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摘要：從激光唱盤(pán)（CD）到超級(jí)音頻CD(SACD)、DVD音頻唱盤(pán)和MP3多媒體播放器，數(shù)字形式的音頻技術(shù)越來(lái)越流行，音頻處理已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。本文重點(diǎn)探討DSP的音頻處理。
現(xiàn)在大多數(shù)音頻處理仍然在模擬領(lǐng)域進(jìn)行，因?yàn)樵缙诘臄?shù)字處理解決方案--基于通用的DSP和外部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）使得在硬件和軟件編程上的額外費(fèi)用明顯增加。因此實(shí)現(xiàn)這樣的解決方案很困難、耗時(shí)而且成本又很高�，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了在一片集成電路上集成了一個(gè)音頻專(zhuān)用DSP和高性能音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的解決方案。可以提供專(zhuān)業(yè)品質(zhì)的數(shù)字聲音處理，具有112dB信噪比(SNR)、完全圖形用戶界面開(kāi)發(fā)和編程工具以及較好的性?xún)r(jià)比，允許傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)采用數(shù)字技術(shù)而具有上乘的聲音品質(zhì)。AD1954SigmaDSP就是一個(gè)實(shí)例，它帶有內(nèi)置DSP功能的一個(gè)完整的26-bit、單片、3個(gè)聲道的數(shù)字音頻播放系統(tǒng)。其主要特性包括：3個(gè)數(shù)字音頻聲道；一個(gè)7頻段48-bit的立體聲均衡器；用于擴(kuò)音器位置調(diào)節(jié)的延時(shí)器；Phat Stereo空間增強(qiáng)模塊；一個(gè)雙頻段結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)品質(zhì)的動(dòng)態(tài)處理器。
一、音頻專(zhuān)用DSP內(nèi)核
針對(duì)音頻處理要求進(jìn)行優(yōu)化后的一種DSP內(nèi)核。這種用戶配置DSP內(nèi)核比通用DSP內(nèi)核具很明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗芴峁┖芏嗵攸c(diǎn)，例如用于雙精度濾波器計(jì)算的硬件加速器和動(dòng)態(tài)處理。這些特點(diǎn)能夠顯著減少對(duì)給定音頻算法所需要的指令周期數(shù)。這個(gè)DSP內(nèi)核基于一個(gè)帶雙48-bit累加器的26x22乘法累加引擎。當(dāng)輸入字長(zhǎng)是24bit時(shí)，該內(nèi)核的內(nèi)部分辨率按照3.23格式（3bit指數(shù)和23bit尾數(shù)）是26bit。許多音頻算法要求+12dB增益，額外2bit提供高達(dá)+12dB的增益，從而確保大多數(shù)應(yīng)用中不需要增加增益。
所有濾波器都是利用專(zhuān)用硬件加速器以48-bit雙精度分辨率進(jìn)行計(jì)算。雙精度操作確保低頻的無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器可以正確工作，避免有限周期問(wèn)題的困擾，否則會(huì)產(chǎn)生人為雜音。
二、圖形用戶界面
不管是有經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字電路工程師，還是熟悉自己的音頻系統(tǒng)但不想陷入到對(duì)"bit和byte"進(jìn)行低級(jí)DSP編程中去的模擬電路工程師，圖形用戶界面(GUI)都能使他們很容易將DSP加入到系統(tǒng)中。這種工具不僅可以進(jìn)行直觀的操作，而且可以實(shí)時(shí)地控制整個(gè)信號(hào)流程。
它用圖形示出信號(hào)流程，因此使用起來(lái)確實(shí)很直觀。設(shè)計(jì)工程師對(duì)信號(hào)鏈中的每一個(gè)參數(shù)，包括濾波器系數(shù)、音量設(shè)置和動(dòng)態(tài)處理函數(shù)，都可以直接訪問(wèn)和實(shí)時(shí)修改。這種GUI可通過(guò)PC機(jī)的打印機(jī)口連接到評(píng)估板。通過(guò)這種方式，任何參數(shù)的改變都可通過(guò)SPI串口發(fā)出，并且立即生效。
三、根據(jù)需要設(shè)計(jì)用戶配置程序
就算使用內(nèi)部程序最簡(jiǎn)單并且最節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，但設(shè)計(jì)工程師可能仍希望根據(jù)其系統(tǒng)的需要用戶配置專(zhuān)門(mén)的信號(hào)流程。圖形編譯器是一個(gè)完全圖形程序開(kāi)發(fā)工具。圖形輸入工具允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師畫(huà)出用戶配置的信號(hào)流程并且當(dāng)按下按鈕后就將其編譯成DSP程序。無(wú)需逐行代碼開(kāi)發(fā)，從而使得這種工作流程對(duì)模擬電路工程師特別友好。
該DSP是用作3聲道音箱的處理引擎。處理過(guò)程包括：總均衡模塊、3聲道分頻模塊、單驅(qū)動(dòng)器均衡模塊、各個(gè)單驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)范圍控制模塊,用于驅(qū)動(dòng)器位置調(diào)節(jié)（相位校正）的延時(shí)模塊，以及具有112dBSNR的DAC。
四、專(zhuān)業(yè)品質(zhì)動(dòng)態(tài)處理的重要性
中小規(guī)模音頻系統(tǒng)常常受其放大器和揚(yáng)聲器的功率限制。另外，由于音箱的尺寸小，低頻揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)經(jīng)常在較低頻率上有一個(gè)過(guò)早的自然滾降。因此，采用相當(dāng)強(qiáng)的均衡是非常流行的做法，特別是在低音區(qū)(低音提升電路)，以便補(bǔ)償這種聲音的不完善設(shè)置。最后，通常希望（如果不是要求）系統(tǒng)具有很高的最大音量。
系統(tǒng)的有限的放大器功率、較重的低音均衡和高的系統(tǒng)總響度三者相結(jié)合，很快使放大器飽和并開(kāi)始產(chǎn)生嚴(yán)重失真，這會(huì)給人們帶來(lái)不滿乃至厭煩的感受。以前試圖解決這個(gè)問(wèn)題的幾種方法都使用了可以避免削波失真簡(jiǎn)單的削波檢測(cè)器，但由此導(dǎo)致的人為雜音與削波失真一樣的不佳效果。然而，使用AD1954SigmaDSP專(zhuān)業(yè)品質(zhì)、雙頻段動(dòng)態(tài)處理器可以控制該系統(tǒng)的限制而不產(chǎn)生人為雜音。
五、提高系統(tǒng)的清晰度和響度
一個(gè)是沒(méi)有任何動(dòng)態(tài)處理的傳輸函數(shù)，另一個(gè)是帶轉(zhuǎn)折點(diǎn)可調(diào)的壓縮器與限幅器功能的傳輸函數(shù)。由于使用動(dòng)態(tài)處理，可以在高音量區(qū)無(wú)失真地處理自然削波電平。這實(shí)際上允許用戶把系統(tǒng)音量提高約10dB。音量增加10dB表示聲壓級(jí)增加了一倍，從而用戶可以將系統(tǒng)的響度提高到原來(lái)的兩倍。這樣就需要對(duì)現(xiàn)實(shí)世界影響聲音因素的調(diào)整，帶用戶配置DSP動(dòng)態(tài)處理器的傳遞函數(shù)可任意調(diào)整，它可以將幾種動(dòng)態(tài)處理功能組合為一條功能曲線。它有四種典型功能，包括：壓縮、限幅、擴(kuò)展和噪聲門(mén)限。由于這種傳遞函數(shù)完全可編程，所以這些功能非常容易實(shí)現(xiàn)，即可單獨(dú)使用，也可以組合起來(lái)使用。
六、結(jié)束語(yǔ)
音頻專(zhuān)用DSP技術(shù)的引入將音頻系統(tǒng)的嵌入式設(shè)計(jì)帶入了一個(gè)新紀(jì)元。數(shù)字領(lǐng)域的處理性能、變換技術(shù)和復(fù)雜算法都以圖形形式出現(xiàn)，使其應(yīng)用更為方便和經(jīng)濟(jì)。這種DSP技術(shù)使設(shè)計(jì)工程師快速開(kāi)發(fā)或把他們的系統(tǒng)移植到數(shù)字領(lǐng)域，因此可以充分發(fā)揮數(shù)字媒體的高品質(zhì)。世界電子元器件
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