基于DSP的音頻信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹亮

摘要：傳統(tǒng)的音頻信號(hào)處理系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足人們的實(shí)際需求，而數(shù)字化也是音頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。本文著重分析了基于DSP的音頻信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有一定參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]DSP音頻信號(hào)處理系統(tǒng)

1引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，許多場(chǎng)合所使用的音頻設(shè)備都由數(shù)字化音頻處理技術(shù)代替了模擬音頻技術(shù)，數(shù)字化音頻處理技術(shù)主要是通過(guò)數(shù)字濾波算法對(duì)所收集到的信號(hào)進(jìn)行處理與變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)必然會(huì)涉及許多復(fù)雜的數(shù)字運(yùn)算，而DSP數(shù)字運(yùn)算處理器的出現(xiàn)正好符合此要求，DSP芯片能夠快速實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換與處理計(jì)算任務(wù)。

2音頻信號(hào)處理系統(tǒng)發(fā)展分析

現(xiàn)如今音頻信號(hào)處理系統(tǒng)已經(jīng)不再僅僅局限于傳統(tǒng)模擬信號(hào)處理的范圍，而是在逐漸朝著數(shù)字化的趨勢(shì)進(jìn)行發(fā)展，DSP技術(shù)將能夠支持多聲道、密集型的音頻處理計(jì)算。尤其是最近幾年，DSP音頻處理技術(shù)發(fā)展尤為迅速，在此背景下誕生了一系列的音頻電子產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的模擬錄音技術(shù)主要是通過(guò)話筒將各種聲音收集起來(lái)，之后轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，再通過(guò)相應(yīng)的錄音設(shè)備將電壓信號(hào)記錄在相對(duì)應(yīng)的媒介之，上，再重新播放時(shí)再次將所記錄的信號(hào)重新轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，通過(guò)揚(yáng)聲器來(lái)播放所記錄的聲音。但是這種方式易于受到外界因素的影響與干擾，在每次重放時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一些變化，進(jìn)而對(duì)音質(zhì)造成嚴(yán)重的影響，雖然可以通過(guò)優(yōu)化元件及材料提高音質(zhì)，但是所需要的費(fèi)用較高，并且所提高音質(zhì)也是具有一定的限度。基于DSP的音頻處理系統(tǒng)能夠?qū)⒛M聲音信號(hào)進(jìn)行采樣、量化以及編碼處理，讓其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，之后再將其進(jìn)行加工、傳輸與記錄;再重放時(shí)將所記錄的數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)，進(jìn)而獲得更為優(yōu)秀的音質(zhì)。運(yùn)用數(shù)字音頻技術(shù)最主要的原因是計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得音頻系統(tǒng)處理時(shí)變得更加高效快捷。當(dāng)音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)，后續(xù)所有的處理操作實(shí)際上都可以被看作數(shù)字化的處理。在音頻信號(hào)處理系統(tǒng)中，DSP具有著非常多的優(yōu)勢(shì)，如設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、計(jì)算處理速度快、穩(wěn)定強(qiáng)、精度高等，同時(shí)還不易于收到外界環(huán)境因素的干擾。

3DSP技術(shù)及其發(fā)展研究分析

數(shù)字信號(hào)處理DSP是一門(mén)涉及到多學(xué)科的技術(shù)，它主要是通過(guò)利用計(jì)算機(jī)或者專業(yè)設(shè)備，對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集、加工、濾波及處理等操作，最終得到人們所需要的數(shù)字化信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理在計(jì)算過(guò)程中需要專業(yè)的設(shè)備和專用的集成電路，具有靈活、精準(zhǔn)、尺寸小以及抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，這些都是模擬信號(hào)處理無(wú)法代替的。

隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，所具有的功能將會(huì)變得越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)有許多二代智能家電開(kāi)始運(yùn)用DSP來(lái)進(jìn)行控制。系統(tǒng)集成DSP是潮流，小型化的DSP芯片始終是DSP技術(shù)發(fā)展的重要方向。現(xiàn)階段各個(gè)DSP廠家都開(kāi)始使用新工藝，改進(jìn)DSP芯片的內(nèi)部核心，并將其它幾個(gè)單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一起。其次為了滿足客戶對(duì)音頻處理系統(tǒng)的使用需求，DSP技術(shù)應(yīng)不斷追求更高的運(yùn)算速度與降低能耗，內(nèi)核所擁有的結(jié)構(gòu)也應(yīng)進(jìn)一步完善。雖然它已經(jīng)應(yīng)用到音頻處理系統(tǒng)之中，但是人們的要求也越來(lái)越高，所以它的必須提高DSP的運(yùn)行處理速度以及降低運(yùn)行工號(hào)。DSP的結(jié)構(gòu)主要是針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用，目前雖然DSP所擁有的功能越來(lái)越強(qiáng)大，但是銷(xiāo)售價(jià)格卻在逐年降低，DSP的接口也趨于標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，在音頻處理系統(tǒng)中應(yīng)用DSP技術(shù)將必然使其具有強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4基于DSP的音頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

隨著DSP技術(shù)的推廣與普及，數(shù)字信號(hào)音頻處理技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展，讓語(yǔ)音信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效處理提供了可能。只有DSP數(shù)字處理器的速度越快，性能越高，它完全可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的數(shù)字音頻信號(hào)。

4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

基于DSP的音頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要是以TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器為核心，連接TI公司的音頻編解碼器A一IC23，并外接儲(chǔ)存器、音量控制器以及電源芯片，這樣就可以形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)的收集、編解碼以及輸出等工作。它主要包括了DSP模塊，這也是整個(gè)系統(tǒng)的核心，DSP設(shè)計(jì)主要包含DSP芯片、程序加載方式以及控制信號(hào)方式，系統(tǒng)所使用的DSP芯片可以采用TI公司的TMSVC5416;其次是AD/DA轉(zhuǎn)換模塊，這個(gè)模塊可以使用TLV320AIC23，內(nèi)部具有集成化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同時(shí)可以采用多樣數(shù)字插補(bǔ)濾波的技術(shù)。最后為儲(chǔ)存模塊，可以使用SST公司的SST39VF400A。

4.2系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

基于DSP的音頻處理系統(tǒng)可以采用TI公司所推出的DSP編程開(kāi)發(fā)環(huán)境。其次DSP軟件部分需要用到串行口中斷以及定時(shí)器中斷的方式，同時(shí)在中斷向量表中說(shuō)明中斷發(fā)生時(shí)如何進(jìn)入到中斷程序。TLV320AIC23內(nèi)部具有十幾個(gè)可編程控制寄存器，之后可以通過(guò)不同方式的設(shè)置，對(duì)DSP芯片的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)通過(guò)麥克風(fēng)收集到相應(yīng)的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波處理后將由耳機(jī)輸出，再通過(guò)FIR數(shù)字濾波子程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，DSP對(duì)于音頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。因此相關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)積極加強(qiáng)對(duì)DSP技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，充分發(fā)揮出DSP的作用及優(yōu)勢(shì)，這樣才可以讓音頻處理系統(tǒng)運(yùn)行更加高效快捷。除此之外，還需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)重視硬件的選用以及軟件的實(shí)現(xiàn)，認(rèn)真學(xué)習(xí)各個(gè)硬件及軟件的優(yōu)劣勢(shì)，只有這樣才可以設(shè)計(jì)出更加高質(zhì)量的音頻產(chǎn)品。

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