基于FPGA的多路音频采集卡的实现



2011-11-01 17:16　作者：九视电子　出处：www.360tsw.com

　　关键词：FPGA;多路音频采集卡;多采样率;航行数据

　　一个多通道数字音频系统必须考虑两个问题：采集到声音的质量问题和最终数字化后的音频存储的问题。由奈奎斯特定理知.如果要保证把采集到的音频信号完全无失真的恢复出来，采样率就必须至少是需采集音频信号频宽的2倍。

　　由于现在大多数音频CODEC采用了Delta-SigmaModulator，样率合适的情况下，声音质量一般是可以满足要求的。在船舶航行记录仪中，音频的频宽是150hz-OX)ohz，因此我们用16khz的采样率和16位的量化位数。按照这样的采样率，单路的音频码率为256kbps。24小音频的数据量就高达2.76GB。为了减少最终存储器的存储空间，需要对原始的音频数据进行压缩处理。一般来说有损压比无损压缩的压缩比要高的多。但是同时会造成音质的下降。系统设计时应该进行适当的平衡。

　　FPGA的功能模块设计FPGA的设计采用模块化的设计思想。主要模块按功能划分。SRAM控制器采用了乒乓机制，一片处于读数据的状态，另一片处于写数据的状态。每15秒钟在PCI04主机的控制下切换一次。

　　这种操作方式时序设计简洁可靠。易于做到音频数据连续操作。收到PCI04主机发出的切换命令后.待两片SRAM都处于空闲的时候，完成两片SRAM的读写切换。切换的同时，SRAM的读写的地址都会复位，而且会保存刚才15秒内的数据量信息。保证每个15秒读和写都是从零地始的，同时也方便读取数据。切换成功后，给出数据就绪的信号，指示主机可以读取数据。PCI04接口模块负责采集卡与上位机的通讯和数据传输。完成两片SRAM的读写切换。切换的同时，SRAM的读写的地址都会复位，而且会保存刚才15内的数据量信息。保个15秒读和写都是从零地址开始的，同时也方便读取数据换成功后，给出数据就绪的信号，指示主机可以读取数据。

　　多路音频采集卡PCI04接口模块负责采集卡与上位机的通讯和数据传输本文设计的基于FPGA和DSP的多通道多路音频采集卡.采用Altera公司的Cyclone系列FPGA简化逻辑控制和提度;采用TI公司的TMS320VC5416实现音频压缩算法，在满足了音频性能指标的同时减少了最终的音频数据量，满足了系统的设计要求。

　　本文作者创新点：多路音频采集卡使DM642处理芯片和算法特性充分结合。主要从算法改进、存储器优化和程序代码级优化三个方采取一系列措施，完成了对基于H.264的运动估计算法的实时实现，为整个编解码系统的有效实现提供了借鉴和参考，具有很强的实用价值。

　　无同步丢失：系统采用高级MPEG4视频软件压缩和存储技术。即使长时间运行，也不会出现视频丢失现象，应用高效Master DMA模式，采集过程中不占用主机CPU。

　　多通道实时性：系统采用实时并行处理技术，实现了对VGA信号和模拟视频信号的实时压缩存储处理，每路视频信号均采用MPEG4算法压缩，在标准CIF(320*240NTSC/352*288PAL)图像格式下。每个通道均可独立操作互不干扰。

　　高采集、高传输、高存储：连接主机接口采用PCI-E X1总线接口，传输带宽是PCI接口的两倍以上，并使用最高档次的VGA芯片，集成256MB/64bit DDR2 内存芯片作为图像缓存。使得存储带宽高达2GB/S，使得视频采集实时性更强、采样频率更高。