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基于AGC算法的音频信号处理方法及FPGA实现

2015-04-06 00:21
瑾年Invader
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  3 AGC算法的音频信号处理仿真及实现

  3.1 仿真实验

  在音频信号处理中,根据音频输入、输出的幅度变化,制作AGC仿真实验。按照实用AGC算法的流程和信号计算式(2),将音频的输出信号计算出来,此时当音频信号突然减小时,就会出现过冲现象,为将过冲现象消除/避免,需按照实用AGC算法公式,为音频信号的输出增加延时,延时可按式(3)计算

  y(n)=x(n)×G(n) (2)

  y(n)=x(n-32)×G(n) (3)

  增加音频信号延时,可将过冲现象解决和消除,虽增加延时会对音频信号产生一定影响,但其不利影响在可接受范围内。仿真实验结果如图2和图3所示。

基于AGC算法的音频信号处理方法及FPGA实现

  图2 增加延时、输入信号增大,输出幅度的变化

基于AGC算法的音频信号处理方法及FPGA实现

  图3 增加延时、输入信号减小,输出幅度的变化

  在音频信号输入的过程中,当音频信号增益变大后,其将相对缓慢,此时进行的增益延时相对较小,增益增加的幅度也相对较小,虽造成输出的音频信号较大,但已接近理想输出幅度,因此对信号输出器件的安全性将不会造成影响。

  3.2 FPGA的实现

  实验中,FPGA的信号处理流程如图4所示。

基于AGC算法的音频信号处理方法及FPGA实现

  图4 FPGA的信号处理流程

  音频信号通过音频采样的形式进行数字过滤,得到图4中I、Q两路信号,可使用下式

基于AGC算法的音频信号处理方法及FPGA实现

  将形成的两路信号幅值计算出来,AGC系统中反馈的幅值以A(n)=Ain(n)×G(n)式(5)计算得出。根据算出的A和Ain值对音频信号进行增益调整,调整时间为4 s。

  当音频信号的幅度发生变化时,在增益开始阶段,进行的调整相对较快,此时对增益的影响较大,即信号增益变化较大。经过约4 s的增益调整,可将信号幅度的输出值调整到期望值,随着输入音频信号的快速变化,输出的音频信号也会随着输入信号的变化而发生相应的改变,但在输入信号突然增大时,音频输出信号不会产生明显变化,由此实现了基于AGC算法的音频FPGA。

  4 结束语

  针对AGC算法的工作原理、音频信号处理、FPGA等内容进行分析。在音频信号处理过程中,采用实用AGC算法,通过采取仿真实验,得到实用AGC算法在音频信号处理及FPGA实现中的应用,并可降低信号传输中的失真问题,有效提高了信号传输的稳定性。实验结果表明,将实用AGC算法,应用于音频信号处理方法与FPGA实现中,其具有良好的性能,且确保了信号的稳定性。

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