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數(shù)字音效DSP軟件設(shè)計

已有 2750 次閱讀2012-9-6 22:38

中心議題：

　　*系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　*數(shù)字音效軟件設(shè)計

摘要：

本文介紹了車載影音多媒體系統(tǒng)的總體設(shè)計，并重點(diǎn)說明了多媒體系統(tǒng)中用均衡器來調(diào)節(jié)音效的原理、算法以及在TI 公司的音頻DSP TAS3103A 上實(shí)現(xiàn)的方法。采用了TI公司的48位DSPTAS3103A。該DSP可實(shí)現(xiàn)3聲道，12波段的獨(dú)立的信道均衡。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本文設(shè)計的是一個高品質(zhì)車載影音多媒體系統(tǒng)。該方案采用了全數(shù)字16:9液晶顯示屏，分辨率高達(dá)800×480。系統(tǒng)以雙核SoC為主處理器，處理器內(nèi)置圖形加速部件具備獨(dú)立顯存，令影像播放效果更加流暢。系統(tǒng)可接入四路視頻信號，分別為DVD、倒車后視攝像頭、IPOD的視頻和外接備用視頻，通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為ITU656標(biāo)準(zhǔn)視頻信號，輸入主處理器。

　　在音頻方面，不同于市面上其他產(chǎn)品，本系統(tǒng)的CD碟機(jī)與SD卡媒體播放音頻采用全數(shù)字I2S格式輸出，音源全數(shù)字域切換，并直接進(jìn)入專業(yè)的數(shù)字音頻信號處理器（DSP）中，進(jìn)行全數(shù)字音頻均衡、高低音調(diào)節(jié)，并可以實(shí)現(xiàn)3D聲場效果。

該功能完全不同于普通車載音響采用的模擬濾波器音頻均衡方式，令音質(zhì)更加完美。音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換部分采用業(yè)內(nèi)公認(rèn)的高品質(zhì)24bitDAC轉(zhuǎn)換器，DAC內(nèi)置過采樣高階數(shù)字低通濾波器。DAC輸出后的模擬有源濾波器采用4階巴特沃斯型。有源濾波采用發(fā)燒級運(yùn)放NE5532，模擬音頻部分采用LDO單獨(dú)供電，使得音質(zhì)更完美。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 、數(shù)字音效軟件設(shè)計

體系統(tǒng)采用均衡器EQ（Equalizer）調(diào)節(jié)音效。均衡器可以分別調(diào)節(jié)各種頻率成分電信號放大量，從而補(bǔ)償揚(yáng)聲器和聲場的缺陷，具有補(bǔ)償、修飾各種聲源及其他一些特殊作用，即音效。一般的多媒體系統(tǒng)都支持幾種預(yù)置的音效，如正常、搖滾、爵士、民歌、布魯斯、古典、重金屬等，也可以由用戶自己調(diào)節(jié)幾個主要頻段的增益。

2.1、算法簡介
聲音效果的重要工具均衡器把若干濾波器組合在一起，各自帶有中心頻率、Q、提升或衰減量的控制，如圖2 所示。

雙線性傳遞函數(shù)定義如下：

以上傳遞函數(shù)定義了6 個參數(shù)，也可以消去公倍數(shù)，將參數(shù)轉(zhuǎn)換為5 個，即：

或者:

由傳遞函數(shù)式（2）可得:

定義如下均衡器參數(shù)：Fs為采樣頻率、f0為中心頻率、dBgain 為增益，以分貝為單位、Q 為品質(zhì)因數(shù)（中心頻率f0和帶寬B 之比，Q 值越大，表明濾波器頻率分辨力越高）。

然后計算一些中間變量：

最后推出參數(shù)：

2.2、DSP簡介

　　TAS3103支持3D和環(huán)繞立體聲的算法，可實(shí)現(xiàn)軟件音量控制，低音和重音控制功能，以及每一信道多達(dá)12波段的獨(dú)立的信道均衡。3個通道中各有12個雙線性濾波器，可以實(shí)現(xiàn)12個波段的增益調(diào)節(jié)。雙線性濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

雙線性濾波器傳遞函數(shù)為：

2.3、DSP軟件實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)音效調(diào)節(jié)有兩種方式，音效調(diào)節(jié)界面如圖4所示：

　�。�1）選擇預(yù)置音效模式：包括NOMAL（一般）、POP（流行）、CLASSIC（經(jīng)典）、JAZZ（爵士）、ROCK（搖滾）共5種模式。

　　（2）用戶自定義模式：手動設(shè)定各個頻點(diǎn)的增益，本DSP可支持多至12個頻點(diǎn)的增益設(shè)置，為產(chǎn)品升級預(yù)留空間，本界面實(shí)現(xiàn)了5個頻點(diǎn)，但具體實(shí)現(xiàn)方法和流程是完全相同的。

調(diào)節(jié)的流程如圖5 所示。

當(dāng)用戶選擇預(yù)置的音效模式（一般、流行、經(jīng)典、爵士、搖滾）時，將預(yù)置的參數(shù)設(shè)定入存儲器。在自定義模式下，實(shí)現(xiàn)音效調(diào)節(jié)需要進(jìn)行增益讀取、系數(shù)計算、參數(shù)轉(zhuǎn)換和參數(shù)設(shè)置幾個步驟。

2.3.1、增益讀取

　　增益限定為-12dB~12dB，由于是圖形化界面調(diào)節(jié)，為使用方便，參數(shù)取整數(shù)。單擊“+”，增益值加1;單擊“-”，增益值減1。將增益通過驅(qū)動DeviceIoControl（）函數(shù)傳遞給DSPTAS3103A。
2.3.2、系數(shù)計算

　　系數(shù)計算要用到采樣頻率、中心頻率、增益、品質(zhì)因數(shù)幾個參數(shù)。

　�。�1）增益：由于用戶設(shè)定的各頻點(diǎn)增益單位是dB，因此先要換算為倍數(shù)。

　�。�2）采樣頻率：由音源的采樣頻率確定，本系統(tǒng)中TAS3103A的輸入端為DVD光驅(qū)，其采樣頻率為44.1kHz。

　�。�3）中心頻率：根據(jù)人耳的特性，5個中心頻點(diǎn)分別為：50Hz、200Hz、1kHz、3kHz、14kHz。

　　（4）品質(zhì)因數(shù)：按照業(yè)內(nèi)通行算法，取值為1。

　　系數(shù)計算流程如圖6所示。