基于fpga的音频处理系统论文

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1、基于FPGA的音频处理系统毕业论文目录摘要11绪论31.1课题研究背景31.1.1课题来源31.1.2研究目的及意义31.2国内外的研究现状及发展趋势31.2.1FPGA的发展历程31.2.2音频处理技术的发展41.2.3SOPC的特点及其应用51.3课题研究的内容72器件介绍82.1WM873182.1.1WM8731概述82.1.2WM8731控制接口82.1.3数字音频接口92.2FPGA芯片介绍123硬件电路133.1硬件开发环境133.2硬件电路设计133.2.1SOPC系统设计133.2.2WM8731的外围电路133.2.3nios_audio模块143

2、.3顶层例化154SOPC系统软件程序设计164.1软件开发环境164.2人机接口介绍174.3各功能模块实现方案174.2.1I2C总线174.2.2WM8731驱动模块设计184.2.2音频处理软件开发流程20384.3结果展示214.4本章小结225总结与展望23致谢24参考文献25附录261绪论1.1课题研究背景1.1.1课题来源随着数字记录技术和大规模集成电路技术的迅速发展,消费类电子产品正以日新月异的新姿展现在当代人的面前,音响类娱乐产品的多样化、小型化与数字化及品种的琳琅满目丰富了音响产品市场,满足了多层次消费者的不同需要。在这些科技产品的快速发展过程中

3、，数字音频技术在其中扮演着重要的角色。现在音频处理技术的任务越来越复杂,对信号处理的效果要求不断提高,音频处理技术的算法也越来越复杂，要求在几十ms甚至几ms的时间内完成音频信号大量的数据采集、处理、存储、传输,这就对音频处理系统处理器的运算速度提出了更高的要求。1.1.2研究目的及意义随着消费电子的快速发展，数字音频技术的应用显得越来越重要，对数字音频技术的研究符合市场与科技需求。数字音频处理技术涉及生活的方方面面,包括滤波器技术、数字信号处理、人工智能、模式识别、编码学、等多个学科的知识,是信息化技术类学科当中发展极为迅速的一个方向之一。音频信号处理技术包含的内容

4、非常多,主要有信号存储、语音合成、语音识别、音频压缩、语音理解、音频编码、语音识别、语音增强等多个分支,总而言之,音频信号处理技术包括音频信号的数字化处理、数字化实现、数字化变换、数字化存储、数字化传播、及音频的变换、语音的处理、语音的识别等自然科学多个领域的综合运用。38传统的数字滤波器采用乘法和累加结构,需要进行多次的乘法和加法运算。由于乘法器庞大的结构,占用了系统芯片上的大部分面积,消耗了大部分功率,使得音频处理系统在体积和处理速度上存在着不足,所以传统的数字滤波器不能很好的满足家用和便携式音频处理器对体积小、功耗小信号处理速度高的要求。而近些年来使用范围越来越

5、广泛，技术越来越成熟的FPGA器件对于解决对于解决音频信号的高标准、高要求有着其独特的优势。基于FPGA器件的音频信号处理的实现方案,在于对声音信号的收集、处理及应用,工作的重点是在噪声环境中如何能有效地地把需要的语音信号提取出来开,消除或者衰减噪声,这涉及到滤波器的设计,通过数字滤波来处理噪声信号。1.2国内外的研究现状及发展趋势1.2.1FPGA的发展历程FPGA是FieldProgrammableGateArray的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路

6、而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA是RossFreema于1985年发明的，当时第一个FPGA采用2μm工艺，包含64个逻辑模块和85000个晶体管，门数量不超过1000个，当时他所创造的FPGA被认为是一项不切实际的技术，他的同事BillCarter曾说：“这种理念需要很多晶体管，但那时晶体管是非常珍贵的东西。”所以人们认为Ross的想法过于脱离现实。但是Ross预计：根据摩尔定律（每18个月晶体管密度翻一翻），晶体管肯定会越来越便宜，因此它必将成为未来不可或缺的技术。在短短的几年时间内，正如Ross所预言的，出现了

7、数十亿美元的现场可编程门阵列（FPGA）市场。但可惜的是，他已经无法享受这一派欣欣向荣的景象，RossFreeman在1989年已经与世长辞了，但是它的发明却持续不断地促进电子行业的进步与发展。一般来说，FPGA内部是由最小的物理逻辑单位LE、布线网络、输入输出模块与片内外设组成的，而最小物理逻辑单元是指用户无法修改的、固定的最小单元，设计者只能将这些单元通过互联线将其连接起来，然后实现特定的功能。一个LE是由触发器、LUT与控制逻辑组成的，从而同样可以实现组合逻辑和时序逻辑。随着FPGA集成度的不断增加，其内部的片内外设也越来越多，可集成SRAM、