基于SOPC的嵌入式数字音频AGC系统的设计与实现

在仿真中输入一段声音忽大忽小的数字音频，从经过AGC处理后的数字音频输出来看，大音量的音频信号被有效衰减，小音量的音频信号被有效放大，正常音量的音频信号几乎没有变化。该段音频长度为6 s，增益因子在此期间可调整300次，该算法的增益因子调整速度可以满足音频剧烈变化时的使用需求。对噪音的抑制也起到了很好的效果，人耳的实际听觉感知达到了满意的效果。

3 软件层设计
目前比较流行的嵌入式操作系统主要有VxWorks，Windows CE，uCLinux，μC／OS-Ⅱ等。μC／OS-Ⅱ的规模较小、实时性和可靠性较高，能够满足嵌入式数字音频AGE系统对实时性的要求，考虑到NiosⅡIDE开发环境对μC／OS-Ⅱ的良好支持，故操作系统选择μC／OS-Ⅱ。μC／OS -Ⅱ是一种可移植、可固化、可裁减、占先式的多任务实时操作系统内核。它通过为每个任务分配单独的任务堆栈来保存任务工作环境，提供任务管理与调度，任务间的同步、互斥与通信，时间和中断管理、内存的动态分配等多种系统服务。
系统运行时，首先进行系统初始化操作，即初始化所有数据结构，分配堆栈空间，然后建立任务间通讯的信号量或者消息队列，进而创建任务，并且分配不同的优先级，所有任务被置于就绪态，系统从优先级最高的任务开始执行。
软件设计主要包括嵌入式操作系统μC／OS-Ⅱ的移植、LCD显示控制器和自定义音频模块的驱动程序设计、算法设计实现3个主要部分。嵌入式音频AGC系统根据功能划分主要有以下4个任务，如图4所示。

(1)系统初始化任务，主要是用以初始化整个嵌入式音频AGC系统，包括初始化各种系统变量、LCD控制器、键盘、自定义音频接口模块等系统模块，此外还担负着创建其他任务和信号量的任务，是系统正常运行必不可少的一环，该任务在系统中有最高的优先级。在正常初始化系统以后将该任务删除以节省系统开支。
(2)音频AGC处理任务，对自定义音频接口的输入音频进行AGC处理，配合自定义音频接口的驱动程序将处理好的音频进行输出。该任务是嵌入式音频AGC系统的核心任务，在系统初始化任务完成并删除后成为系统内优先级最高的任务。
(3)键盘输入响应处理任务，对PIO输入的按键信息进行相应处理，如果有改变参数设置等重要信息要通过信号量及时反馈给音频AGC处理任务，同时负责输出要在LCD上显示的内容，通过邮箱信号量发送给LCD显示任务。它的优先级比LCD显示任务高。
(4)LCD显示任务，将接收到的内容配合LCD控制器驱动程序进行LCD的显示输出。

4 结束语
本设计采用SOPC技术，利用FPGA实现SDI接口逻辑，移植μC／OS-Ⅱ实时操作系统为嵌入式应用软件运行平台，可以实现与广电设备的无缝接合。通过设计采用一种适于实时性的多参数融合的AGC算法对数字音频信号进行AGC处理，实现了具有抑制一定噪声能力的嵌入式数字音频AGC系统。测试表明该系统达到设计预期目标，改善了传统音频AGC处理中的一些缺陷，输出音频稳定平衡，完全满足实际需要，可广泛应用在数字演播室中的数字音频实时AGC处理上。