面向水声感知系统的FPGA上实时CARFAC耳蜗模型加速
音频与语音处理
2025-08-12 v1 声音
摘要
本文提出了一种实时、高能效的嵌入式系统，该系统实现了一个级联非对称谐振器快速压缩（CARFAC）耳蜗模型阵列，用于水下声音分析。该系统基于 AMD Kria KV260 系统级模块（SoM）构建，在处理器上集成了一个基于 Rust 的软件框架，用于实时接口和与多个水听器输入的同步，并在现场可编程门阵列（FPGA）上实现了 CARFAC 模型的硬件加速，用于实时声音预处理。与先前的工作相比，CARFAC 加速器通过优化的时分复用、流水线设计以及消除高成本的除法电路，提高了可扩展性和处理速度，同时降低了资源使用。实验结果表明，单个 64 通道 CARFAC 实例的硬件利用率为 13.5%，在处理 256 kHz 输入信号时，整板功耗为 3.11 W。
引用
@article{arxiv.2508.07523,
title = {Real-time CARFAC Cochlea Model Acceleration on FPGA for Underwater Acoustic Sensing Systems},
author = {Bram Bremer and Matthew Bigelow and Stuart Anstee and Gregory Cohen and Andre van Schaik and Ying Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.07523},
year = {2025}
}
备注
5 pages, 6 figures