音频交换混合矩阵设计与实现

　　在第一路串行信号输入端( In_0)的左声道输入时序输入16进制串行数据000000，在右声道输入时序输入111111;同理，在In_1的左声道输入时序输入222222，在右声道输入时序输入333333; ?在In_7的左声道输入时序输入EEEEEE，在右声道输入时序输入FFFFFF。串行数据输入如图10所示。

图10　串行数据输入。

　　系统的串行输出端有相应数据输出， Out_0 端左声道输出数据为000000， 右声道输出数据为111111，与In_0输入数据一致;Out_1端左声道输出数据222222，右声道输出数据333333，与In_1输入数据一致; ?; Out_7 端左声道输出数据EEEEEE，右声道输出数据FFFFFF，与In _7 输入数据一致。

　　串行数据输出如图11所示。

　图11　串行数据输出。

　　改变控制端口数据，使In_1的左声道输入(数据为222222 ) 与In _ 2 的右声道输入(数据为555555)与Out_0的左声道输出连接。由图3 - 5可见，Out_0串行数据输出变为777777。串行数据混合输出如图12所示。

　　由以上仿真结果可知， FPGA 整体设计能够实现串行数字音频信号的交换与混合，达到预期设计要求。

图12　串行数据混合输出。

　　3. 2　系统实现

　　交换混合矩阵实物照片如图13所示。

图13　交换混合矩阵实物照片

　　实物测试时，先将交换混合矩阵接入嵌入式控制系统，利用嵌入式控制系统对其进行控制。采用计算机、MP3、便携式CD 机、信号发生器等播放的音频信号作为输入源，扬声器及耳机、示波器等作为输出设备，测试交换、混合及音量调节功能。经*测试，输出音频信号无明显失真。在多路音频信号混合输出时，仍然可以保证较好的信号质量。输入输出延时的测量波形如图14所示，约为620μs。通过逐点测量得到幅频特性曲线如图15所示，通频带为20 Hz～38. 44 kHz。

图14　输入输出延迟测量波形。

图15　幅频特性曲线。

　　测试结果证明，交换混合矩阵能够正确接受控制系统的命令，完成音频信号的交换、混合及音量调节功能。

　　4　结论

　　本文针对音频交换系统应用需求，提出了一种基于FPGA音频交换混合矩阵的设计方案，并进行软硬件设计阐述及仿真，并完成了实物制作与测试。

　　本文所述方案采用FPGA作为交换混合矩阵的核心器件，因此具有较强的通用性，可根据实际需要裁减或增加交换容量、配置音频信号采样频率及采样精度等特点。

　　经仿真及实物测试，基于FPGA的音频交换混合矩阵能够实现音频信号的交换、混合及音量调节，同时具有延时低、隔离度高、音质好的特点，可适用于各种会议、指挥、通信等场合。