基于DSP的音频处理器

基于DSP的音频处理器内容摘要：

1、基于 音频处理器这个应用例子，我们将了解个人计算机主机内部音频效果处理器的发展。 尽管我们选用的的应用很简单，它却是研究大量 统应用设计与实现的重要手段。 就本例的应用开发平台而言，我们选择 ，因为它不仅集合了前面几个章节中讨论的内容，而且提供了本例音频效果处理器的理想模型。 含了必需的质立体音频编/解码器，一个快速的 理器以及一个 面，通过这个接口，可以实时控制音频效果。 基本配置下图所示。 （1）硬件平台设计， （2）应用算法设计，即音频处理计算法， （3）主机软件设计。 正如上面所提，硬件平台是。 这是一个明智的选择，因为它包含了系统应用所需的主要系统部件，并且，费提供这一模板的设计。 因而这将成为开 2、发特定系统平台的良好开端。 此处介绍的音频效果处理器能有效使用时间延续以及可调性时间延续功能来达到简单的样本混响，截边以及和声效果。 输出调制器的应用使得输出幅度平坦。 所有这些效果都是由主机软件界面来控制的。 主机软件通过 线进行通信，并控制实时 法。 主机软件也也能在开始阶段对 行初始化，下载必要的音频处理算法，因而并不需要 被初始化后，它就可以自主运行，几乎不许要对主机输入。 作为主机软件的一部分，效果控制界面提供对对效果算法的异步控制。 这使得调制深度，调制速率，延时长度可以实时变化，而不必停止或中断原算法。 在下面的章节中，我们将从硬件平台着手，依次研究设计的各个部分。 图 10示了该应用的总结，不同 3、软件的组成部分和接口。 6发平台在第 节中有详细叙述。 该平台使用的编/解码器接口在第 节中有详细介绍。 有关直接存储器存取传输，主机端口和高速串行端口部分在第 4 章中也有介绍。 因而，我们没有必要再在本章中赘述这部分内容。 图 10整描绘了 ，包括 ，存储器部分，主机端口接口和 线。 上的 口具有即插即用的功能，并且能支持高速数据传输的主副模式：即 线通信初始化可由目标或主机方来驱动。 即插即用特性管理着寻找地址以及中断分配的各个方面，从而保证不会出现资源冲突的情况。 在计算机启动阶段，具有 口的器件能自动由计算机的 配置。 这意味着插入 线的一块 将具有动态分配的个人计算机记忆存储地址和中断线。 从编程者 4、的角度来看，为了简便起见，供了软件驱动器来支持。 驱动程序是用来查询 的 制器，并获得该板相关的存储地址和中断分配信息。 这是非常有用的，以为它使得用户只需插卡和启动计算机。 驱动器自动处理用户软件与 件实体间的接口问题，并考虑分配中断与存储器配置。 标准 线能够以 132 数据速率进行突发的通信。 同样，在主动模式下，每块独立的 能够在很短的时间内完全控制总线，从而完全达到突发的传输速率。 这就意味着个人计算机和 双方都不会落后。 当然，也可以在典型系统中使用多个外部 件，所有器件以时分复用方式工作。 所以，连续的传输率将低于 132了使任何系统中的传输速率最大化，最好使用突发模式传输，而不是重复单个字的 5、传输。 因为这样可以减少总线请求和请求允许的总耗费。 基于工业标准的应用的专用集成电路，6现了一个标准的用标准 件的一个优势是所有的数据传输都是由该器件自行管理的，从而保证了 件本身不需要处理时间的消耗。 及与 0示：供的 许以下三种方式与 信。 第一种方法是使用一组先进先出列队和邮箱寄存器，每一方可以通过这些来传输数据。 当主机方填满了邮箱，将会相应产生一个中断信号，从而引发中断服务线 收集邮箱数据。 同样如果 填满了回复邮箱，并在主机方产生一中断信号，就触发了主机数据收集的中断程序。 第二种通信方式是应用 口。 这一接口可对 所有运算进行检测和实时控制。 一般而言，这个接口多为软件和硬件调试所使用。 使用 6、 面。 特殊应用集成电路的第三种界面是 个接口允许异步导入 的任意内存或外存空间。 用 访问 可寻址可存储空间。 由于 用 传输数据，所以当数据在传输过程中，它对核心的实时处理能力的影响很小或几乎没有。 最佳的用于音频效果处理的接口，并且它将从主机软件控制面板的控制信息传送到 法中去。 传输中使用小恩迪安数据格式，即首先传输的半个字的最低位的字组。 也就是说，数据必须使用低字/高字的传输次序来传送。 这本身与 线和个人计算机相兼容。 口以及支持的软件允许以字节，字，双字的方式访问 任何可寻址存储器空间。 自动增量功能也支持顺序数据传输。 这样可以快速传输一大块数据，而不需要在单个字的传输上表明目的地址。 这种顺序 7、地址传输模式使得 线真正以群发模式工作。 同时，它的数据传输速率接近 线的最大数据传输速率。 我们已经说过，传输速率不可能达到全速132MB/s 数据速率。 上的立体声 产的标准 16 位多媒体器件。 其音频数据传输中使用串行接口，在接口控制部分采用 8 比特并行总线。 制寄存器影射至 存储空间，因而它的配制比较简单。 同样，由于这些寄存器映射到 存储空间，通过 主机断口，可以在主机上显示出来。 这种 ，缓冲的串行端口 及 输的工作方式在第 节中已有详述。 件标准的音频框架音频效果应用使用标准软件框架，它能使 始化，获得并处理音频样本。 该框架作为 一个软件范例， 在 文件 有详细说明。 由于这里仅作简 8、单介绍，建议感兴趣的读者参考该文件，以便更深入了解音频软件的框架。 该软件框架广泛使用 务管理软件，这部分在第 2 章中有过介绍。 音频处理的软件框架实际上是个能被成功编译和直接执行的核心的应用。 该框架将音频样本收集到一个叫做 样本缓冲器中。 当 已经收集了 128 个样本时，一个叫做 .)的用户程序被执行。 就如上文所说的那样，不做任何变动，用户程序 .)简单地将 的样本复制到输出样本缓冲器 ，从而获得一个简单的 用。 这个框架继续使用这种方式工作直到 止或重新启动。 为了使用音频软件的框架，用户必须将所需的样本处理任务置于 .)函数中，取代从 拷贝任务。 用户样本处理任务必须从 冲区提取音频样本，对 9、其进行处理并将处理好的样本置于 冲器中，准备传回当然，在下一列数据到达之前，用户启动程序必须结束对 128 个样本全部进行处理。 顺便提下，缺省的采样速率为 48数据格式为 16 比特立体声。 图 10音频框架编码的基本运算有详细说明。 由于音频软件框架是一个 用装置，比较容易启动。 所有的数据换冲器（即管道）和软件/硬件中断都由图 10示 置工具使用完成。 该培植工具是个简单易用的图形用户界面（，能辅助用户，将实时应用中可能产生的各种事件连接到某个软件程序，这个程序负责对各个具体事件的处理。 在本应用装置中，事件管理器完成数据在 行端口， 缓冲器之间的传输。 这种硬件中断是在 备好接受新数据时触发的。 10、其他的事件管理器是由诸如 冲器满而 冲器空这些相关软件来触发的。 我们所指的事件，是能够触发并请求中断服务程序（即一个事件管理器）的硬件和软件中断。 图 10用 发一个 频应用软件时的屏幕快照。 其中，数据存储器视图能够在程序运行中调整不同音频效果的控制参数。 可以在屏幕中的 看到效果处理函数的 C 语言程序。 件音频效果算法图 10括地给出了应用中使用的效果处理法。 这种算法是在第 8 章提出的思想上发展起来的，主要用于基本边缘提取，和声，混响和立体声扫描调制效果。 在这里我们可以考虑其他软件方法的实现。 关于音频效果算法（1）自动音场转移（动音场转移效果是用 件实现的最简单的音效之一。 基本上，一个音场转移 11、控制器将一个单声道信号置于左右喇叭之间的某处。 自动音场转移做的是完全一样的事情，但位置却反复地在一对立体声喇叭之间变化。 音场转移是用基于软件的低频信号发生器控制的，它驱动一个增益控制模块的输入，见图 3单的自动音场转移效果软件形式的增益控制模块很简单，只需要讲进来的音频样值盒当前的增益系数相乘就可以了。 增益系数是由信号发生器产生的。 信号发生器也相当简单。 如果用的是查找表法，需要用两个独立的指针，一个用来控制左声道，另一个用来控制右声道。 如果要音频信号的电平在收听范围内保持恒定但同时也要使用面板效果，则信号发生器的波形必须基于一条对数曲线。 或者，可以选择简单的正弦波形或斜升波形来产生切换效果，但 12、是信号的电平要被调制。 如果音场转移控制信号是基于低频正弦波的，那么左右两个声道的激励在查找表中必须要有 90 度的间隔。 这样可以保证能平滑地往返扫过喇叭而音频信号不会同时消失。 如果要求接收地信号幅度保持恒定，则对数形式的音场转移波形必须保证中间位置同时处在左右两个声道的，见图 3示图 3证接收幅度恒定的面板波形图 3图表说明了用以驱动左右两个声道的波形。 显然两个声道可以使用相同的查找表，但是查找表中的指引位置是不同的，而且总是朝相反的方向移动。 只要查找表的精度是够高，由面板位置调制造成的拉链噪声就听不到。 通常长为 128 个采样点的查找表就足够了。 在光盘盒 可以找到在 上可执行的自动面板程序以 13、及基于 版本。 （2）人工混响通常，在录音棚内录制的作品缺少空间感，这是由于大多数录音棚的声学结构都是被设计成无反射的。 这么做是故意的，因为我们可以在录音完成之后在通过电子手段人为地加上声学特性，这使得录音工程师对最后录制完成地素材有更好地控制。 使用人工混响处理器，录音地环境可以模拟小房间、大厅和教堂等等。 原先模拟混响的做法是在隔音室内悬挂大面积的金属板，上面再装上传感器。 音频信号进入输入传感器，同时在金属板间产生激荡。 金属板的其他地方安装了一组接受传感器，用以接收反射信号。 还有一种叫做“延迟线”的方法，就是改为悬挂弹簧片。 虽然这种物理方法能取得混响效果，但是听起来不自然，而且录音工程师很难对混响的特性进行控制。 现在的方法都使用 DS。