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本章将介绍CanMV下FFT的应用#xff0c;通过将时域采集到的音频数据通过FFT为频域。通过本章的学习#xff0c;读者将学习到CanMV下控制FFT加速器进行FFT的使用。 本章分为如下几个小节#xff1a; 32.1 maix.FFT模块介绍 32.2 硬件设计 32.3 程序设…第六十七章 音频FFT实验
本章将介绍CanMV下FFT的应用通过将时域采集到的音频数据通过FFT为频域。通过本章的学习读者将学习到CanMV下控制FFT加速器进行FFT的使用。 本章分为如下几个小节 32.1 maix.FFT模块介绍 32.2 硬件设计 32.3 程序设计 32.4 运行验证
32.1 maix.FFT模块介绍 Kendryte K210片上拥有一个FFT Accelerator快速傅里叶变换加速器可以实现以硬件的方式对FFT的基2时分运算加速Kendryte K210上的FFT Accelerator特点如下所示
支持多种运算长度即支持64点、128点、256点以及512点运算支持两种运算模式即FFT以及IFFT运算支持可配的输入数据宽度即支持32bit以及64bit输入支持可配的输入数据排列方式即支持虚部、实部交替纯实部以及实部、虚部分离三种数据排列方式支持可配的数据搬运方式即CPU搬运和DMA搬运 在CanMV中可以使用CanMV提供的maix.FFT模块操作Kendryte K210上的FFT Accelerator。maix.FFT模块可以对输入数据进行傅里叶变换并返回相应的频率幅值可以将时域信号转换为频域信号。 maix.FFT模块提供了run()函数用于对输入的时域数据进行FFTrun()函数如下所示 FFT.run(byteNone, points64, shift0, direction1) run()函数用于对输入的时域数据进行FFT运算过程会自动调用硬件上的FFT Accelerator并会同时占用DMAC Channel3和DMAC Channel4。 byte指的是输入的时域数据需要为bytearray类型。 points指的是FFT的运算长度可以是64、128、256或512默认为64。 shift指的是偏移默认为0。 direction指的是运算模式当为1时为FFT当为0时是IFFT。 run()函数会返回一个list对象表示计算后的频域数据list有points个元组每个元组都有2个元素第一个元素为实部第二个元素为虚部。 run()函数的使用示例如下所示
from maix import FFTdata bytearray(64)
res FFT.run(data, 64)maix.FFT模块提供了amplitude()函数用于计算FFT后各个频率点的幅值amplitude()函数如下所示 FFT.amplitude(res) amplitude()函数用于计算FFT后各个频率点的幅值从而能够直观地看到频域下数据的状态。 res指的是FFT.run()函数运算后返回的频域数据。 amplitude()函数的使用示例如下所示
from maix import FFTdata bytearray(64)
res FFT.run(data, 64)
amp FFT.amplitude(res)32.2 硬件设计 32.2.1 例程功能
获取板载数字麦克风的音频数据作为时域数据输入maix.FFT模块进行FFT得到频域数据后计算频域数据各个频率点的幅值并在LCD上进行直观的图像显示 32.2.2 硬件资源数字麦克风 IIS_SDIN - IO30 IIS_BCK - IO32 IIS_LRCK - IO33 32.2.3 原理图 本章实验内容需要获取板载数字麦克风的音频数据。 DNK210开发板上的数字麦克风的连接原理图如下所示
图32.2.3.1 数字功放NS4168连接原理图 关于该数字麦克风的使用方法可参考MSM261S4030H0R的数据手册——《MSM261S4030H0R.pdf》读者可在A盘硬件资料芯片资料下找到这份文档。 32.3 程序设计 32.3.1 maix.FFT模块介绍 有关maix.FFT模块的介绍请见第32.1小节《maix.FFT模块介绍》。 32.3.2 程序流程图
图32.3.2.1 音频FFT实验流程图 32.3.3 main.py代码 main.py中的脚本代码如下所示
from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from maix import GPIO
from maix import I2S
from maix import FFT
import lcd
import imagelcd.init()
img image.Image(size(lcd.width(), lcd.height()))SAMPLE_RATE 38640
SAMPLE_POINTS 1024
FFT_POINTS 512
HIST_NUM 50fm.register(board_info.SPK_CTRL, fm.fpioa.GPIO0)
fm.register(board_info.MIC_WS, fm.fpioa.I2S0_WS)
fm.register(board_info.MIC_SCLK, fm.fpioa.I2S0_SCLK)
fm.register(board_info.MIC_SDIN, fm.fpioa.I2S0_IN_D0)spk_ctl GPIO(GPIO.GPIO0, GPIO.OUT)
spk_ctl.value(0)i2s_dev I2S(I2S.DEVICE_0)
i2s_dev.channel_config(I2S.CHANNEL_0, I2S.RECEIVER, align_modeI2S.STANDARD_MODE)
i2s_dev.set_sample_rate(SAMPLE_RATE)hist_width int(lcd.width() / HIST_NUM)while True:data i2s_dev.record(SAMPLE_RATE)# 对时域数据进行FFTres FFT.run(data.to_bytes(), FFT_POINTS)# 计算频域数据各频率点的幅值amp FFT.amplitude(res)img.clear()for hist in range(HIST_NUM):if amp[hist] lcd.height():hist_height lcd.height()else:hist_height amp[hist]img.draw_rectangle(hist * hist_width, lcd.height() - hist_height, hist_width, hist_height, lcd.WHITE, 1, True)lcd.display(img)del datadel resdel amp可以看到一开始是先完成分配IO、初始化LCD、GPIO、I2S为通过I2S获取板载数字扬声器的音频数据做准备。 然后便是在一个循环中不断地通过I2S获取音频数据然后将音频数据作为时域数据输入进行FFT运算得到频域数据的计算结果后再计算频域数据各频率点的幅值最后将各频率点的幅值通过直方图的形式在LCD上进行显示。 32.4 运行验证 将DNK210开发板连接CanMV IDE点击CanMV IDE上的“开始(运行脚本)”按钮后便了看到LCD上显示了板载数字麦克风采集到音频数据的频谱图如下图所示
图32.4.1 LCD显示频谱图
