DSP在音頻領(lǐng)域的應(yīng)用

1、DSP在音頻領(lǐng)域的應(yīng)用DSP在音頻領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理(DigitalSignalPressing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速開展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的開展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的日益推進(jìn)，DSP領(lǐng)域的科技成果越來越普遍的應(yīng)用于音頻領(lǐng)域并大大的推動(dòng)了音頻科技的進(jìn)步。一、DSP的優(yōu)勢數(shù)字化的音頻產(chǎn)品必將涉及將類比信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后加以傳輸?shù)膯栴}。而在這種轉(zhuǎn)換的過程中需要做大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此必

2、須選擇運(yùn)算快速的微處理器才能完成實(shí)時(shí)的字信號(hào)處理。而市面上的微處理有成百上千種，各有其特色及對應(yīng)的應(yīng)用場合，DSP以其特有的優(yōu)勢更合適音頻領(lǐng)域。DSP具有兩條內(nèi)部總線，一個(gè)是數(shù)據(jù)總線，一個(gè)是程序總線；而傳統(tǒng)的微處理器內(nèi)部只有一條總線供數(shù)據(jù)傳輸與程序執(zhí)行使用；從上面我們已經(jīng)看到difiedHarvard架構(gòu)在大量數(shù)學(xué)運(yùn)算方面有著強(qiáng)大的優(yōu)勢，在DSP內(nèi)部具有硬件乘法器，大量的存放器，目前最快的可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成32bit乘32bit的指令，而傳統(tǒng)的微處理器運(yùn)算系以微代碼來執(zhí)行，碰到乘法運(yùn)算指令時(shí)就得消耗掉好幾個(gè)指令周期，加上傳統(tǒng)的微處理器中的存放器較少，不得不經(jīng)常從外部儲(chǔ)存器傳輸數(shù)據(jù)來進(jìn)展運(yùn)算

3、，而DSP指令具備重新執(zhí)行功能，因此在數(shù)學(xué)運(yùn)算速度超越一般傳統(tǒng)的微處理器。歸納起來DSP具備有以下的特點(diǎn)：內(nèi)建乘法累加器；指令管線化；多總線與存儲(chǔ)空間；循環(huán)尋址與位重新尋址；零負(fù)荷循環(huán)運(yùn)算；晶片內(nèi)含存儲(chǔ)體與存儲(chǔ)體介面?？偟卣f來與通用微處理器相比，DSP微處理器芯片有以下優(yōu)缺點(diǎn)DSP優(yōu)點(diǎn)：對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部參與影響??；容易實(shí)現(xiàn)集成；VLSI；可以分時(shí)復(fù)用，共享處理器；方論文聯(lián)盟.Ll.便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波；可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級(jí)聯(lián)、易于存儲(chǔ)等；可用于頻率非常低的信號(hào)。DSP缺點(diǎn)：需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；

4、數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠。可以說其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過缺點(diǎn)。二、DSP在音頻領(lǐng)域的應(yīng)用DSP以其強(qiáng)大的運(yùn)算才能及優(yōu)良的性能價(jià)格比已經(jīng)成為大量的數(shù)字化音頻設(shè)備的核心構(gòu)件，在音頻信號(hào)處理上有很多的應(yīng)用，下面簡單介紹幾點(diǎn)。1.聲反應(yīng)控制。從模擬的移頻，到數(shù)字的陷波，如今的第三代數(shù)字聲反應(yīng)消除器，其優(yōu)勢主要在于高質(zhì)量的音頻信號(hào)的重放。而且采用自適應(yīng)處理的方式對現(xiàn)場擴(kuò)聲的聲反應(yīng)進(jìn)展有效的動(dòng)態(tài)濾出，外加最先進(jìn)的語音信號(hào)處理。主要應(yīng)用在需要做現(xiàn)場擴(kuò)聲的所有音頻系統(tǒng)中，高端的DSP音頻產(chǎn)品可以不斷消除系統(tǒng)中產(chǎn)生的聲反應(yīng)，獨(dú)有的專利技術(shù)可以連續(xù)高速的對整體數(shù)字信號(hào)進(jìn)展采樣，并同時(shí)還可以處理其他信號(hào)

5、，諸如更加高端的回聲消除和噪聲消除，而更為驚喜的是帶給現(xiàn)場音頻工程師的那么是無須調(diào)試的完全應(yīng)用。2.動(dòng)態(tài)處理。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)過早的自然滾降。因此，采用相當(dāng)強(qiáng)的平衡是非常流行的做法，特別是在低音區(qū)，以便補(bǔ)償這種聲音的不完善設(shè)置。最后，通常希望系統(tǒng)具有很高的最大音量。系統(tǒng)的有限的放大器功率、較重的低音平衡和高的系統(tǒng)總響度三者相結(jié)合，很快使放大器飽和并開場產(chǎn)生嚴(yán)重失真，這會(huì)給人們帶來不滿乃至厭煩的感受。以前試圖解決這個(gè)問題的幾種方法都使用了可以防止削波失真簡單的削波檢測器，但由此導(dǎo)致的人為雜音與削波

6、失真一樣的不佳效果。然而，使用DSP專業(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。3.進(jìn)步系統(tǒng)的明晰度和響度。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)音量進(jìn)步約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)的響度進(jìn)步到原來的兩倍。這樣就需要對現(xiàn)實(shí)世界影響聲音因素的調(diào)整，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，

7、也可以組合起來使用。自從數(shù)字化的音樂標(biāo)準(zhǔn)開場流行后，因數(shù)字信號(hào)處理所附帶的彈性因素，已在影消息號(hào)的儲(chǔ)存、傳送、播放上，產(chǎn)生了許多開放標(biāo)準(zhǔn)和專屬標(biāo)準(zhǔn)。對使用者而言，它們帶來的效果，除了更耐久更廉價(jià)的儲(chǔ)存媒介、更多元化的接收管道外，也包括更絢麗的視聽效果。但在終端獲得和原始影音信號(hào)源相當(dāng)?shù)挠耙粜Ч?，到目前為止都仍然是昂貴且不見得有效的。為了實(shí)現(xiàn)所謂的環(huán)場音效，目前已有諸如DlbySurrund、DlbyPrLgi、A-3、THX等各式開放標(biāo)準(zhǔn)，也有商品化的解碼晶片。但整個(gè)環(huán)節(jié)中最弱的一環(huán)，是在由揚(yáng)聲系統(tǒng)到人耳的這一段。這一段的傳遞函數(shù)因不同的聽音者，不同的聽音環(huán)境而隨機(jī)的改變，甚至差異極大。原始錄音工程師的心血，在這一段經(jīng)常被糟踐無遺。而且和傳統(tǒng)音響系統(tǒng)一樣，這個(gè)性能最不輕易把握的環(huán)節(jié)，往往也是投資昂貴的一個(gè)環(huán)節(jié)。針對這一環(huán)節(jié)，DSP提出的解決方案。是獨(dú)立于上述開放標(biāo)準(zhǔn)之外，來建立一個(gè)近似環(huán)場音效系統(tǒng)，在信號(hào)后期處理階段，那么以更人