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数字音效DSP软件设计
*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
