遊戲娛樂

相信吉他愛好者肯定會十分喜歡這個項目。此設計應用來自以色列特拉維夫大學的兩名大四學生，基於 Digilent ZedBoard 實現。作品透過Zedboard 內的 Zynq-7020 SoC 接收來自電吉他的音頻，透過四個音效處理器進行音頻處理，然後將處理好的音頻傳送到吉他放大器，最終實現一個多重音效處理器，類似於樂手在過去50年間所喜愛的堆疊綜合效果器，可讓每首歌曲以最適合的特殊音效來演奏。

在 FPGA 上設計和部署音頻處理算法，以呈現電吉他的音頻效果處理。在音樂界，這樣東西俗稱為“綜合效果器”。目前市場上商用的 “綜合效果器”主要依賴 DSP/CPU 平台實現，而我們嘗試的是在 FPGA 上實現。憑藉 FPGA 天生並行的優勢，將多個音頻訊號一起處理，提高即時效能。

在 Digilent Zedboard上為電吉他設計實現一個基於 FPGA 的多重音效系統。透過 Zedboard 的 Line-in 介面與電吉他連接以接收音頻，並通過 Line-out 介面將處理音效傳送到放大器。Zynq 的 PL 端的主要功能是音效處理，產生不同的時脈並實現用戶介面，ARM 部分（PS 端）則主要用來做一下輔助的框架搭建與支持工作。 

內建的 Zynq SoC 基於 ZedBoard 的開關與 LED 實現多效果處理器的使用者介面，並使用 Zynq SoC 的可編程邏輯實現四種即時音樂效果：

• 失真和過載
• 八度+顫音
• 顫音
• 延遲

 文章連結 │ 基於Zedboard的電吉他多重音效處理系統 

完成這個項目所需零件有：

• Digilent Nexys 4/ Nexys 4 DDR 開發板(現已改為 Nexys A7)
• USB A到Micro-B 傳輸線
• 裝有 Vivado 的 PC 或筆記本電腦（請先安裝WebPAck版本）
• WS2812 LED燈條
• 三對公對公線
• VGA線的VGA LCD顯示器

此設計可與 Digilent 的 Nexys 4/Nexys 4 DDR (現已改為 Nexys A7) 開發板一起使用。這些開發板使用相同的 Xilinx Artix 7 FPGA（XC7A100T-1CSG324C）和非常相似的原理圖。但是兩塊板的 pin 腳分配不同，但是源文件是相似的，除了.xdc 文件是特定於每個板的。編譯文件（.bit或.bin）也是特定於主板的。

Nexys 4 DDR Spectral Sources.zip 文件包括：

• 項目的源文件
• 自動構建項目所需的.tcl文件
• 一個 readme.txt 文件，描述了建立項目的過程
• 用於對 FPGA 進行編程的.bit 和 .bin 文件，分別是 Nexys 4 或 Nexys 4 DRR 板上的 SPI 快閃記憶體

Vivado WebPack 可以從此處下載 https://www.xilinx.com/support/download.html
安裝Vivado，創建項目，編譯並下載到FPGA文件。

麥克風的 PDM 訊號經過濾波並抽取為 48KHz，16位音頻擷取字串。音頻樣本字符串儲存在時域 Block RAM 中，用於 VGA 顯示。音頻字符串的相同副本儲存在第二塊 RAM 中，傳送至 FFT 核心。FFT 輸出數據也儲存在頻域區 RAM中。時域和頻域區 RAM 都傳送到 VGA 圖像控制器。時間訊號顯示在螢幕的上半部分，頻譜顯示在螢幕的下半部分。頻域區 RAM 還為 30 個 LED 串控制器供電。燈串中的每個 LED 都分配一個 47Hz 頻率（總頻率範圍為 47Hz 至 1.4kHz）。每個 LED 具有恆定的顏色，從 RED（對應於光譜中的最低頻率）到 VIOLET（最高頻率）。每個 LED 的強度顯示分配頻率的瞬間功率。

Nexys 4（DDR）板的音頻輸出產生音頻輸入訊號的混響版本。

Nexys 4（DDR）板的開關選擇：

FFT transform sensitivity - sw(2:0):
“000” = lowest sensitivity
…
“111” = high sensitivity
LED displayed pattern – sw (15:14)
“00” = FFT spectrum,
“01” and “10” = Rainbow
“11” = constant color (yellow)

將Nexys 4連接到：

• VGA顯示器/ 透過 USB 連接 PC/ WS2812 可尋址 LED 燈條，透過連接器 JC 上的3條公對公線
• GND（白線）至 JC5
• Vcc（紅線）至JC6
• 數據（綠線）到JC4

將 Nexys 4 DDR SpectralSources.zip 解壓縮到一個方便的文件夾中
開啟 PC，VGA 顯示器和 Nexys 4（DDR）板
啟動 Vivado 點擊“打開硬體管理器”
點擊 “打開新的硬體目標”

在接下來的兩個窗口中單擊“下一步”。
確保在“選擇硬件目標”中選擇 Nexys 4 DDR 板（僅當您連接了更多Xilinx FPGA板時）。
點擊下一步”

點擊“完成”
點擊“程序設備”，然後選擇“ xc7a100t_0”
導航到適當的.bit文件：

/Nexys4DdrSpectralSources/bin/Nexys4/TopNexys4Spectral.bit 用於Nexys 4板或 /Nexys4DdrSpectralSources/bin/Nexys4DDR/TopNexys4Spectral.bit 用於Nexys 4 DDR板

點擊“程序”，然後等待“完成” LED 亮起。
播放音樂或者聲音，此時 LCD 顯示螢幕顯示時域和頻域。LCD條顯示音頻訊號的頻譜。如前所述，使用Nexys4（DDR）開關播放。

Nexys4DdrSpectralSources.zip 文件可透過下載代碼獲得。

在 Nexys4 DDR Spectral Sources.zip 中，打開描述該項目產生過程的 readme.txt 文件。請按照以下步驟從提供的源中重新建立 Vivado 項目。

重要說明：如 readme.txt 中所示，該項目已準備好為 Nexys4 DDR 板編譯。若要針對 Nexys 4 板進行編譯，請從項目中刪除名為Nexys4DDR_Master.xdc 的文件，然後添加名為 Nexys4_Master.xdc 的文件。（\src\constraints）。

分析項目的結構：

TopNexys4Spectral-每100毫秒產生一個 flgStartAcquisition 脈衝，以啟動計算週期。
實例： clkGenInst- 時脈產生器 Vivado IP 核心。使用 100MHz 輸入時脈並產生： VGA 控制器的 25MHz 時脈
音頻演示組件為 4.8 MHz。

Audio_demo_inst-Digilent Audio demo project，如項目描述，產生 16 位元 48KSPS 音頻訊號。
Inst_fftBlock-計算audio_demo輸出信號的FFT。
TimeBlkMemForFft-Vivado IP 核心：8 位元，1024 個採樣的雙端口 RAM，用於儲存音頻訊號並將其提供給 FFT 核心。
FftInst-Vivado IP 核心：計算上面儲存的訊號的FFT。

ResetStateMachine 初始化 FFT 核心。
TimeCounter 在 TimeBlkMemForFft 中索引樣本。
TimeAcqSync 將 TimeCounter 與 flgStartAcquisition 和音頻訊號的上升沿同步到零級。
FftLoadCounter索引樣本以下載 FFT IP 核心（時間樣本）。
FftUnloadCounter索引樣本以卸載 FFT IP 核心（頻域樣本）。

Inst_VgaCtrl –生成VGA同步訊號及垂直和水平計數器，以定位當前顯示的像素。
Inst_ImgCtrl –生成VGA顯示的圖像。
實例： TimeBlkMemForDisplay-Vivado IP 核心：8位元，1024 個樣本的雙介面 RAM，用於儲存音頻訊號並將其提供給 VGA 顯示器。
TimeBlkMemForFft 的同步克隆。
FreqBlkMemForDisplay-Vivado IP 核心：8位元，1024 個採樣的雙介面RAM，用於儲存音頻頻域採樣並將其提供給 VGA 顯示器。

inst_LedStringCtrl –建立圖像以顯示在 LED 燈條上。
產生彩虹的顏色定義。
儲存前 30 個頻域樣本的值。
結合以上兩個信息以在 LED 上產生頻率動態顯示。
讀取開關以選擇 LED上的靜態或動態圖像。

實例： 讀取燈條中每個 LED 的顏色數據。
為每個 LED 組合三種顏色
將 30 種 LED 顏色訊息組合在單個位串中。
將位串編碼為 NRZ 碼以驅動 LED 燈條。
U1-led_controller = led控制器

文章連結 │ Nexys 4 DDR LED燈帶音頻頻譜項目的DIY動手指南
程式碼下載 │  https://drive.google.com/file/d/1ftETM7bN_qLCqvJ6FDDKGhbwhxhPNdYu/view?usp=sharing

利用 Zybo 設計一個虛擬觸控螢幕的有趣實作8~~ 以下將提供自定義硬體的逐步說明，讓您可以一邊使用強大的 Zybo 開發板，一邊使用相機與手指檢測在簡單的 TFT 顯示器上模擬觸控螢幕。

前置作業

硬體列表：

• Digilent Zybo Board
• Vivado 2014.1 Webpack
• USB網路攝影鏡頭
• VGA TFT顯示器
• 2 個 Digilent JoyStick 模組
• micro SD卡（至少4GB）
• 鍵盤
• 滑鼠
• USB HUB

所需軟體：

• Xilyinx by Xilybus
• OpenCV

安裝操作系統

第一步是在Zybo板上安裝操作系統。我們選擇的系統是 Xillybus 的 Xillinux ，它是針對 ZYNQ 開發平台，基於 Linux 的操作系統改進的 Ubuntu 12.04 發布版。

首先，您需要下載兩個文件：

• 適用於您的主板的啟動分區工具包
• SD卡圖像

下載之後的操作步驟可以參考：http://xillybus.com/downloads/doc/xillybus_getting_started_zynq.pdf

啟動系統後，需要運行GUI，您必須輸入命令“startx”（不帶“”）並按Enter鍵（圖1）。你已加載GUI，可以繼續操作下一步（圖2）。

安裝 OpenCV

Open CV（開源計算機視覺庫）是一個開源的電腦視覺和機器學習軟體資料庫，為電腦視覺應用提供通用基礎設施。

按照以下步驟完成安裝和配置 OpenCV 2.4.1。

可以將每個步驟中顯示的命令直接複製並粘貼到Linux命令行中。要打開終端，請按alt + ctrl + t。

1. 刪除所有已安裝的 ffmpeg 和 x264 版本。
sudo apt-get remove ffmpeg x264 libx264-dev

2.獲取 x264 和 ffmpeg 的所有相關項。
sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential checkinstall git cmake libfaac-dev
libjack-jackd2-dev libmp3lame-dev libopencore-amrnb-dev libopencore-amrwb-dev libsdl1.2-dev libtheora-dev libva-dev libvdpau-dev libvorbis-dev libx11 -dev libxfixes-dev libxvidcore-dev texi2html yasm zlib1g-dev

3.下載並安裝 gstreamer。
sudo apt-get install libgstreamer0.10-0 libgstreamer0.10-dev gstreamer0.10-tools gstreamer0.10-plugins-base libgstreamer-plugins-base0.10-dev gstreamer0.10-plugins-good gstreamer0.10-plugins-ugly gstreamer0.10-plugins-bad gstreamer0.10-ffmpeg

4.下載並安裝 gtk。
sudo apt-get install libgtk2.0-0 libgtk2.0-dev

5.下載並安裝 libjpeg。
sudo apt-get install libjpeg8 libjpeg8-dev

6.創建一個目錄來保存源代碼。
cd~ mkdir src

7.下載並安裝 install x264。
cd~ / src
wget ftp://ftp.videolan.org/pub/videolan/x264/snapshots/x264-snapshot-20050824-2219.tar.bz2
tar xvf x264-snapshot-20120528-2245-stable.tar.bz2
cd x264-snapshot-20120528-2245-stable

8.配置和構建 x264 庫。
./configure --enable-shared --enable-pic make sudo make install

9.下載 ffmpeg 版本0.11.1 鏈接：http://ffmpeg.org/download.html.
cd~ / src
wget http://ffmpeg.org/releases/ffmpeg-0.11.1.tar.bz2  
tar xvf ffmpeg-0.11.1.tar.bz2
cd ffmpeg-0.11.1

10.配置和建立 ffmpeg。
./configure --enable-gpl
--enable-libfaac --enable-libmp3lame --enable-libopencore-amrnb --enable-libopencore-amrwb --enable-libtheora --enable-libvorbis --enable-libx264 --enable -libxvid --enable-nonfree --enable-postproc --enable-version3 --enable-x11grab --enable-shared --enable-pic make
sudo make install

11.下載並安裝最新版本的v4l（適用於Linux的視頻）
連結：http://www.linuxtv.org/downloads/v4l-utils/. (本項目使用的是 0.8.8版本)
cd~ / src
wget http://www.linuxtv.org/downloads/v4l-utils/v4l-utils-1.6.2.tar.bz2
tar xvf v4l-utils-0.8.8.tar.bz2
cd v4l-utils-0.8.8 make
sudo make install

12.下載並安裝安裝 OpenCV 2.4.2。
連結: http://sourceforge.net/projects/opencvlibrary/files/
cd~ / src
wget http://downloads.sourceforge.net/project/opencvlibrary/opencv-unix/2.4.2/OpenCV-2.4.2.
tar.bz2 tar xvf OpenCV-2.4.2.tar.bz2

13.創建一個新的目錄並運行 cmake：
cd OpenCV-2.4.2 /
mkdir build
cd build cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE = RELEASE ..

14.驗證 cmake 的輸出是否包含以下文件：
found gstreamer-base-0.10GTK + 2.x：YESFFMPEG：YESGStreamer：YESV4L / V4L2：使用 libv4l 建立並安裝OpenCV。
make
sudo make install

15.配置 Linux。透過輸入以下 shell 命令告訴 Linux OpenCV 的共享庫所在的位置：
export LD_LIBRARY_PATH = / usr / local / lib

16.將命令添加到.bashrc 文件中，這樣就不必在每次啟動新終端時都輸入。 或者，您可以配置系統範圍的搜尋路徑。使用您喜歡的編輯器，將包含文件/ usr / local / lib的單行添加到名為 /etc/ld.so.conf.d/opencv.conf 的文件末端。在標準的 Ubuntu 安裝中，opencv.conf 文件不存在; 你需要建立它。例如，使用 vi 輸入以下命令： 
sudo vi /etc/ld.so.conf.d/opencv.conf 
G
Ø 
/ usr / local / lib 
：wq！

17.編輯 opencv.conf文件後，輸入以下命令：
sudo ldconfig /etc/ld.so.conf

18.使用您喜歡的編輯器，將以下兩行添加到 /etc/bash.bashrc 的末尾：
PKG_CONFIG_PATH = $ PKG_CONFIG_PATH：/usr/local/lib/pkgconfig export PKG_CONFIG_PATH

完成前面的步驟後，您的系統應該已準備好編譯使用 OpenCV 庫的代碼。
以下示例顯示了為 OpenCV 編譯代碼的一種方法：
g ++`pkg-config opencv --cflags` my_code.cpp -o my_code`pkg-config opencv --libs`

開始遊戲

該遊戲是一款基本的 8 位元乒乓球遊戲。這不是最終版本，設計中仍然存在一些錯誤，必須與手指檢測應用程序合併。屏幕上的紫色字段保留給 fingeres。此時，用鍵盤（左側球員- Q和A，右側球員- O和L）進行遊戲，您可以手動改變速度（S）。

遊戲和手指檢測應用程序是分開設計的，其思路是手指檢測應用程序檢測紫色線上的手指，計算 y 座標，然後將該座標發送給遊戲應用程序，然後更新玩家平舖的位置。

game.zip文件包含可以使用以下命令行編譯的源代碼：
g ++`pkg-config opencv --cflags` test2.cpp -o game`pkg-config opencv --libs`

你可以運行遊戲：
./game

手指監測

使用網路攝影鏡頭，我們正在跟踪多個對象並在螢幕上計算它們的座標。這部分尚在開發中。此時所做的是跟踪這個簡單的藍色物體。我們也可以檢測並跟踪手指，但是你需要在 bo 上改變 bool 變量calibrationMode（第136行）。然後，當建立並執行程序時，將出現滑塊窗口，首先需要更改最小和最大 HUE 值以選擇要檢測的顏色。檢測到的對像在屏幕上顯示為白色。之後，您可以使用最小值和最大值 SATURATION 和 VALUE 來降低噪音。 如果將 calibrationMode 設置為 false，它將檢測藍色的對象。 finger.zip 文件包含源代碼。

文章連結 │ 使用Digilent Zybo的虚拟触屏游戏项目的DIY动手指南
程式碼下載 │ https://drive.google.com/file/d/189PW_L9ujhpYz8Al2f8T3pACYgEVKcEK/view?usp=sharing 

不少同學都有一個一把吉他仗劍走天涯的音樂夢想吧。那麼各位喜愛彈吉他的理工科同學，有沒有想過利用手邊的吉他加上 Digilent 的板卡，就可以做出不遜色於專業選手的混音作品呢？本項目介紹下如何使用 Digilent Nexys Video 開發板的音訊編解碼器來製作一段混音。

準備與介紹

硬體準備：

• Nexys Video FPGA 開發板
• Micro USB線
• Nexys Video電源
• 耳機或揚聲器
• 音頻輸入設備（Aux-In，吉他等）

軟體準備：

本項目用的是Vivado 2015，用新版本將會有些步驟上的不同。

1. Looper有16個 “banks”，可以包含音訊數據。可將音軌記錄到這些 bank 中並同時播放它們。
2. 音訊透過 Line In 以 48 KHz 輸入連續採樣，並透過 Line out 輸出。
3. 按下錄音按鈕後，將啟動 7 段計時器，並將音頻數據記錄到一個 bank 中。
   
4. 如果再次按下錄製按鈕，將保存這段數據，並從頭到尾讀取音訊數據並混合輸入訊號。
   
5. 如果在錄製過程中按下停止按鈕，則數據將被空白訊號覆蓋，數據將被刪除。
   
6. 在播放 bank 時，使用者可透過按 BTNL 或 BTNR 選擇另一個 bank 來記錄其他音軌。如果用戶在已經播放的bank上按播放/錄製，它將覆蓋原bank上的音頻。
   
7. 按住任何特定 bank 上的停止按鈕1.5秒鐘可將其刪除。
   
8. OLED 顯示每個 bank 的狀態，以及您目前的 loop 的進展。
   
9. BTNU用於切換您正在使用的bank。SW0選擇您要編輯的bank。現在將其保留在“關閉”位置。下面按鈕的功能對應表。

將輸入插入​​ Nexys Video 上的 Line in 插孔。將揚聲器/耳機插入Line out插孔。接上Nexys Video的電源。

建立/編程/運行

• 在左側選單菜單的底部，點擊“產生位元流”。Vivado在自動產生位元流之前，將同時運行 Run Synthesis與 Run Implementation。

• 生成位元流文件後，點擊硬體管理器，然後連接到 Nexys Video 開發板。

• 運行

初始狀態：最初，OLED將如下圖所示。音頻數據應從輸入流到輸出。如果不是這種情況，請按CPU_RESET。另外，請確保SW0已關閉（關閉）。

切換庫 按 BTNR 可以向右移動一個 bank，或按 BTNL 可以向左移動一個 bank 。這顯示為螢幕上的第三行中方塊的地方。下方選擇了 Bank 2。

錄製到 Bank ：按播放/錄製按鈕（BTNC）開始錄製到您所在的Bank中。突出顯示的X將被替換為一個圓圈，如下所示。

保存 loop： 完成錄製後，再次按播放/錄製按鈕。圓圈將被替換為“播放”圖標，音頻將從頭到尾開始播放。第4行上的進度條將顯示loop進行到多遠，直到重新開始為止。

停止 loop： 按當前正在播放的庫上的停止按鈕，以停止該庫上的播放。“播放”圖標將變為正方形，表示已停止。如果沒有其他bank在播放，則looper將停止，並顯示進度條。

錄製到另一個儲存：再次按 BTNC 來恢復播放，然後按 BTNL 或 BTNR 切換到另一個未錄製的 bank，然後按播放/錄製按鈕開始錄製到新 bank。 完成後，再次按播放/錄製，將保存 bank。

取消錄音：如果在錄音過程中要取消錄音，可以按停止按鈕，這將刪除

刪除已記錄的儲存區：按住停止按鈕 1.5 秒鐘，以刪除相應 bank 上的數據。

使用“交換曲目”功能：錄製到多個 bank 之後，您可以使用 BTNU 在兩個播放狀態之間快速切換。首先，記錄一些曲目。將 SW0 翻轉到向上（打開）位置，以查看在另一條軌道上將播放哪些儲存庫。然後，您可以透過滾動 BTNL 和 BTNR 並使用 BTNC 和 BTND 播放或停止該 bank 來選擇要在其他軌道上播放的 bank。做出選擇後，將 SW0 切換回關閉位置，然後按 BTNU。將顯示一個交換圖標，讓您知道在 loop 結束時音軌將切換。在loop結束時，音軌編號將切換為“ 1”，並且將播放您之前所做的bank選擇。

重置 looper： 按下CPU_RESET按鈕可使設備返回其初始狀態。

連結 │ 基於Nexys Video的混音項目項目的DIY動手指南
程式碼下載 │  https://drive.google.com/file/d/1Z_uxIMWI6gNkTrEAG1G2pMT9NoPsdFHO/view?usp=sharing