion; Quartus Ⅱ; the FPGA1 绪论音乐频谱显示是将音乐产生的信号强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并考察变化规律，并且按一定的频率范围在16*16LED点阵上显示出来。
基于FPGA技术的音频信号处理研究
基于FPGA技术的音频信号处理研究随着时代的发展，音频信号处理也随之得到了广泛的应用，从手机的通话音频处理到高端的音频效果处理，都需要采用音频处理技术。
而FPGA技术作为一种重要的数字信号处理硬件平台，也为音频信号处理提供了一个全新的解决方案。
本文将从FPGA技术的基本概念出发，着重讨论基于FPGA技术的音频信号处理研究。
一、FPGA技术概述FPGA全称为Field-Programmable Gate Arrays，即现场可编程门阵列，是一种基于可重构硬件的数字电路设计工具。
相较于ASIC或芯片设计，FPGA的硬件具有更高的灵活性和易于修改的特点，能够实现针对特定任务的高度定制化。
FPGA具有很高的并行计算能力，能够实现数字信号处理的实时计算，并且可以实现动态重配置，方便开发者进行设计和迭代。
二、基于FPGA技术的音频信号处理随着数字信号处理技术的不断提高，音频信号处理也得到了越来越广泛的应用。
基于FPGA技术的音频信号处理利用FPGA提供的高并行计算能力和灵活性，可以帮助开发者实现音频信号的实时处理，提高音频信号处理的质量和效率。
（1）数字信号处理数字信号处理是指采用数字信号处理方法对模拟信号进行数字化，并在数字信号上进行信号处理操作的过程。
在音频信号处理中，数字信号处理是非常关键的环节，可以实现音频信号的滤波、降噪、增益等处理方法。
基于FPGA技术的数字信号处理可以达到很高的计算速度和精度。
（2）音频信号的采集与控制音频信号的采集是指将模拟音频信号转化为数字信号，并实时传输至其它数字设备中。
在FPGA技术中，可以使用A/D转换器将模拟信号进行数字化，然后将其存储在FPGA的存储器中。
此外，音频设备中的控制功能，如音量控制、声道选择等也可以通过FPGA进行实现。
（3）音频效果处理音频效果处理在音频信号处理中占有重要的地位，可以实现音频信号的增强、改善和优化等功能。
在基于FPGA的音频效果处理中，可以实现多通道的音频效果处理，使得音频效果处理的效果更加突出。
毕业论文-基于FPGA数字信号音频处理总结
基于FPGA数字信号音频处理The Digital Signal Processing of audio based on FPGA摘要：目前，随着电子技术的快速发展人们对MP3多媒体播放器、DVD音频唱盘、Iphone等的音质、体积、功耗和处理速度有了更多更高要求。
因此现在数字音频处理技术已经逐渐取代模拟音频处理技术，并且得到了迅速的普及应用。
音频处理的数字化是利用数字滤波算法对采集的音频信号进行变换处理来实现，对此在本文中介绍了数字滤波器的一些算法。
傅里叶变换（DFT）作为其数字信号处理中的基本运算，发挥着重要作用。
特别是可快速傅里叶变换换（FFT）算法的提出，减少了当N很大的时候DFT的运算量，使得数字信号处理的实现与应用变得更加容易。
由于快速傅里叶变换算法在实际中得到了广泛应用，毕业设计给出了基-2FFT原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点。
本文主要探讨了基于FPGA数字信号音频处理的理论与实现，涉及到了其结构与设计流程、硬件描述语言（VHDL）、Quartus II软件、音频录放、DE2开发板介绍等等。
关键词：音频处理技术、数字滤波、算法、FPGAAbstractAt present,with the rapid development of the electronic technology,people have many higher requirements such as sound quality,volume,power waste and processing speed to the MP3 multimedia,DVD audio disc,Iphone and so on.So nowadays,the analog audio processing technology is replaced gradually by the digital audio processing technology,and digital audio processing technology has a chance to become common and widely used.The audio processing digitization is using the digital filter algorithm to sample.In the part of this passage there are some introduction about the digital filter algorithm. DFT plays an important part in digital signal processing as a basic calculation.Especially,FFT algorithm reduces the calculation quantity when N is a little great ,which makes it much easier for implement and application.As the fast Fourier transform algorithm in practice to a wide range of applications，radix-2 FFT theory has been given out and the characteristic of DIT FFT are discussed in the design of graduation.The passage mainly probes into the theories and realization of the digital signal processing of audio based on FPGA(Field Programmable Gate Array),including its structure and processing of design.It also contains VHDL，Quartus II software ，audio record and broadcast,introduction of DE2 study board and so on.Keywords:audio processing technology、digital filter、algorithm、FPGA前言第一章绪论1.1音频处理技术概述在科技飞速发展的数字化时代，数字音频技术是数字信号处理中应用最为广泛的数字技术之一。
基于FPGA的音频信号分析仪
基于FPGA的音频信号分析仪设计Audio signal analyzer based on FPGA中国地质大学（北京）指导教师张启升组员：李金泽1010102124张永10101021202013.5.10音频信号分析仪摘要：本音频信号分析系统由16位TLV320主控制器，通过IIS对音频信号进行采集，把采集到的信号进行离散化，然后通过FFT快速傅氏变换运算，在时域和频域对音频信号的各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，然后通过LabView的波形图表进行显示。
系统能够精确测量的音频信号频率范围为200Hz-10KHz ，其幅度范围为100mVpp-5Vpp，分辨力为100Hz 。
测量功率精确度高达1%,并且能够准确的测量周期信号的周期，是理想的音频信号分析处理的解决方案。
Abstract: the audio signal analysis system consists of 16 main controller TLV320, through the IIS collection of audio signal, the discretization of the collected signal, and then through the FFT fast Fourier transform, the analysis and processing of each frequency component of an audio signal and power index in time domain and frequency domain, and then through the waveform chart LabView display. The system is capable of audio signal frequency range for accurate measurement of the 200Hz-10KHz, its range is 100mVpp-5Vpp, resolution is 100Hz. Power measurement accuracy up to 1%, and is capable of accurately measuring the periodic signal cycle, is the ideal solution audio signal analysis and processing.目录1 系统设计 (1)1.1总体设计 (1)1.2单元电路设计 (2)1.2.1 信号产生 (2)1.2.2 信号采集及AD转换电路设计 (2)1.2.3 功率谱测量 (2)1.2.4 FIFO模块 (3)1.2.5 Labview显示部分 (4)1.2.6 Nios核 (4)2 软件设计 (5)3 系统测试 (6)3.1总功率测量（室温条件下） (6)3.2单个频率分量测量（室温条件下） (6)4 结论 (6)5 个人感想 (7)参考文献： (7)附录： (7)程序清单 (7)1 系统设计1.1 总体设计本实验是基于FPGA的音频信号分析仪，输入信号通过Audio SweepGen控制pc由耳麦输出接口给出，由FPGA音频信号输入接口接收，音频信号进入FPGA后，通过IIS对音频信号进行采集，把采集到的信号进行离散化，然后通过FFT快速傅氏变换运算，在时域和频域对音频信号的各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，然后通过LabView的波形图表进行显示。
基于FPGA音频信号采集、混音及切换电路设计
2018年4月基于FPGA 音频信号采集、混音及切换电路设计倪高红（南京莱斯信息技术股份有限公司，江苏南京210007）【摘要】音频信号采集是后续处理（编码、压缩、混音等）的先决步骤。
本文设计了一个基于FPGA 音频信号采集、混音、切换电路。
采用硬件描述语言，将FPGA 烧写出定制化时序逻辑电路。
该电路控制模数转换芯片和数模转换芯片，实现对音频信号采集、数字混音和音频切换的输出。
与MCU 相比较，基于FPGA 实现的电路更加简洁、稳定、可靠和高效。
【关键词】FPGA ；信号采集；数字混音；音频切换【中图分类号】TN791【文献标识码】A 【文章编号】1006-4222（2018）04-0058-031引言通信机房或应急通信车装载多种类通信设备:短波、超短波、集群车台以及音频设备。
这些设备的音频信号需要接入音频矩阵、调音台或语音调度台,进行语音的混音、切换或语音调度。
因此,需要研发一种高效的设备,该设备有能力处理大规模的音频输入与输出以及多种音频处理业务。
很显然,这样的任务只能由带有大规模I/O 口的PFGA 来完成。
2FPGA 芯片EP4CE22F17C8、AD7866以及DAC712芯片的功能简介EP4CE22F17C8是Altera 公司第四代现场可编程逻辑门阵列系列产品,最多可综合设计60万等效门,256引脚PBGA 封装。
扣除电源引脚、信号地引脚、JTAG 引脚以及与配置FLASH 相连的引脚,还有多达152个I/O 接口。
如此丰富的I/O 接口,非常适合做大规模的A/D 转换、D/A 转换,实现音频的矩阵切换,数字调音台的混音等功能。
AD7866是AD 公司一款双精度,双通道12位高速低功耗的模数转换器,基准电压2.5~5V ,可调,传输数据的SPI 总线时钟最高可达20M ,最高采样率可以达到1MSPS 。
DAC712是TI 公司一款双精度、16位高速并行数模转换器,电压输出最高可达正负10V 。
基于FPGA和Quartus Ⅱ的音频信号分析仪设计
基于FPGA和Quartus Ⅱ的音频信号分析仪设计
史永盛;熊炫
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2013()12
【摘要】本系统基于采样原理及数字信号处理理论,以Altera公司的FPGA和Quartus II为核心,实现峰峰值为0.1mV^10V且频率范围为100Hz^10kHz的音频信号的总功率、各频率分量功率及失真度等的测量。
将输入信号用正负电压
A/D进行采样,根据数字量的最大值判断信号的放大倍数,进而控制继电器调节放大器增益。
采样得到的合适数字量经快速傅里叶变换(FFT)后转化为频域值,然后根据数字信号处理理论分析各测量参数的值。
用单频和双频正弦信号测试,本设计能够达对各个参数进行测量,并达到了较高的性能指标。
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】FPGA;音频信号分析;快速傅里叶变换
【作者】史永盛;熊炫
【作者单位】华中科技大学光学与电子信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP271.5
【相关文献】
1.基于FPGA的音频信号分析仪 [J], 戚甫峰
2.基于FPGA的音频信号采集处理系统设计 [J], 李佳希;王才敏
3.基于FPGA音频信号采集、混音及切换电路设计 [J], 倪高红
4.基于SPCE061A和FPGA的音频信号分析仪 [J], 朱继珍;赵建军;吴健
5.基于FPGA的数字音频信号源设计实现 [J], 郭胜强
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基于FPGA的音频处理技术研究
基于FPGA的音频处理技术研究随着音频处理技术的不断发展，越来越多的领域需要高质量的音频处理技术来满足用户需求，如音乐制作、游戏开发、智能音箱、语音识别等。
在这些领域中，数字信号处理芯片已经成为默认的解决方案之一。
然而，FPGA（现场可编程门阵列）的出现使音频处理技术进一步升级，因其高度编程的特性，提供了更大的灵活性和处理能力，为音频处理技术的发展提供了更多机遇。
本文将探讨基于FPGA的音频处理技术。
一、FPGA的优点首先，FPGA通过硬件编程来实现音频处理，具有高度灵活性。
与通常的数字信号处理芯片相比，FPGA不仅可以进行常规数字信号处理，如滤波器功能、FFT及相干解调等，还可以灵活地进行许多其他任务，如均衡器和压缩器等。
其次，FPGA能够实现良好的时延和Jitter控制，以处理实时音频信息。
在音频处理中，如果不及时处理音频信息，将会导致很多问题，如信号中断和音频静音等。
由于FPGA的高处理速度和较低的技术延迟，它能够满足音频处理中的实时性要求。
最后，FPGA在处理大音频信号方面也具有显着优势。
由于FPGA可以实现并行计算，所以与传统数字信号处理芯片相比，在处理大音频信号时，FPGA的效果更优秀。
二、基于FPGA的音频处理技术1.数字音频处理数字音频处理技术主要包括声音采样、模拟/数字转换和数字信号处理等过程。
基于FPGA的数字音频处理技术，可以通过硬件程序给出最终的解决方案，处理速度远高于传统数字处理器。
比如，基于FPGA的音频降噪技术，可以快速高效地去除噪声，提高音频的质量。
2.基于FPGA的音频编解码技术基于FPGA的音频编解码器可以实现有效的压缩率和音质。
它是处理语音通信和网络音频传输的重要组成部分。
FPGA实现的编解码器具有更高的处理速度和功率效率，可满足音频处理的实时性。
3.实时音频分析基于FPGA的实时音频分析技术，在语音识别、自然语言处理和语音合成等领域中得到越来越广泛的应用。
基于SPCE061A和FPGA的音频信号分析仪
基于SPCE061A和FPGA的音频信号分析仪朱继珍;赵建军;吴健【摘要】传统的完全由单片机控制的音频信号分析仪由于实时性差、稳定性不好等缺点而无法得到广泛应用。
本文设计的基于FFT方法的音频信号分析仪，通过快速傅里叶变换（FFT）把被测的音频信号由时域信号转换为频域信号，将其分解成分立的频率分量，利用FPGA（EP2C8Q208C8N）实现FFT算法，由凌阳单片机SPCE061A控制分析结果的显示等人机交互接口功能。
%Because of the traditional audio frequency analyzer based on MCU is deficient in timeliness and stability, it is very difficult to get practical application. This paper designed an audio frequency analyzer based on FFT technique. Through Fast Fournier transformation （FFT）, a signal is converted from time range signal to frequency range signal, then we decomposed it to the separation frequency component, We achieve the FFT algorithm by FPGA （EP2C8Q208C8N）,and we control the indication of Analyse result by SPCE061A.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2011(030)020【总页数】4页(P33-36)【关键词】音频信号;FFT;FPGA;SPI【作者】朱继珍;赵建军;吴健【作者单位】昆明理工大学理学院,云南昆明650500;昆明理工大学理学院,云南昆明650500;昆明理工大学理学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TP302.1音频信号分析仪利用频谱分析原理分析被测音频信号的频率、频谱及波形。
基于FPGA的数字频谱分析仪
目录1. 设计概述 (1)2. 设计目标 (2)3. 设计思想 (3)4. 系统结构 (4)4.1系统硬件结构框图 (4)4.2系统软件结构框图 (5)5. 系统单元电路的设计 (5)5.1ADC采样模块设计 (5)5.1.1 WM7831芯片简介 (5)5.1.2 WM8731芯片控制 (6)5.1.3 ADC单元硬件电路 (7)5.2FFT模块的设计 (9)5.2.1 FFT算法 (9)5.2.2 FFT算法的FPGA实现整体结构 (10)5.3中断的实现 (11)5.4液晶显示模块的设计 (11)5.4.1 方案论证 (12)5.4.2 方案设计过程 (12)5.5VGA显示模块的设计 (18)5.5.1 VGA显示原理及时序 (18)5.5.2 方案论证 (19)5.5.3 方案设计过程 (20)5.6音频前置放大器的设计 (22)5.7音频输出 (22)6. 系统实验结果分析 (23)6.1分辨率实验 (23)6.2频率的测量范围实验 (24)6.3M ATLAB对正弦波进行频谱分析的仿真结果 (25)6.4音频信号的相关实验 (26)6.5系统运算速度测试 (26)6.6实验结果分析 (26)6.7系统资源使用情况 (26)7. 设计特点与不足 (27)7.1设计特点 (27)7.2设计不足 (27)8. 设计过程中出现的问题及解决 (28)9．总结 (28)参考文献 (29)数字频谱分析仪Digital Spectrum Analyzer(陕西科技大学王鹏，李明艳，刘波指导教师：马令坤)摘要：随着科学技术的发展，频谱分析作为近代的信号分析方法在各个学科研究中已经广泛应用，是从事各种电子产品研发、生产、检验的重要依据。
高分辨率、宽频带实时的数字频谱分析的方法和实现一直是该领域的研究热点，我们设计了一种基于NIOS II的嵌入式频谱分析仪。
充分利用NIOSII强的运算能力和FPGA易于系统集成的特点，实现了硬件开销小、实时性较强和分辨率高的语音频谱分析仪。
基于FPGA的IIR数字滤波器实现及其量化字长效应分析
基于FPGA的IIR数字滤波器实现及其量化字长效应分析刘鑫;王胜奎;李广良;刘彤【摘要】为了实现音频基带数字信号的提取与杂波信号剔除，提供了一个从MATLAB仿真到FPGA实现的IIR数字滤波器的解决方案，同时对比了由于量化字长的不同对数字滤波器产生的影响。
通过MATLAB的FDA Tool产生所需的滤波器构型和SOS系数，由MATLAB量化滤波器系数，将量化后的滤波器系数装载至FPGA板级实现。
在Chip-scope中观察实际滤波输出波形，比较滤波器系数量化对滤波效果造成的影响，实验证明，采用级联型结构和较长的量化字长，滤波器输出较为稳定。
%In order to realize the extraction of the audio baseband digital signal and the clutter signal elimination, a solution of digital filter from MATLAB simulation to FPGA implementation is provided, while the effects of different quantized word length on the digital filter are compared in this paper. The desired filter configuration and SOS coefficients are produced via the MATLAB FDA Tool, and the digital filter coefficients are quantified by MATLAB computing. Quantized filter coefficients are loaded to the FPGA for board-level implementation. By observing the actual filter output waveform in Chipscope, the effects of the filter coefficient quantization on the filtering effect are compared. The experiment proved that the cascade structure and longer quantitative word length, bring relatively stable filter output.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(000)015【总页数】4页(P23-26)【关键词】IIR数字滤波器;FPGA;MATLAB仿真;量化字长【作者】刘鑫;王胜奎;李广良;刘彤【作者单位】西安应用光学研究所陕西西安 710065;西安导航技术研究所陕西西安 710068;西安应用光学研究所陕西西安 710065;西安应用光学研究所陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TN713.7数字滤波器（Digital Filter，DF）一词最早出现在20世纪60年代，其定义为通过对数字信号的运算处理，改变信号的频谱，完成滤波作用的算法和装置。
基于FPGA的音频信号分析仪设计（含完整程序）基于设计程序FPGA音频信号音频分析信号分析分析
本科毕业论文（设计）题目基于FPGA的音频信号分析仪学生姓名专业名称电子信息科学与技术指导教师教师职称2009年12月10日基于FPGA的音频信号分析仪摘要：本音频信号分析仪以FPGA为核心，通过前级信号调理电路和12位A/D 转换芯片，对音频信号进行正确采样，把连续信号离散化。
然后通过基于Altera Cyclone II 系列FPGA嵌入高性能的NIOS II处理器，代替传统的DSP芯片和高性能MCU，实现了基于FFT的音频信号分析仪，并在时域和频域对音频信号各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理。
最后采用高分辨率的彩色液晶对信号的功率谱等信息进行显示并通过触摸屏控制整个系统的运行。
该系统能够精确测量的音频信号频率范为100Hz-10KHz，其幅度范围为100mVpp-5Vpp，分辨力分为100Hz和20Hz两档，测量功率精确度高达5%,是理想的音频信号分析仪的解决方案。
关键词：FFT；FPGA；NIOS II ；频谱；信号功率；The Audio Signal Analyzer Based on FPGA Abstract: The audio signal analyzer is based on FPGA, through the signal processing circuit and12bit A / D converter chip for audio signal sampling, the continuous signal discrete. Instead of using DSP or MCU, we use high performance NIOS II Embedded Processor for FFT fast Fourier transform computing and in the time domain and frequency domain of the various audio frequency signal weight and power, and other indicators for analysis and processing. At last through the high-resolution Touch screen LCD display the signal power spectrum and control the operation of the entire system. The system can accurately measure the audio signal frequency range of 100Hz - 10 KHz, the range of 100mVpp-5Vpp, resolution of 100 Hz and 20 Hz correspondent. Power measurement accuracy up to 5%, is the ideal audio signal analyzer solution.Keyword: FFT；FPGA；NIOS II ；Spectrum；Signal Power；目录1 前言 (1)1.1音频分析原理 (1)1.2音频分析方法 (1)1.3音频参数测量及分析 (1)2 系统方案设计 (3)2.1系统设计要求 (3)2.2系统方案论证 (3)2.2.1 系统整体方案选择 (3)2.2.2 系统核心处理器的选择 (3)3 系统硬件设计 (5)3.1 FPGA与NIOS II介绍 (5)3.2 FPGA核心板电路设计 (5)3.2.1 FPGA电源电路 (6)3.2.2FPGA时钟电路 (7)3.2.3FPGA配置电路 (9)3.3前级信号调理电路 (10)3.4AD采样电路设计 (13)3.5系统电源电路设计 (14)3.6彩色液晶电路设计 (14)3.7触摸屏电路设计 (15)4系统软件设计 (17)4.1NIOSII集成开发环境介绍 (17)4.2系统主程序设计 (17)4.3AD转换驱动程序 (18)4.4触摸屏识别程序 (19)4.5 FFT算法的C语言实现 (20)4.5.1 FFT的MA TLAB仿真与分析 (20)4.5.2倒位序算法分析 (23)4.5.3实数蝶形运算算法 (23)4.5.4 DITFFT算法的基本思想分析 (24)5 系统调试与测试结果 (26)5.1系统调试 (26)5.2测试方案与测试结果 (26)5.2.1测试电路 (26)5.2.2两路信号总功率测量 (27)5.2.3单个频率分量测量 (27)5.3误差分析 (28)6结束语 (29)参考文献 (30)附录 (31)附录一 (31)附录二 (35)附录三 (36)附录四 (42)附录五 (43)附录六 (44)谢辞 (46)1前言1.1音频分析原理音频是多媒体中的一种重要媒体。
基于FPGA的声发射检测仪的设计
基于FPGA的声发射检测仪的设计
王银玲;李华聪
【期刊名称】《无损检测》
【年(卷),期】2015(037)003
【摘要】为了检测材料受变形和断裂时所产生的声波信号,研制一种基于FPGA的声发射检测仪.该检测仪首先将传感器检测的信号进行放大、增益调节后,将模拟信号送入14位AD9240进行模数转换.当采样值大于设定门限,触发声发射检测事件,并同时将采集的4路数据存入SDRAM中.当一个声发射事件结束后,将采集的数据通过无线通信送至上位机进行存储、分析处理、显示等操作.
【总页数】5页(P59-63)
【作者】王银玲;李华聪
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,西安710072;西北工业大学动力与能源学院,西安710072
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
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基于FPGA的音频信号分析仪摘要：本系统基于Altera Cyclone II 系列FPGA嵌入高性能的嵌入式IP核(Nios)处理器软核，代替传统DSP芯片或高性能单片机，实现了基于FFT的音频信号分析。
并在频域对信号的总功率，各频率分量功率，信号周期性以及失真度进行了计算。
并在FPGA中嵌入了8阶IIR切比雪夫（Chebyshev）II型数字低通滤波器，代替传统有源模拟滤波器实现了性能优异的音频滤波。
配合12位A/D转换芯片AD1674，和前端自动增益放大电路，使在50mV到5V的测量范围下，单一频率功率及总功率测量误差均控制在1%以内。
关键词：FPGA；IP核；FFT；IIR；可控增益放大Abstract: This system is based on IP core(Nios)soft-core processors embedded in the FPGA of Altera Cyclone II family. Instead of using DSP or microcontroller, we use Nios II to perform a low-cost FFT-based analysis of the audio signal.And we caculated the power of the whole signal,the power of each frequence point that componented the signal.By the way,we anlysised its periodicity and distortion.We also embedded an 8-order Chebyshev II IIR digital low-pass filter to replace the traditional analog Active Filter to perform an excellent audio filter. With 12bit A / D converter chip AD1674, and the front-end automatic gain amplifier, this system’s single-frequency power and total power measurement error is below 1% in 50mV to 5V measurement range.Keyword: FPGA；IP core; FFT;IIR; a utomatic gain amplifier一、方案选择与论证1、整体方案选择音频分析仪可分为模拟式与数字式两大类。
方案一：以模拟滤波器为基础的模拟式频谱分析仪。
有并行滤波法、扫描滤波法、小外差法等。
因为受到模拟滤波器滤性能的限制，此种方法对我们来说实现起来非常困难。
方案二：以FFT为基础的的数字式频谱分析仪。
通过信号的频谱图可以很方便的得到输入信号的各种信息，如功率谱、频率分量以及周期性等。
外围电路少，实现方便，精度高。
所以我们选用方案二作为本音频分析仪的实现方式。
2、FFT计算方式选择方案一：使用VHDL 硬件实现。
FFT的VHDL程序编写难度大，短时内不易实现。
方案二：在FPGA中嵌入Nios II处理器，通过软件实现。
Nios II 支持C语言编程方式，普通的C语言版的FFT稍加改正即可应用到本方案中。
四天之内我们不可能实现一个用硬件实现的FFT算法，因此我们选用方案二。
3、采样电路与A/D芯片选择本设计中要求分析的信号峰峰值范围为100mVp-p～5Vp-p，用8位A/D进行采样，不能满足题目的精度要求，采用12位的A/D芯片AD1674，其分辨率可达到1.2mV（相对于5Vp-p信号），满足了题目要求的5%误差范围。
同时其100K的采样频率也满足本设计中的频率要求。
4、信号调理方案AD1674信号输入满偏电压在双极性时为±5V，即峰峰值10V。
方案一：将输入信号放大2倍，以达到AD1674的满偏输入，以提高A/D的精度。
但若输入信号都比较小时，采样精度就会下降。
方案二：将前端信号放大调理电路分为几个档，针对不同幅度的信号选择合适的通道进行放大，放大倍数以当前信号中的最大峰值为选择基准。
这样在输入信号比较小时可以选择比较大的放大倍数，以提高A/D采样的精度。
明显方案2优于方案1。
5、采样及滤波方案选择方案一：按照奈奎斯特定律采样，以传统模拟方式滤波。
传统模拟方式或有源滤波芯片难以实现很好的频带外衰减。
从而使运算结果误差增大。
方案二：在A/D前进行简单的抗混叠滤波，以比较高的速率采样，然后在FPGA中用数字滤波器进行精确滤波。
滤波后进行二次采样以减少运算量。
切比雪夫(Chebyshev) II型低通IIR滤波器有平坦的通带，等波纹的抑制频带、适中的过度频带，非常适合于音频滤波。
可以使分析达到很好的精度。
方案二外围电路要求少，实现方便，我们采用方案二。
6、信号功率的计算。
方案一：通过测真有效值的方式实现，应用普通的真有效值检测芯片可以方便的测出信号在一定时间段内的总功率。
但对单个频点处的功率测量无能为力。
方案二：在用FFT得到信号的频谱后根据帕斯瓦尔定律可以很方便的得到信号各频率分量的功率及信号的总功率。
因为本设计中我们可以通过FFT得到信号的频谱，因此方案二最适合本设计。
总体方案确定：经过以上论证我们确定总体设计方案框图如下：图1-1、系统整体方案框图二、系统具体设计与实现1、前端可控增益放大电路及增益控制电路针对音频信号的特点以及题目中对精度的要求，我们选用了特别适合音频信号处理的经典运放NE5532。
峰值保持部分使用普通运放TL084。
信号进入后首先经过一与50欧姆精密电阻并联的跟随器，以满足题目中的50欧姆输入阻抗的要求，同时增强带后级带负载的能力。
然后经过隔直电容进入后级放大电路。
放大电路同时设置了×1，×2,×20，×200，4个放大通道，分别对10Vp-p、5Vp-p、500mVp-p、50mVp-p信号进行不同放大，这样将可测量信号的动态范围扩展到了10mV；电路图见图2-1。
同时通过峰值保持电路记录一个FFT运算周期内的信号峰值，通过与设定的参考电压进行比较以确定信号的峰峰值范围，以作为下一次采样时放大通道的选择参考；控制器通过模拟开关来选择不同的放大通道。
峰值保持电路部分采用精密二极管与充电电容进行信号峰值保持。
为减小电容漏电流对峰值保持的影响，选择了47uF的电容。
每次采样前对读入峰峰值范围并对电容放电以记录下一次的峰峰值。
图2-1、输入信号放大通路图2-2、峰值保持电路2、抗混叠滤波我们选择简单易用的管脚可编程滤波芯片MAX263来实现，该滤波芯片无需外加外围电路，减少了外界环境对其性能的影响。
电路图见附图1-23、A/D转换部分电路见附图1-3。
4、数字滤波及Nios核实现方式见附图2-1。
5、本设计中增加了一分贝测量的附加功能。
三、理论分析与参数设计1、采样频率计算：根据奈奎斯特定律采样率应满足，本题目中信号输入频率最大为10KHz，因此，为进行二次采样，我们的采样率应大于40KHz。
进行FFT的点数按计算。
又因为FFT运算量为2的n次方点时比较容易实现。
在满足频率分辨力并尽量减小运算量的条件下我们可得出某一频率分辨率与采样率的关系。
例如我们设计的频率分辨力为100Hz，则为分辨出10KHz的信号，则，求得N=200,我们取N=256。
其他分辨力类推。
本设计中我们设计了以下四个频率分辨力档：**二次采样速度：原始采样数据经数字滤波后，经二次采样（降低采样率）后的实际采样速度。
2、IIR数字低通滤波器设计在进行FFT运算之前应当尽量避免频谱的混叠，即对带外信号要进行尽可能大的衰减，挈比雪夫(Chebyshev) II型滤波器具有通带内平坦并且衰减速度快的特点。
其相频响应及群延迟特性都比较好。
其转移函数具体系数计算可通过Matlab的Filter Design & Analysis Tool来实现。
得到系数后打开Altera DSP buider，在它的可视化界面中搭建出自己所需的滤波器。
3、信号功率及各频率分量功率计算：连续傅立叶变换下的帕斯瓦尔能量定率为：，离散傅立叶变换下的帕斯瓦尔能量定律为，由此可推出；同时可推出，即可得出个频率分量的功率。
在计算时应当注意补偿因经过滤波器时信号的衰减，以及根据放大倍数还原信号到其实际值。
从而使计算结果更加精确。
4、信号周期性判断及周期测量周期信号的频谱都是谐波离散的，它仅含有的各频率分量，即含有基频（T 为周期信号的周期）和基频的整数倍（n=1，2，3，…）这些频率成份，频谱图中相邻普贤的间隔是基频，周期信号越长，谱线间隔愈小，频谱愈稠密，反之则愈稀疏。
这是周期信号频谱的最基本特点。
因此信号的周期性判断可用以下方式判断：从最小频率点开始观察，若最小频率分辨率点处的频率分量为0（实际不为0，而是一个很小的数值），则这个信号就是周期的。
然后继续向上观察，出现第一个峰值的频率点处既是这个信号的基频。
这种分析方法虽然可以很方便的测出基频大于最小分辨率信号的周期，但是对于基频等于或小于最小频率分辨率的信号的周期性就无能为力了。
要测出基频更小的信号的周期性就要增加FFT的点数。
5、正弦信号的失真度测量方法一般地，正弦波的失真是用失真度，即所有谐波能量之和与基波能量之比的平方根来表示的。
在频域中即可通过一下方式计算：，其中为基波分量的傅立叶系数，、、…为谐波的傅立叶系数。
四、软件设计在本设计中，控制及计算部分都由FPGA来实现。
其中Nios核完成键盘控制，液晶显示、FFT算法实现、功率计算、周期性判断及失真度测量的功能；而自动增益控制、A/D转换控制以及数字滤波器则由VHDL语言实现，以减轻CPU 的负担，同时两部分并行处理提高了系统的速度。
系统框图及流程图如下：图4-1 软件流程图五、指标测试1．调试方法和过程采用模拟电路由前端到后段，数字电路先仿真再试测，先逐个模块测试再连调的办法。
2．测试仪器（见附录三）3．输入阻抗测量使用分压法测量：在系统输入上串联一个的精度0.1%的电阻，用34401A 61/2数字万用表测量精密电阻和系统输入端的电压比值。
用TFG2040 DDS函数信号发生器输出：F=5KHz V p-p=1V 的正弦波用34401A 61/2数字万用表测得精密电阻两端V p-p=0000.501V测得系统输入端电压Vp-p=0000.499V 因此算得输入阻抗为：4．信号总功率及各频率分量功率测量使用两台TFG2040 DDS函数信号发生器产生两路信号叠加后进行测试，现列出一组典型信号测试结果：两路输入电压分别为V p-p1=1.0000V(0.01W),=1KHz,Vp-p2=2.0000V(0.04W),=3KHz。