基于FPGA卡拉ok系统的设计--反馈抑制

1 、硬件需求介绍

图 1 卡拉 ok 硬件系统

1）麦克风（microphone）

2）音频 ADC --PCM1080 或其他音频 ADC

3）FPGA -- 卡拉 ok 系统

4）音频 DAC--PCM5102A

5）音响

6）显示屏

2  、FPGA 硬件系统介绍

图 2 fpga 内部音频算法系统

     音频模拟信号经过音频 adc 采集后转化为数字信号通过 I2S 送入 FPGA，FPGA 内部可做均衡器算法，反馈抑制算法，高低通滤波器混响回声以及变声的音频处理算法。

3 、啸叫场景：

    扩音系统中，特别是会议、教学、ktv 等场景，提高扩音系统音量，啸叫出现的概率非常高，啸叫的产生属于正反馈，音响的声音重新被麦克风拾音，产生自激，导致啸叫，啸叫不仅会影响听觉，也会烧坏音响设备

4 、反馈成因

   在接入话筒的传声系统中，如果将 mic 的音量或者将扩声系统的音量提升较大，扬声器发出的声音通过直接或者间接的方式传入 mic,将引起 mic 和音响的自激放大，整个扩音系统形成正反馈而引起啸叫，这种现象叫做声反馈。

声反馈的危害：

1）破坏音质。

2）反馈过强引起音响损坏。

3) 人耳听觉感觉不适。

声反馈引起原因：

1）建筑设计不合理，存在声聚焦

2）扬声器布局不合理，mic 直接对准话筒

3）电声设备选择不合理，选择灵敏度过高的 mic 和指向性差的 mic.

5、 反馈消除

1）移频法

升高或降低输入音频信号的频率，改变频率的输出信号再次进入系统不会和原始信号频率叠加，达到抑制啸叫的左右，这种方法对音质有损害，用在对音质要求不高的场景。

2）陷波抑制法

就是通过窄带滤波器 / 自适应滤波器进行特定频率的滤波，前提是找到这个频率，这就需要先进行啸叫检测：

检测原则可以通过峰值 / 均值比等参数准则得出。检测出成分之后，利用陷波滤波器：

3)自适应反馈抵消法

因为扬声器的信号是已知的，这就是一个先验知识（也就是 desired signal），从而可以利用 adaptive filter，该类方法复杂度高：

4）延时法

这种方法往往被忽略，因为扩音系统，超过 20ms 的延时，讲话人能清楚的感受到声音的延时，体验 很不好，在 ktv 等对实时性要去低的场景很实用。