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；然后應用于濾波器并混合以生成輸出信號。添加劑合成更復雜；它基于傅里葉變換。

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

加法合成器通過對正弦波求和來工作，正弦波的頻率基于輸入頻率（稱為聲音的音調）。

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。（FPGA 平臺）

• Digilent PMOD BT2 （藍牙接口，連接FPGA的JA口）

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

此外，還需要一部帶藍牙功能的手機與系統(tǒng)進行通信。

該項目的重點是以當今的另一種方式產生聲音。加法合成可以根據(jù)其定義（傅立葉級數(shù)）創(chuàng)建信號的所有現(xiàn)有形狀。此外，我們可以記錄來自麥克風的信號的 FFT 并通過正弦波再現(xiàn)它（之后，可以在信號中編輯單個正弦波！）。

體系結構是在 VHDL（音頻編解碼器驅動程序、加法合成生成器）中開發(fā)的。軟處理器 Microblaze 用于控制信號流（FFT、DMA 通道到編解碼器、內存、藍牙、附加發(fā)生器系數(shù)）。代碼是用C實現(xiàn)的。

建筑學

系統(tǒng)包括：

• 微火處理器

• DDR3內存

• 由自定義 IP 驅動的音頻編解碼器（具有中央 DMA 通道和 512 個樣本 FIFO [L 和 R 音頻通道]）

• 具有 FIFO 的 Xilinx FFT IP

• 藍牙串口

• 添加劑發(fā)生器 IP

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添加劑發(fā)生器塊設計

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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 IP 存儲器，該存儲器存儲有關音高、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、相移和先前的相位值計算相位值。

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相位生成算法

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• 數(shù)據(jù)生成器——向 DDS 編譯器提供信號流

• DDS 編譯器 - Xilinx IP，將正弦波表存儲在 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 位分數(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數(shù)的因子（提供滿量程輸出）

現(xiàn)在的進展

現(xiàn)階段外設（音頻編解碼器驅動、藍牙）和處理器架構（DMA、內存、FFT）全部完成并測試。加法發(fā)生器在軟件中工作（由 Adder、Multiplier、Normalizer IP 和 DDS Compiler IP 支持），能夠實時生成包含多達 10 個正弦波的信號。

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輸出波形

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完成的步驟：

• 音頻編解碼器驅動 IP，數(shù)據(jù)存儲在 FIFO 中，通過 DMA 通道傳輸 - 音頻編解碼器演示由 Digilent 共享，不幸的是，系統(tǒng)無法實時播放聲音（演示是為播放錄制的數(shù)據(jù)包而設計的），設計已修改現(xiàn)在播放聲音時沒有任何延遲、咔噠聲、噪音等。

• Android 應用程序 - 允許與系統(tǒng)連接（通過藍牙），開發(fā)了用于設置 10 個正弦波的圖形界面

• Additive Generator IP 的基礎模塊

未來的步驟：

• 將 Additive Generator 集成到一個能夠生成 1024 個正弦波的模塊中

• 實例化更多的 Additive Generator 塊（主要目標：10000 個正弦波）

• 開發(fā)Android應用程序由用戶繪制頻譜并添加設置相移功能（現(xiàn)在用戶只能設置正弦波的幅度）

• 添加記錄 FFT 和再現(xiàn)信號選項

• 加調制——一段時間內一組正弦波的幅值和相移的變化

• 添加 MIDI 支持

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安卓應用程序圖形用戶界面

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