基于Avalon总线的音频频谱分析系统设计与实现

姚梦茹，胡永兵，李 慧

(安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室，安徽 合肥 230601)

0 引 言

伴随电子与通信技术的发展，数字音频[1]广播、多媒体通信等这些数字音频处理技术在人们的生活中产生了深远影响，并且在社会中得到了广泛应用。所谓数字音频技术[2]是指把模拟声音信号通过采样、量化和编码过程转换成数字信号，然后再进行记录、传输以及其他加工处理；在重放时再将这些记录的数字音频信号还原为模拟信号，获得连续的声音。数字音频技术的应用领域包括消费电子类数字音响设备、乐器调音、广播节目制作系统、多媒体应用、广播电视数字化等。其中调音器的应用比较广泛。市面上的乐器声音识别调音器虽然小巧便携，但是实时性和准确性却不高，而且现有的调音器的种类比较少，比较常见的是吉他调音器。

为了提高识别准确率，使识别设备小型化，基于FPGA[3]中的Avalon总线[4]技术和快速傅里叶变换算法[5-6]，设计实现了一种实时高效的音频频谱分析系统，实时完成各种音乐信号的采集与分析，克服传统调音器的限制。

1 系统总体方案

音频频谱显示系统是基于Nios II系统[7]实现的。整个系统硬件框图如图1所示，包括ADC模块、LCD模块、RAM模块、Nios II系统模块。其中Nios II是核心，与各外围电路形成完整的主控系统。

音频频谱显示系统的结构框图以及系统总体方案示意如图1所示。

图1 系统总体方案示意

2 系统硬件设计

整个系统硬件框图如图2所示。其中信号采集与信号转换模块主要由芯片WM8731实现，主要是对输入的音频信号进行A/D转换，输出数字信号到FPGA主芯片，以便对其进行快速傅里叶变换。……