CN210270874U - 一种前端音频测试装置及音频测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于音频处理技术领域，提供了一种前端音频测试装置及系统，包括：现场可编程门阵列FPGA；与现场可编程门阵列FPGA连接的麦克风阵列、I2S输出接口、I2S输入接口、音频输出模块、电源模块；所述麦克风阵列采集外部的原始音频数据，并发送到所述FPGA进行存储，所述FPGA通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块进行处理；所述FPGA还通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将其发送至音频输出模块，所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并播放。本实用新型为后端音频算法提供了功能全面的前端硬件支撑和基本的数据处理，解决了现有技术对音频算法的功能和性能的评估效果欠佳的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于音频处理技术领域，尤其涉及一种前端音频测试装置及音频测试系统。
背景技术
近几年，随着高端多媒体、VR/AR、高清显示、AI、智能家居、智能音箱、机器人等新行业的发展，音频算法应用领域几乎覆盖到各行各业。音频算法扮演的角色愈来愈重要。
然而，现有技术中音频采集、存储和音频处理的功能模块分离，在音频数据传输到后端音频算法模块前以及经后端音频算法模块处理后，现有技术并未对音频数据进行初步评估，也无法对音频数据进行直观的声源定位显示，对音频算法的功能和性能的评估效果欠佳；且多个功能接口分布零散，用户操作不便。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种前端音频测试装置及音频测试系统，旨在为后端音频算法提供前端硬件支撑和基本的数据处理，解决现有技术对音频算法的功能和性能的评估效果欠佳的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种前端音频测试装置，包括：
现场可编程门阵列FPGA；
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的麦克风阵列、I2S输出接口、I2S输入接口、音频输出模块、电源模块；
所述麦克风阵列采集外部的原始音频数据，并发送到所述FPGA进行存储，所述FPGA通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，以通过所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理；所述FPGA还通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块，所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放。
进一步地，所述麦克风阵列包括8个PDM麦克风，所述的8个PDM麦克风均匀分布在直径为8厘米的圆上。
进一步地，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的LED控制接口，与所述LED控制接口连接的8个LED灯，每一所述LED灯分别设置在一个PDM麦克风旁；
所述FPGA通过所述I2S输入接口接收后端音频算法模块发送的音频源方向信息，并将所述音频源方向信息发送至LED控制接口，所述LED控制接口根据所述音频源方向信息控制所述8个LED灯中的一个或多个LED灯点亮，以通过点亮的LED灯表示所述原始音频数据的方向。
进一步地，所述现场可编程门阵列FPGA为内嵌pSRAM存储器的FPGA芯片。
进一步地，所述音频输出模块包括I2S播放接口和数模转换单元；
所述I2S播放接口一端与所述现场可编程门阵列FPGA连接，另一端与所述数模转换单元的一端连接，所述数模转换单元的另一端与外部播放设备连接。
进一步地，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的接口转换模块；
所述FPGA通过所述接口转换模块与PC端连接通信。
进一步地，所述接口转换模块为USB转SPI转换器。
进一步地，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的GPIO接口。
进一步地，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的晶体振荡器；
所述晶体振荡器向所述前端音频测试装置提供时钟信号。
一种音频测试系统，所述音频测试系统包括如前所述的前端音频测试装置和后端音频算法模块；
所述前端音频测试装置通过所述I2S输出接口、I2S输入接口与所述后端音频算法模块连接；
所述麦克风阵列采集外部的原始音频数据，并发送到所述FPGA进行存储，所述FPGA通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理；所述FPGA还通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块，所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放。
本实用新型实施例通过将麦克风阵列、I2S输出接口、I2S输入接口、音频输出模块、电源模块与现场可编程门阵列FPGA进行集成，得到前端音频测试装置。在所述前端音频测试装置中，所述麦克风阵列用于采集外部的原始音频数据，所述FPGA用于存储所述原始音频数据，并通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，以通过所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理，所述FPGA还用于通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块，由所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放；从而将音频数据的采集、存储、播放以及与后端音频算法模块的交互集成起来，接口灵活方便，为后端音频算法提供了功能全面的前端硬件支撑和基本的数据处理，有利于提高对后端音频算法的功能和性能的评估效果。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的前端音频测试装置的电路示意图；
图2是本实用新型实施例提供的前端音频测试装置的电路示意图；
图3是本实用新型实施例提供的前端音频测试装置的电路示意图；
图4是本实用新型实施例提供的前端音频测试装置的电路示意图；
图5是本实用新型实施例提供的前端音频测试装置的电路示意图；
图6是本实用新型实施例提供的音频测试系统的电路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例通过将麦克风阵列、I2S输出接口、I2S输入接口、音频输出模块、电源模块与现场可编程门阵列FPGA进行集成，得到前端音频测试装置。在所述前端音频测试装置中，所述麦克风阵列用于采集外部的原始音频数据，所述FPGA用于存储所述原始音频数据，并通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，以通过所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理；所述FPGA还用于通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块，由所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放；从而将音频数据的采集、存储、播放以及与后端音频算法模块的交互集成起来，接口灵活方便，为后端音频算法提供了功能全面的前端硬件支撑和基本的数据处理，有利于提高对音频算法的功能和性能的评估效果。
图1示出了本实用新型实施例提供的前端音频测试装置的电路示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。所述装置包括：
现场可编程门阵列FPGA1；
与所述现场可编程门阵列FPGA1连接的麦克风阵列2、I2S输出接口3、I2S输入接口4、音频输出模块5、电源模块6；
所述麦克风阵列2采集外部的原始音频数据，并发送到所述FPGA1进行存储，所述FPGA1通过所述I2S输出接口3将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，以通过所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理；所述FPGA1还通过所述I2S输入接口4接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块5，所述音频输出模块5对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放。
其中，所述麦克风阵列2是由一定数量的声学传感器，比如麦克风，按照一定规则排列，对声场的空间特性进行采样并处理的系统。在本实施例中，所述麦克风阵列2作为所述前端音频测试装置的一个输入端，用于采集原始音频数据。考虑到物理空间中的声源可以为任意方向，本实施例中采用多个PDM麦克风均匀布置在圆上得到所述麦克风阵列。优选的，所述麦克风阵列可包括8个PDM麦克风，所述的8个PDM麦克风均匀分布在直径为8厘米的圆上，从而使得所述麦克风阵列2可以同步采集8路原始音频数据，实现从任意方向上接收原始音频数据，有利于降低所采集的原始音频数据的噪声抑制，实现准确的声源定位，且便于对原始音频数据进行增益调节及消除回声。
所述麦克风阵列2采集到的原始音频数据，将送到所述FPGA1进行存储。在本实施例中，所述FPGA1作为所述前端音频测试装置对音频数据的临时存储区，并通过FPGA的逻辑可编程特点，配合后端音频算法模块实现以下功能：将原始音频数据从脉冲密度调制(Pulse Density Modulation，简称PDM)格式转换为脉冲编码调制(Pulse CodeModulation，简称PCM)格式，将采集的原始音频数据发送至后端音频算法模块进行处理，接收后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，以及将处理后的音频数据输出到音频输出模块5，以通过所述音频输出模块5对所述处理后的音频数据进行转换后通过耳机或喇叭播放。可选地，所述FPGA1可以采用内嵌64Mbit pSRAM存储器的FPGA芯片，该芯片具有低功耗、低成本、非易失性特点，同时具有丰富的逻辑资源、数字信号处理(digital signalprocessor，简称DSP)、锁相环(PhaseLockedLoop，简称PLL)、BSRAM资源，有利于大大降低所述前端音频测试装置的成本。
所述I2S输出接口3和I2S输入接口4为所述前端音频测试装置与后端音频算法模块的数据交互接口。其中，所述I2S输出接口3用于前端音频测试装置将原始音频数据发送到后端音频算法模块。在前端音频测试装置将原始音频数据输送到后端音频测试模块的过程中，为了降低接口复杂度，本实施例通过时分复用TDM方式将麦克风阵列采集的原始音频数据按照I2S TDM模式要求适配一个I2S接口，以通过所述I2S输出接口3传输到后端音频测试模块。所述I2S输入接口4用于前端音频测试装置接收后端音频算法模块发送的处理后的音频数据。为了方便验证经后端音频算法模块处理后的音频数据的情况，本实施例预留1路I2S接口，接收后端音频算法模块发送过来的处理后的音频数据，并输出到音频输出模块5通过耳机或喇叭进行播放。在这里，所述后端音频算法模块用于对原始音频数据进行音源方向识别、语音增强、降噪、去混响、回声消除等音频处理。
所述音频输出模块5作为所述前端音频测试模块与外部播放设备的通信接口。在本实施例中，所述音频输出模块5接收现场可编程门阵列FPGA1发送过来的处理后的音频数据，对所述音频数据进行格式转换，以匹配外部播放设备的数据格式，最后将格式转换后的音频数据发送至外部播放设备进行播放。
可选地，作为本实用新型的一个优选示例，如图2所示，所述音频输出模块5还可以包括I2S播放接口51和数模转换单元52。其中，所述I2S播放接口51一端与所述现场可编程门阵列FPGA1连接，另一端与所述数模转换单元52的一端连接，所述数模转换单元52的另一端与外部播放设备连接，所述外部播放设备包括但不限于喇叭、耳机。在这里，所述I2S播放接口51用于将现场可编程门阵列FPGA1发送的音频数据传输到数模转换单元52。所述数模转换单元52用于将所述音频数据从数字信号转换为模拟信号，并将模拟信号送到喇叭、耳机进行播放。
所述电源模块6用于向所述前端音频测试装置提供电能。可选地，所述电源模块6可以为直流升/降压模块，产生所述前端音频测试装置所需的电源信号。在这里，所述电源信号包括但不限于3.3V、1.8V、1.2V。
可选地，所述前端音频测试装置还可以包括：与所述现场可编程门阵列FPGA1连接的晶体振荡器7；
所述晶体振荡器7向所述前端音频测试装置提供时钟信号。
可选地，所述晶体振荡器包括第一晶体振荡器和第二晶体振荡器。其中，所述第一晶体振荡器向所述前端音频测试装置提供22.5792MHz时钟信号，所述第二晶体振荡器向所述前端音频测试装置提供24.576MHz时钟信号，以提供音频领域常用的22.5792MHz时钟信号和24.576MHz时钟信号，满足不同音频采样频率的需求。
上述图1实施例提供的前端音频测试装置，将音频数据的采集、存储、播放以及与后端音频算法模块的交互集成起来，接口灵活方便，为后端音频算法提供了功能全面的前端硬件支撑和基本的数据处理，有利于提高对音频算法的功能和性能的评估效果。
具体地，作为一种实施方式，如图3所示，所述前端音频测试装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA1连接的接口转换模块8。
所述FPGA1通过所述接口转换模块8与PC端连接通信。
在这里，所述FPGA1还用于将所存储的原始音频数据或处理后的音频数据发送到PC端，或者将从PC端传输过来的音频数据传输到外部播放设备播放。所述接口转换模块8为前端音频测试装置与PC端的数据交互接口。本实施例通过所述数据转换模块8将麦克风阵列2采集的原始音频数据或者后端音频算法模块传输过来的处理后的音频数据发送到PC端，以采用专业工具对所述音频数据进行算法分析，以及通过所述数据转换模块8接收PC端传输过来的音频数据。可选地，所述接口转换模块8包括但不限于USB转SPI转换器。
本实施例通过设置所述接口转换模块8，进一步方便了所述前端音频测试装置与PC端之间的通信连接和数据交互，将音频数据的采集、存储、播放以及与后端音频算法模块的交互、与PC端的交互集成起来，接口更加灵活方便，为后端音频算法模块提供了功能全面的前端硬件支撑，有利于提高对音频算法的功能和性能的评估效果。
具体地，作为一种实施方式，如图4所示，所述前端音频测试装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA1连接的LED控制接口9，与所述LED控制接口9连接的8个LED灯10，每一所述LED灯10分别设置在一个PDM麦克风旁；
所述FPGA1通过所述I2S输入接口4接收后端音频算法模块发送的音频源方向信息，并将所述音频源方向信息发送至LED控制接口9，所述LED控制接口9根据所述音频源方向信息控制所述8个LED灯10中的一个或多个LED灯10点亮，以通过点亮的LED灯10表示所述原始音频数据的方向。
在这里，所述后端音频算法模块还用于对原始音频数据进行音源识别，生成所述原始音频数据的音频源方向信息。所述FPGA1还用于接收后端音频算法模块传输过来的音频数据的音频源方向信息，并指令对应的LED灯展示所述音频数据的音源位置。所述LED控制接口9作为所述FPGA1和LED灯10之间的通信接口。本实施例中，所述FPGA1通过所述I2S输入接口4接收所述后端音频算法模块发送的音频源方向信息，并将所述音频源方向信息转发至所述LED控制接口9。所述LED控制接口9连接着8个LED灯，每一个LED灯根据LED控制接口9传输过来的高电平或低电平，当接收到高电平“1”时，点亮，当接收到低电平“0”时，熄灭。由于每一个所述LED灯设置在PDM麦克风的旁边，当麦克风阵列上的某一个PDM麦克风采集到原始音频数据时，所述PDM麦克风旁边的LED灯点亮，表明所述原始音频数据来自于所述PDM麦克风的采集方向，从而实现通过LED灯直观展示音源方向的位置，为后端音频算法提供了功能全面的前端硬件支撑和基本的数据处理，有利于提高对音频算法的功能和性能的评估效果。
具体地，作为一种实施方式，如图5所示，所述前端音频测试装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA1连接的GPIO接口11。
在这里，本实施例进一步在所述前端音频测试模块中集成GPIO接口11，通过预留I/O接口资源，以便于进行其他功能扩展，接口更加灵活方便，为后端音频算法模块提供了功能全面的前端硬件支撑，有利于提高对音频算法的功能和性能的评估效果。
图6示出了本实用新型实施例提供的音频测试系统的电路示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。所述音频测试系统包括：
前端音频测试装置601和后端音频算法模块602。
所述前端音频测试装置601通过所述I2S输出接口3、I2S输入接口4与所述后端音频算法模块602连接。
其中，所述前端音频测试装置的功能及结构具体参见前述实施例的叙述，此处不再赘述。
在本实施例中，所述前端音频测试装置通过所述麦克风阵列采集外部的原始音频数据，并发送到所述FPGA进行存储，所述FPGA通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理；所述FPGA还通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块，所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放。在这里，所述后端音频算法模块用于对原始音频数据进行音源方向识别、语音增强、降噪、去混响、回声消除等音频处理。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种前端音频测试装置，其特征在于，所述装置包括：
现场可编程门阵列FPGA；
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的麦克风阵列、I2S输出接口、I2S输入接口、音频输出模块、电源模块；
所述麦克风阵列采集外部的原始音频数据，并发送到所述FPGA进行存储，所述FPGA通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，以通过所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理；所述FPGA还通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块，所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放。
2.如权利要求1所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述麦克风阵列包括8个PDM麦克风，所述的8个PDM麦克风均匀分布在直径为8厘米的圆上。
3.如权利要求2所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的LED控制接口，与所述LED控制接口连接的8个LED灯，每一所述LED灯分别设置在一个PDM麦克风旁；
所述FPGA通过所述I2S输入接口接收后端音频算法模块发送的音频源方向信息，并将所述音频源方向信息发送至LED控制接口，所述LED控制接口根据所述音频源方向信息控制所述8个LED灯中的一个或多个LED灯点亮，以通过点亮的LED灯表示所述原始音频数据的方向。
4.如权利要求1至3任一项所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列FPGA为内嵌pSRAM存储器的FPGA芯片。
5.如权利要求1至3任一项所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述音频输出模块包括I2S播放接口和数模转换单元；
所述I2S播放接口一端与所述现场可编程门阵列FPGA连接，另一端与所述数模转换单元的一端连接，所述数模转换单元的另一端与外部播放设备连接。
6.如权利要求1至3任一项所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的接口转换模块；
所述FPGA通过所述接口转换模块与PC端连接通信。
7.如权利要求6所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述接口转换模块为USB转SPI转换器。
8.如权利要求1至3任一项所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的GPIO接口。
9.如权利要求1至3任一项所述的前端音频测试装置，其特征在于，所述装置还包括：
与所述现场可编程门阵列FPGA连接的晶体振荡器；
所述晶体振荡器向所述前端音频测试装置提供时钟信号。
10.一种音频测试系统，其特征在于，所述音频测试系统包括如权利要求1至9任一项所述的前端音频测试装置和后端音频算法模块；
所述前端音频测试装置通过所述I2S输出接口、I2S输入接口与所述后端音频算法模块连接；
所述麦克风阵列采集外部的原始音频数据，并发送到所述FPGA进行存储，所述FPGA通过所述I2S输出接口将所述原始音频数据发送至后端音频算法模块，所述后端音频算法模块对所述原始音频数据进行处理；所述FPGA还通过所述I2S输入接口接收所述后端音频算法模块发送的处理后的音频数据，并将所述处理后的音频数据发送至音频输出模块，所述音频输出模块对所述处理后的音频数据进行转换并输出到外部播放设备播放。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921504931.XU CN210270874U (zh) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | 一种前端音频测试装置及音频测试系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201921504931.XU CN210270874U (zh) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | 一种前端音频测试装置及音频测试系统 |
Publications (1)
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|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210270874U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114220447A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-22 | 北京百度网讯科技有限公司 | 音频信号处理方法、装置、电子设备以及存储介质 |
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2019
- 2019-09-10 CN CN201921504931.XU patent/CN210270874U/zh active Active
Cited By (1)
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| CN114220447A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-22 | 北京百度网讯科技有限公司 | 音频信号处理方法、装置、电子设备以及存储介质 |
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