本帖最后由 正点原子运营 于 2024-10-22 11:01 编辑
1)实验平台:正点原子DNK210开发板
2)章节摘自【正点原子】DNK210使用指南 - CanMV版 V1.0
6)正点原子K210技术交流企鹅群:605557868
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: 1. 支持多种运算长度,即支持64点、128点、256点以及512点运算 2. 支持两种运算模式,即FFT以及IFFT运算 3. 支持可配的输入数据宽度,即支持32bit以及64bit输入 4. 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 5. 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FFT,run()函数如下所示: - FFT.run(byte=None, points=64, shift=0, direction=1)
复制代码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FFTAccelerator,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 FFT
- data = bytearray(64)
- res = FFT.run(data, 64)
复制代码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: 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 FFT
- data = bytearray(64)
- res = FFT.run(data, 64)
- amp = FFT.amplitude(res)
复制代码
32.2 硬件设计 32.2.1 例程功能 1. 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 1. 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à硬件资料à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 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 image
- lcd.init()
- img = image.Image(size=(lcd.width(), lcd.height()))
- SAMPLE_RATE = 38640
- SAMPLE_POINTS = 1024
- FFT_POINTS = 512
- HIST_NUM = 50
- fm.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_mode=I2S.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FFT
- res= 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 data
- del res
- del amp
复制代码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
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