評価環境

FPGA Audio Design KITは、Xilinx社 FPGAを用いて、デジタルオーディオ・ネットワークオーディオに必要なIPを自由に組み合わせられる様にしたものです。

   

オーディオ 入出力 モジュール

I2S・I8S ・Left Justified・Right Justifiedなど、AD/DAコンバータインタフェース
McBSP・McASP・SPORT・ESAIなど、DSPインタフェース
AES3・AES10など、マルチチャネルインタフェース
RTPなどネットワークプロトコル

   

フィルタ モジュール

パラメトリックイコライザ・グラフィックイコライザなどを構成可能な高精度フィルタモジュール

   

サンプリングレート コンバータ モジュール

複数のクロックドメインを含むデジタルオーディオデータを統合する際に不可欠な非同期サンプリングレートコンバータ(ASRC)

   

ネットワーク オーディオ プロトコル モジュール

複数のクロックドメインを含むデジタルオーディオデータを統合する際に不可欠な非同期サンプリングレートコンバータ(ASRC)

   

リクロッキング モジュール

ケーブルやネットワークを通じて送られるデジタルオーディオ信号をを取り扱う場合に必要なクロック再生を行うモジュール

   

ミキサ モジュール

複数チャネルのオーディオ信号のミキシングを行うモジュール

   

  • システム構成例


       

    ■I2S Input/Output Module

    各社オーディオ用A/D、D/Aコンバータの標準となっているI2Sフォーマットの入出力を行います。
    16/24 Bit、Master/Slaveに対応しています。

    ■I8S Input/Output Module

    多チャネルオーディオコーデックで使用されるI8Sフォーマットの入出力を行います。
    16/24 Bit、Master/Slaveに対応しています。

    ■AES3/SPDIF Input/Output Module

    主に業務用で使用されるAES3と民生用で使用されるSPDIFによるデジタル・オーディオ入出力を行います。
    入力に使用される場合、リクロッキングモジュールと合わせて使用することにより、送信側に同期したクロックのリカバリを行います。

    ■Filter Module

    パラメトリック・イコライザや、グラフィックイコライザに使用できるデジタル・バイクワッドフィルタモジュールです。
    1つのモジュールで、最大128個のBiquadフィルタを構成できます。36Bit係数・72Bitアキュムレータを使用し、高精度な演算を行うことが出来ます。
    係数は自由に設定できるため、イコライザなどのオーディオ帯域のみでは無く、計測用途などに使用することも可能です。

    ■Re-Clocking Module

    AES3/AES10/SPDIF及びネットワーク経由のオーディオ信号伝送においては、受信側でクロック信号を再生する必要があります。
    Re-Clocking Moduleでは、受信信号から Word Clock(fs)及び、ΣΔ DACやAES3(SPDIF)エンコードで必要ななる128fs/256fsのクロックを再生します。位相比較・フィルタ・ΣΔモジュレータから構成され、外部にC/Rフィルタを設けるだけでVCXO・VCOの制御信号を生成することが可能です。
     (VCXO使用時には1ns以下の低いジッタのクロックを生成可能です)

    ■McBSP/SPORT/ESAI Interface Module

    オーディオ信号処理、特にエフェクト処理(リバーブ・ピッチシフト・ダイナミクスなど)ではアルゴリズムの継承の必要性からDSPが使用されることがあります。代表的なDSPに対するインタフェースが準備されているためDSP/FPGAそれぞれの特徴を有効に利用したシステムを構成できます。

    ■Network Audio (HRTP) Module

    オーディオ信号の伝送媒体として、イーサネット・広域LAN・インターネットなどが用いられる様になってきています。
    HRTP Moduleは、IPネットワークにおけるマルチメディア伝送の標準的なプロトコルであるRTPをハードウエアにより実装しています。
    ハードウエア実装により、正確なタイミングとワイアスピードにほぼ等しい帯域までの多チャネル伝送を行うことが可能で、CPUの負担はほとんどありません。
    最大32チャネルの独立したペイロードを一つのコアで扱えるため、多地点を結ぶアプリケーションの構築が容易に可能です。また、リクロッキング モジュールを使用することにより、送信側・受信側のクロックを同期させ遅延補正を行うため、伝送経路や機器(ハブなど)による遅延時間の差を吸収し、高品質を要求されるHiFiオーディオ伝送に使用することが出来ます。

    HRTP ブロック図

       

    Stream Interface

    I2S、I8S等のAD/DAコンバータインタフェース信号や、Video/Audio TS(Transport Stream)などの信号を、パケット化します。HRTPモジュールとStream InterfaceのAPIは公開しており、様々な仕様のインタフェースに合わせて自由にカスタマイズすることが可能です。

       

    HRTP Core Module

    パケット化された、ペイロードデータにRTPヘッダ・UDPヘッダ・IPヘッダなどを付加し、MACコアよりEthernetパケットとして送信します。RTPヘッダのシーケンス番号・タイムスタンプ等は自動的に付加されます。受信時にはパケットの連続性チェック等を行い、Stream Interfaceへ送ります。

    HRTP Core Moduleでは、CPUより設定されたアドレスおよびポート番号のUDPパケットのみを処理します。
    それ以外のデータはCPUで処理できるようにHost CPU Interfaceへ送られます。また、CPUより送られるパケットはそのままMAC Coreへ送られますが、送信の優先順位はRTPより低くなります。Hardware RTPコア自身ではIPネットワーク通信に必要なARP等の送信・応答はしていません。これらはCPU側で行う必要があります。
    HRTPでは、外部のプロセッサを用いてソフトウエアでこの処理が行える様にプロセッサ用のMACインタフェースを装備しています。
    HRTP Core Moduleで認識されないプロトコル・ポートについてプロセッサのソフトウエア・スタックで処理することが出来ます。これを利用して、WEBサーバ・FTPサーバ・メールサーバなどの機能を同じインタフェースに構築することが可能です。

    評価・デモ環境

    Spartan6 Digital Audio Design KITは 東京エレクトロンデバイス社製FPGAボード TB-6S-LX150T-IMG2・AES3インタフェースボードを使用して評価することが可能です。