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博客

数字音效DSP软件设计

已有 1173 次阅读2012-9-6 22:38

中心议题:

  *系统结构

  *数字音效软件设计

摘要:

本文介绍了车载影音多媒体系统的总体设计, 并重点说明了多媒体系统中用均衡器来调节音效的原理、算法以及在TI 公司的音频DSP TAS3103A 上实现的方法。采用了TI公司的48位DSPTAS3103A。该DSP可实现3声道,12波段的独立的信道均衡。

1、系统结构

  本文设计的是一个高品质车载影音多媒体系统。该方案采用了全数字16:9液晶显示屏,分辨率高达800×480。系统以双核SoC为主处理器,处理器内置图形加速部件具备独立显存,令影像播放效果更加流畅。系统可接入四路视频信号,分别为DVD、倒车后视摄像头、IPOD的视频和外接备用视频,通过AD转换器转换为ITU656标准视频信号,输入主处理器。

  在音频方面,不同于市面上其他产品,本系统的CD碟机与SD卡媒体播放音频采用全数字I2S格式输出,音源全数字域切换,并直接进入专业的数字音频信号处理器(DSP)中,进行全数字音频均衡、高低音调节,并可以实现3D声场效果。

该功能完全不同于普通车载音响采用的模拟滤波器音频均衡方式,令音质更加完美。音频数模转换部分采用业内公认的高品质24bitDAC转换器,DAC内置过采样高阶数字低通滤波器。DAC输出后的模拟有源滤波器采用4阶巴特沃斯型。有源滤波采用发烧级运放NE5532,模拟音频部分采用LDO单独供电,使得音质更完美。具体结构如图1所示。

2 、数字音效软件设计

体系统采用均衡器EQ(Equalizer)调节音效。均衡器可以分别调节各种频率成分电信号放大量,从而补偿扬声器和声场的缺陷,具有补偿、修饰各种声源及其他一些特殊作用,即音效。一般的多媒体系统都支持几种预置的音效,如正常、摇滚、爵士、民歌、布鲁斯、古典、重金属等,也可以由用户自己调节几个主要频段的增益。

2.1、算法简介
声音效果的重要工具均衡器把若干滤波器组合在一起, 各自带有中心频率、Q、提升或衰减量的控制,如图2 所示。

双线性传递函数定义如下:

以上传递函数定义了6 个参数, 也可以消去公倍数, 将参数转换为5 个,即:

或者:

由传递函数式(2) 可得:


定义如下均衡器参数:Fs为采样频率、f0为中心频率、dBgain 为增益, 以分贝为单位、Q 为品质因数( 中心频率f0和带宽B 之比,Q 值越大, 表明滤波器频率分辨力越高)。

然后计算一些中间变量:

最后推出参数:

2.2、DSP简介

  TAS3103支持3D和环绕立体声的算法,可实现软件音量控制,低音和重音控制功能,以及每一信道多达12波段的独立的信道均衡。3个通道中各有12个双线性滤波器,可以实现12个波段的增益调节。双线性滤波器的结构如图3所示。

双线性滤波器传递函数为:


2.3、DSP软件实现

  本系统音效调节有两种方式,音效调节界面如图4所示:

  (1)选择预置音效模式:包括NOMAL(一般)、POP(流行)、CLASSIC(经典)、JAZZ(爵士)、ROCK(摇滚)共5种模式。

  (2)用户自定义模式:手动设定各个频点的增益,本DSP可支持多至12个频点的增益设置,为产品升级预留空间,本界面实现了5个频点,但具体实现方法和流程是完全相同的。


 

调节的流程如图5 所示。


当用户选择预置的音效模式( 一般、流行、经典、爵士、摇滚)时, 将预置的参数设定入存储器。在自定义模式下, 实现音效调节需要进行增益读取、系数计算、参数转换和参数设置几个步骤。

2.3.1、增益读取

  增益限定为-12dB~12dB,由于是图形化界面调节,为使用方便,参数取整数。单击“+”,增益值加1;单击“-”,增益值减1。将增益通过驱动DeviceIoControl()函数传递给DSPTAS3103A。
2.3.2、系数计算

  系数计算要用到采样频率、中心频率、增益、品质因数几个参数。

  (1)增益:由于用户设定的各频点增益单位是dB,因此先要换算为倍数。

  (2)采样频率:由音源的采样频率确定,本系统中TAS3103A的输入端为DVD光驱,其采样频率为44.1kHz。

  (3)中心频率:根据人耳的特性,5个中心频点分别为:50Hz、200Hz、1kHz、3kHz、14kHz。

  (4)品质因数:按照业内通行算法,取值为1。

  系数计算流程如图6所示。


2.3.3、参数转换

  32位寄存器中有效位数为28位,格式为5.23形式,5位是整数部分(最高位为符号位),23位是小数部分,具体示意如图7所示。

将系统数转换为5.23 参数的格式的具体流程如图8所示。

图8 系数转换为5.23 格式的流程图

2.3.4、参数设置

  参数设置通过I2C总线对TAS3103A进行读写操作来实现。

3、应用效果

  选用预定模式中爵士音效,实现从2kHz开始,高音shelf滤波,使得JAZZ模式乐器和声音效果更加饱满,如图9、图10所示

 

 

文章来源:http://www.originic.hk/Item/Show.asp?m=1&d=1175


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