摘 要： 詳細(xì)介紹了數(shù)字音效調(diào)節(jié)算法及其在TAS3103A上的軟件實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用了TI公司的48位DSP TAS3103A,。該DSP可實(shí)現(xiàn)3聲道,，12波段的獨(dú)立的信道均衡。
關(guān)鍵詞：多媒體系統(tǒng); DSP處理器; 均衡器
隨著中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大,，消費(fèi)者購(gòu)車(chē)的需求已經(jīng)悄然發(fā)生變化,，車(chē)輛的舒適性、便捷性,、娛樂(lè)設(shè)備配置逐漸成為選車(chē)的新標(biāo)準(zhǔn)。車(chē)載多媒體系統(tǒng)最初只裝備在個(gè)別高端車(chē)型上,，隨著汽車(chē)市場(chǎng)的不斷發(fā)展和各品牌車(chē)型的更新?lián)Q代,，這套系統(tǒng)已經(jīng)逐步成為一般車(chē)型的常用裝備。多媒體系統(tǒng)為車(chē)主提供了諸多方便,，使駕車(chē)出行變得輕松,。車(chē)主可以使用廣泛的信息和娛樂(lè)系統(tǒng)，例如收音機(jī),、CD播放器,、TV、導(dǎo)航系統(tǒng)和車(chē)載電話等,。消費(fèi)者對(duì)車(chē)載多媒體系統(tǒng)的聲音質(zhì)量要求越來(lái)越高,高水平的音效成為車(chē)載多媒體電子產(chǎn)品的重要賣(mài)點(diǎn),。設(shè)計(jì)師們通過(guò)專(zhuān)業(yè)的數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的音效處理，提升系統(tǒng)的音質(zhì),。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)高品質(zhì)車(chē)載影音多媒體系統(tǒng),。該方案采用了全數(shù)字16:9液晶顯示屏，分辨率高達(dá)800×480。
系統(tǒng)以雙核SoC為主處理器,，處理器內(nèi)置圖形加速部件具備獨(dú)立顯存,，令影像播放效果更加流暢。系統(tǒng)可接入四路視頻信號(hào),，分別為DVD,、倒車(chē)后視攝像頭、IPOD的視頻和外接備用視頻,通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為ITU656標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào),，輸入主處理器,。
在音頻方面，不同于市面上其他產(chǎn)品,，本系統(tǒng)的CD碟機(jī)與SD卡媒體播放音頻采用全數(shù)字I2S格式輸出,，音源全數(shù)字域切換，并直接進(jìn)入專(zhuān)業(yè)的數(shù)字音頻信號(hào)處理器（DSP）中,，進(jìn)行全數(shù)字音頻均衡,、高低音調(diào)節(jié)，并可以實(shí)現(xiàn)3D聲場(chǎng)效果,。該功能完全不同于普通車(chē)載音響采用的模擬濾波器音頻均衡方式,，令音質(zhì)更加完美。音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換部分采用業(yè)內(nèi)公認(rèn)的高品質(zhì)24 bit DAC轉(zhuǎn)換器,，DAC內(nèi)置過(guò)采樣高階數(shù)字低通濾波器,。DAC輸出后的模擬有源濾波器采用4階巴特沃斯型。有源濾波采用發(fā)燒級(jí)運(yùn)放NE5532,，模擬音頻部分采用LDO單獨(dú)供電,，使得音質(zhì)更完美。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
2 數(shù)字音效軟件設(shè)計(jì)
多媒體系統(tǒng)采用均衡器EQ(Equalizer)調(diào)節(jié)音效,。均衡器可以分別調(diào)節(jié)各種頻率成分電信號(hào)放大量，從而補(bǔ)償揚(yáng)聲器和聲場(chǎng)的缺陷,，具有補(bǔ)償,、修飾各種聲源及其他一些特殊作用，即音效,。一般的多媒體系統(tǒng)都支持幾種預(yù)置的音效,，如正常、搖滾,、爵士,、民歌、布魯斯,、古典,、重金屬等,也可以由用戶(hù)自己調(diào)節(jié)幾個(gè)主要頻段的增益,。
2.1 算法簡(jiǎn)介
調(diào)節(jié)聲音效果的重要工具均衡器把若干濾波器組合在一起，各自帶有中心頻率,、Q,、提升或衰減量的控制,如圖2所示。
當(dāng)用戶(hù)選擇預(yù)置的音效模式(一般,、流行,、經(jīng)典、爵士,、搖滾)時(shí),，將預(yù)置的參數(shù)設(shè)定入存儲(chǔ)器。
在自定義模式下,，實(shí)現(xiàn)音效調(diào)節(jié)需要進(jìn)行增益讀取,、系數(shù)計(jì)算、參數(shù)轉(zhuǎn)換和參數(shù)設(shè)置幾個(gè)步驟,。
2.3.1 增益讀取
增益限定為-12 dB~12 dB,，由于是圖形化界面調(diào)節(jié)，為使用方便,，參數(shù)取整數(shù),。單擊“+”，增益值加1;單擊“-”,，增益值減1,。將增益通過(guò)驅(qū)動(dòng)DeviceIoControl（）函數(shù)傳遞給DSP TAS3103A。
2.3.2 系數(shù)計(jì)算
系數(shù)計(jì)算要用到采樣頻率,、中心頻率,、增益、品質(zhì)因數(shù)幾個(gè)參數(shù),。
(1)增益：由于用戶(hù)設(shè)定的各頻點(diǎn)增益單位是dB,，因此先要換算為倍數(shù)。
(2)采樣頻率：由音源的采樣頻率確定,， 本系統(tǒng)中
TAS3103A的輸入端為DVD光驅(qū)，其采樣頻率為44.1 kHz,。
(3)中心頻率：根據(jù)人耳的特性,，5個(gè)中心頻點(diǎn)分別為：50 Hz、200 Hz,、1 kHz,、3 kHz、14 kHz,。
(4)品質(zhì)因數(shù)：按照業(yè)內(nèi)通行算法,，取值為1,。
系數(shù)計(jì)算流程如圖6所示。
2.3.3 參數(shù)轉(zhuǎn)換
32位寄存器中有效位數(shù)為28位,格式為5.23形式,，5位是整數(shù)部分(最高位為符號(hào)位),，23位是小數(shù)部分,具體示意如圖7所示。
將系數(shù)轉(zhuǎn)換為5.23參數(shù)的格式的具體流程如圖8所示,。
2.3.4 參數(shù)設(shè)置
參數(shù)設(shè)置通過(guò)I2C總線對(duì)TAS3103A進(jìn)行讀寫(xiě)操作來(lái)實(shí)現(xiàn),。
3 應(yīng)用效果
選用預(yù)定模式中爵士音效，實(shí)現(xiàn)從2 kHz開(kāi)始,，高音shelf濾波,，使得JAZZ模式樂(lè)器和聲音效果更加飽滿，如圖9,、圖10所示,。
本文介紹了車(chē)載影音多媒體系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)說(shuō)明了多媒體系統(tǒng)中用均衡器來(lái)調(diào)節(jié)音效的原理,、算法以及在TI公司的音頻DSP TAS3103A上實(shí)現(xiàn)的方法,。目前該系統(tǒng)音效已成為產(chǎn)品的突出賣(mài)點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1] TI. TAS3103A digital audio processor with 3D effects,，2006.
[2] 張濤,賀家琳,楊東明.TI DSP在音頻處理中的應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2008.
[3] 韓紀(jì)慶.音頻信息處理技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.
[4] TI. TAS3103 equalization filters,，2003.
[5] JOHNSON R B. Cookbook formulae for audio EQ biquad filter coefficients[M].2002.
[6] TI. Single TAS3103 in 5.1 channel audio system,，2002.