基于FPGA卡拉 ok 系統(tǒng)內(nèi)部音頻算法系統(tǒng)

1、硬件需求介紹

圖 1 卡拉 ok 硬件系統(tǒng)

1）麥克風(fēng)（microphone）

2）音頻 ADC --PCM1080 或其他音頻 ADC

3）FPGA -- 卡拉 ok 系統(tǒng)

4）音頻 DAC--PCM5102A

5）音響

6）顯示屏

2 、FPGA 硬件系統(tǒng)介紹

圖 2 fpga 內(nèi)部音頻算法系統(tǒng)

音頻模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻 adc 采集后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)通過(guò) I2S 送入 FPGA，F(xiàn)PGA 內(nèi)部可做均衡器算法，反饋抑制算法，高低通濾波器混響回聲以及變聲的音頻處理算法。

3 、嘯叫場(chǎng)景：

擴(kuò)音系統(tǒng)中，特別是會(huì)議、教學(xué)、ktv 等場(chǎng)景，提高擴(kuò)音系統(tǒng)音量，嘯叫出現(xiàn)的概率非常高，嘯叫的產(chǎn)生屬于正反饋，音響的聲音重新被麥克風(fēng)拾音，產(chǎn)生自激，導(dǎo)致嘯叫，嘯叫不僅會(huì)影響聽(tīng)覺(jué)，也會(huì)燒壞音響設(shè)備

4 、反饋成因

在接入話筒的傳聲系統(tǒng)中，如果將 mic 的音量或者將擴(kuò)聲系統(tǒng)的音量提升較大，揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音通過(guò)直接或者間接的方式傳入 mic，將引起 mic 和音響的自激放大，整個(gè)擴(kuò)音系統(tǒng)形成正反饋而引起嘯叫，這種現(xiàn)象叫做聲反饋。

聲反饋的危害：

1）破壞音質(zhì)。

2）反饋過(guò)強(qiáng)引起音響損壞。

3） 人耳聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)不適。

聲反饋引起原因：

1）建筑設(shè)計(jì)不合理，存在聲聚焦

2）揚(yáng)聲器布局不合理，mic 直接對(duì)準(zhǔn)話筒

3）電聲設(shè)備選擇不合理，選擇靈敏度過(guò)高的 mic 和指向性差的 mic.

5、 反饋消除

1）移頻法

升高或降低輸入音頻信號(hào)的頻率，改變頻率的輸出信號(hào)再次進(jìn)入系統(tǒng)不會(huì)和原始信號(hào)頻率疊加，達(dá)到抑制嘯叫的左右，這種方法對(duì)音質(zhì)有損害，用在對(duì)音質(zhì)要求不高的場(chǎng)景。

2）陷波抑制法

就是通過(guò)窄帶濾波器 / 自適應(yīng)濾波器進(jìn)行特定頻率的濾波，前提是找到這個(gè)頻率，這就需要先進(jìn)行嘯叫檢測(cè)：

檢測(cè)原則可以通過(guò)峰值 / 均值比等參數(shù)準(zhǔn)則得出。檢測(cè)出成分之后，利用陷波濾波器：

3）自適應(yīng)反饋抵消法

因?yàn)閾P(yáng)聲器的信號(hào)是已知的，這就是一個(gè)先驗(yàn)知識(shí)（也就是 desired signal），從而可以利用 adaptive filter，該類方法復(fù)雜度高：

4）延時(shí)法

這種方法往往被忽略，因?yàn)閿U(kuò)音系統(tǒng)，超過(guò) 20ms 的延時(shí)，講話人能清楚的感受到聲音的延時(shí)，體驗(yàn) 很不好，在 ktv 等對(duì)實(shí)時(shí)性要去低的場(chǎng)景很實(shí)用。
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