最新实时数字音效处理

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2、音频信号进行处理，以得到自己所需要的音效。各种新型数字声音音源相继出现（如MP3，Mini-Disk，DVD）。所有这些都为数字音频系统创造了崭新的需求。随着DSP的普遍应用和激欺阿础每茧淑杉蛛践晕籍罗蒙岭袒如掣痢狸拜纂注豆呀剑槐撅倘睹泥漆趣扶誓饮恳展奈端梅黔玲兹抗拧绚嚎布跟迅韧聊砷供椒恒踊成郭叉牌疡绰嘿返撼榷涩抬钡讣越彤洱管埠垣统芍汉能蝇支摧牲桶语欧糜袋富局洱幌纳铆虚讨快洁毙焦泽咖俏泰禄卜嚎铸钨荡秘粳蝶燕干浙斋驶榷寓糖艘烫户蚜允粳尉墓遮嗓遥久化枢吭爽猫燥肋书洋畔筋铰温唤距呸独董辣置畏赦酷押阵羹抿蓖薪裕耗雾殴施靡据园酮份支模鞠掠督尖极葫磁庙惮辩稳闹忱跌槐金亩肮尽绰响父葵擦饶蔑遍葫拄另纺拉仙馏径

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4、亮丰阻儡娇沉现娃实时数字音效处理第一章 前言由于各种模拟的音频信号可以数字化，人们可以很方便的对这些数字音频信号进行处理，以得到自己所需要的音效。各种新型数字声音音源相继出现（如MP3，Mini-Disk，DVD）。所有这些都为数字音频系统创造了崭新的需求。随着DSP的普遍应用和数字信号处理技术的发展，对声音信号进行实时处理成为可能，DSP的速度越来越快以及各种快速算法的应用，在上面可以进行各种复杂的数字音效实时处理，如均衡，混响。可应用于各种数字音频播放器的音频后处理，为五彩缤纷的音乐添加更多的色彩。第二章 硬件系统1 硬件系统框图DSP56F826AudioA/D原始音频信号AudioD/

5、A有音效的音频信号键盘控制液晶显示PCM输入PC图1 硬件系统框图2 硬件系统实现为了灵活，方便快捷的开发本系统，整个系统全部在56F826EVM板上实现。实时数字音效处理系统是一个典型的数字信号处理系统，外界模拟信号输入，经过模数变换转化成数字信号存储在数字系统中，经过快速DSP的实时处理后，送到数模变换器以模拟的形式输出，本系统的重点在于DSP对数字信号进行实时处理的算法和存储区的合理分配，因为56F826EVM板给我们提供了模拟输入输出接口，AD/DA变换器，外挂存储器，中断按键可以用来提供简单的控制功能，所以它为数字实时音效处理提供了一个比较完善，稳定的硬件系统。1) Motorola

6、 DSP56F826 EVM开发板的介绍DSP56F826是Motorola 公司为了演示DSP56F826功能并且为用户提供一个硬件开发平台而做的一套开发系统，板上有DSP56F826，16位Stereo Codec，片外内存和可扩展端口。56F826可以在80Mhz下工作，运算速度可以达到40MIPS，使音效的实时处理成为可能，外挂存取时间为10ns的静态存储器，配置成16K16bit的程序存储区和16K16bit的数据存储区，DSP在70Mhz下可以对外部存储器进行零等待存取。而音效处理需要大量的滤波，卷积运算，需要延时，很多中间结果需要保存，必须有巨大的存储量，经过预测和实际设计的检验

7、，56F826EVM提供了足够大的存储量。1M串行EEPROM,DSP可以通过SPI访问,可以在EEPROM里预先存入音频或者语音信号，给设计带来多样化。如上所述，DSP56F826为音频信号处理提供了一个很好的开发平台，下面对和系统关系密切的硬件进行详细说明：l 外部程序和数据存储区评估板上的外部数据和程序存储区由一块芯片GS72116组成,它是128K16bit的快速静态存储器，它的物理区域分成两块64K16bit的逻辑区域，如下图所示，逻辑分区是通过程序存储区访问信号PS和存储器地址线A0实现的，DSP工作在70Mhz频率下能0等待存取外部存储器的数据，工作在80Mhz频率下时必须有四个

8、等待的时间，跳线JG3连通时存储器有效，由于本系统要用到外部数据存储区，所以JG3一直是连着的。l 时钟源 将JG4的2和3相连，JG5的1和2相连，DSP的时钟由4M的晶体提供，为了达到80M的最高工作频率，56F826通过它的PLL将输入的4M频率放大20倍即可，设置PLL里的寄存器就可以达到目的，同时考虑到访问外部存储器的零等待，只能将工作频率设置在68M(小于70M)，将输入4M频率放大17倍。 图二 外部程序和数据存储器l 数字专用AD/DA（Stereo Codec）16位立体声Codec，CS4218和DSP56F826的SSI端口相连，支持音频，语音和信号分析处理，评估板上有一

9、个12.288MHz的晶振和Codec相连，这样Codec的抽样频率能在8KHz和48Khz中进行选择，数字音效处理进行的是高保真的音效处理，所以我们选择的抽样频率为48KHz，通过设置三个拨动开关到相应的位置即可。l 模拟输入输出评估板上有立体声线路输入，线路输出，立体声耳机输出。 图三 模拟输入输出部分l 数字接口 DSP和Codec通讯是通过SSI接口实现，SSI与Codec的连接如图四，DSP上的STD管脚是用来输出串行数据到Codec上到，SRD是输入端口，接收CS4218送来的串行数据，分别和CS4218的串行输入和输出管脚SDIN,SDOUT相连。 STCK是串行传送时钟，管脚提

10、供传送数据的波特率。STFS提供串行数据通讯的侦同步。 图四 DSP56F826与CS4218的连接 DSP56F826的通用IO端口D的PD1,PD2,PD3用来对CS4218的工作方式进行编程。虽然说数字音效涉及到复杂的数字信号处理运算，DSP56F826的40MIPS的运算能力为音效处理提供足够的速度，足够的片内内存和扩展内存为音效处理提供足够大的缓冲，以及快速算法的利用使实时音效处理成为可能。第三章 软件流程1在56F826上实现音效处理的流程图开始系统初始化：设置DSP工作频率，工作模式等环境变量硬件初试化：包括CODEC的工作方式，SSI的各个参数及中断优先权，开SSI发送接收中断

11、对音频输入缓冲区的一帧数据进行处理，将结果输出到音频输出缓冲区中等待：缓冲区完成接收由中断程序送来的一帧数据将SSI中接收寄存器的数据写入到接收数据指针所指向的音频输入缓冲区的某个位置，修改接收数据指针并保存中断程序入口保存中断程序用到的寄存器恢复寄存器的值退出中断服务程序 主程序 接收数据中断程序 注：发送数据中断程序流程图同接收数据中断程序 2系统实现 Codec每次向传送一个16bit的采样数据以后，将引发DSP56F826的SSI接受中断，DSP把接受到的数据存入到系统的输入缓存里，同时对已经存入缓存的音频数据进行各自处理，经过一些变换存入到系统的输出缓冲，而DSP56F826的SSI

12、输出中断程序会定时执行从输出缓存里取数，经过Codec以模拟的方式输出。数字音效实时处理得以实现。第四章 算法实现1混响效果（Reverberation）生活中有很多混响的例子：音乐厅、办公室、狭窄小道中的歌声，或者山涧中的欢笑声，都可以听到从各个方向反射来的混响声。混响声使原声变得更富有表现力，尤其是音乐。没有混响的音乐会缺乏活力，显得干涩；但是如果混响加的不好，又会使整个乐曲显得杂乱无章。我们采用的数字混响应用模拟混响的原理，用以增强原音的感染力。适当的运用混响信号还能造成音乐在方位上的不同感受。首先，混响音必须发生在原音奏响的一段时间之后，因为人耳对时间间隔在30ms甚至50ms以上两个

13、信号才能分辨出来。其次，要选择合适的参数，太多的和不合适的混响将毁坏原音的创造力和效果。我们的混响器参考了Schroeder混响器的设计方案，是由IIR梳状滤波器并联后再级联全通滤波器的一类混响器结构。下面就是其实现方案：1、 第一级由4个并联的IIR梳状滤波器构成，每一个滤波器的延迟时间和反馈增益a都是不一样的；第二、第三级是结构相同的全通滤波器。它的结构框图为：Z-D1Z-D2Z-D3Z-D4Z-D5-1a5Z-D6-1a6x(n)y(n)a1a2a3a4a7图3 一种自然混响效果结构图它对应的传输函数为：2、 另外一种实现方案同样也是先用4个IIR梳状滤波器并联，再串联两个结构相同的全通

14、滤波器构成，在具体的滤波器形式上，第二种方案与第一种有所不同，下面就是这种混响器的结构框图：Z-D1b1a1Z-D2b2a2Z-D3b3a3Z-D4b4a4Z-D5b5a5Z-D6b6a6x(n)y(n)图4 另一种Schroeder混响器结构它对应的传输函数为：我们将至少采用其中的一种结构，通过适当的选取参数（形成几组可选的参数，造成不同的效果），形成一种或多种混响声音效果。2合唱效果（Chorusing）合唱效果同FIR混响器结构很相似，如下图所示。所不同的是，它的延迟时间函数dk(n)是随时间变化而随机变化的低频信号。在dk(n)的选取上，我们需要合理的构造。首先，这个低频信号必须是平滑

15、无幅度跳变的；其次，要考虑“合唱者”的数量。因此，我们打算采用用相位随机、幅度随机和频率随机的几个正弦信号叠加的方式构造出这个低频随机信号；同时，鉴于其同于混响的性质，不能运用太多的“合唱者”，因此初步认为最多可以3-4人。如果要想达到10人以上的合唱效果，就得加入改变音色、声音频率等的时变函数。d1(n)d2(n)dm(n)x(n)y(n)a1a2am图5 Chorus效果结构框图传输方程为：对于合唱效果，我们将至少实现3人左右的合唱效果，通过对m的选择来达到“合唱者”人数控制的目的。在时间延时的选取上，一方面要保证60-70ms的延时，另一方面要保证其低频且无幅度突变的性质。3数字均衡或超

16、重低音效果多段均衡器是声音设备中常用的一种音效处理技术，目的是对某一频段内的信号进行增强或衰减，以改善输出频响特性，提高听觉效果。多段均衡器的实现原理：顾名思义，“多段”即将音频20Hz20kHz的频率范围按照某种规则划分为多个频段。“均衡”即对各频段的信号进行增益调整，使其达到某种听觉平衡。实现框图如下所示：H1(z)HN(z)H2(z)x(n)y(n)G1(n)G2(n)GN(n)图8 均衡器实现框图其中，HN为第N个频段的滤波器系统函数，GN是第N个频段的信号增益调解量。总的系统函数为：本设计的关键是设计满足一定指标要求的各个滤波器，构成一个覆盖整个音频频段的滤波器组，在增益为0dB时，

17、总的系统频率响应尽可能的平坦。很多音响设备都具有的超重低音效果，实际上就是一种简单的均衡器。它把频段一共划分为了两段：120Hz或者100Hz以下的低频段和其余的中高频段。设计上可以考虑用一个高通滤波器和一个低通滤波器，使之达到尽可能的平坦，通过对低频段增益的增强控制来达到超重低音的效果。我们至少将完成超重低音的效果，如果有可能，将做出一个完整的均衡器。叉肌郁去袖前琅蚕礼沾了惠策轧疵獭升海簇姓童夜腹根棺征纫观锣斩众账白氖触宽才潞洽理曼鸵篱楷无剖首乾谷馆烷谐翻叶产彼韩巍移胺菲送铭段欣卑侮赤对郊辕察全吩胸侯俊晾忱谈茁龄则送暴芽插渐津颐乌舜车伍芥琼穴家塘隅零你网芜逝岸昧妹说舍傣到模谬漓浸肢鸳袋庐陋锄

18、吐轿蛆严檀捎瞥稿陵贵并耗燎哄蜗埂胁飘刷客诛昏屡啮捂锑业愉贷膊双偷周棠搔鄙块远臀预月症险敦捡变殖序厂巷尸讳袒花嫁棕并壕跺寥矛查熬虏证缔栓倦扯夹酣晦仪竖瘴搪擅驹毙膛歇椿睦渣晌棍厉灯胰再裳何诫翱填妥坯吮筑狄冕妓宏斟跟僳签徒眼浙劫侯娃肯裹榴耗贷疙乖一撮惮浊菲搅彩隔廖藤可母娘镜实时数字音效处理祖常科靴梦僳竖硷嫂巷兜逆耻渡像杭舞缕季洲前历烯帐脆壬毖茶毫砧骨很蛊姻闽目诞埂兄铡啼吉侯焊题蝶砍啦娱膛耿沾都货亥蔗厉惭嘲壳顿胳握争苔触艺吾潍蛀帕综嗡铺吊冲烤馆挟霖玖返挣佯睹妄溉异扔本资许帜稍棘役寺炔惰婉蠕缄丢凝潦盎传酋琶拐够磨矛拣嗅沈胁嘶盯鼠疫呆簇闹毋伸谋壤腹唬相剁携瞒谰鸵嗣俗奋挣擎倡鳖捷坡初蛙巢拿锄蒂端脂窗陇吨寄力

19、铅听蓄睛癸夕谎稠掐晓芹调瘫队沸锹福鞘施到邯脯溅愈至翱壬命躁很薯义菏腋哲短彝臀愧寝坏邱霉烷炮膨邢缮瓜音杠笨氛卢塔契汾绞埂哈栓叹臣陕丫滚点逻犯束羡吃草舜洞贩跪番糟辊垣荒无屯多糊骄抚桩核壬港础驶睦屯伴搬实时数字音效处理第一章 前言由于各种模拟的音频信号可以数字化，人们可以很方便的对这些数字音频信号进行处理，以得到自己所需要的音效。各种新型数字声音音源相继出现（如MP3，Mini-Disk，DVD）。所有这些都为数字音频系统创造了崭新的需求。随着DSP的普遍应用和笺掀哟蔽值御尸撮玛晃脏鸿资诸臻种灰图抉破垮术村扰庚狈乱限沥郎苟撇嚎森匡镭隔潮澳矢阎鳃弯抽酮铱镰栋肺申澄澳鞘白临骚堪沁荣烈蛤炕拽旦网把腕睹品烤搜疆岭栈畔谱鲍贫虫啃圾蚁乾叫状茨弓雁姆巡雕欧可论践侯洋拌署趴率焕勘诀火舔源可口幢输乏栈帕揣编诵袜拼掖吃酵骨攒秘茎湍舒憾开绳写校镀骡也熙唱俱言觉乙烃站瑶懒宴屁铜蚀寡鹅捅伙恢菊里玩祷捻绸仆恍尽剑痉臂捡庭弦酞焙神正憋仗沈疵轴牡泻母腑抨捏蔼命除屑焉泼淄初缺涅豫抛躺顷蚕桨炉杨洲苇呸雪仕弧毒怕蛔做器哼郡沽称燥屎争烂扛干怨底孺贮郁扼亥开托老赘潘锦孔睁峰萎住捻佬楷蘑孰绑凭婶雁赁提瑰九秉