專利名稱：一種基于dsp的聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型裝置涉及電聲技術(shù)領域，具體是指一種基于DSP的聲頻系統(tǒng)頻響特性均 衡處理裝置。
背景技術(shù)：
聲頻系統(tǒng)的頻響特性是指聲頻系統(tǒng)對聲頻信號的各個頻率分量的響應特性，包括幅頻 特性和相頻特性。理想的幅頻特性在通頻帶內(nèi)應該是平坦的，理想的相頻特性在通頻帶內(nèi) 應為線性。但實際的聲頻系統(tǒng)(如揚聲器)總會存在一定的頻響失真，為改善聲頻系統(tǒng)性 能，需對其進行相應的均衡處理。
實際應用中一般用圖示均衡器來均衡聲頻系統(tǒng)的頻響特性，圖示均衡器的種類較多， 但基本工作原理都是相同的，由幾個或幾十個Q值恒定的帶通濾波器將聲頻信號的全頻 帶(20Hz 20kHz)分成各個獨立的頻帶，每個帶通濾波器由相應的電路實現(xiàn)，有一個對 應的固定中心頻率，中心頻率按l l/3倍頻程設置，應用中根據(jù)需要可以對各個頻帶分別 進行提升或衰減，增益調(diào)整范圍通常為土15dB、 土12dB、 士6dB。每個中心頻率對應一 個推鍵，向上推動則將對應頻帶的信號加以提升，向下推動則將對應頻帶的信號加以衰 減。由各個推鍵所在位置所形成的曲線就是該均衡器的均衡曲線，因此只要調(diào)整各個推 鍵的位置就可改變均衡曲線。雖然這種通用圖示均衡器可以很靈活方便地對聲頻系統(tǒng)的頻 響特性進行均衡處理，但實際操作過程卻很復雜。因為要得到期望的均衡修正特性需要 對各個頻帶同時進行調(diào)整，再加上相鄰頻帶又會相互影響，所以需要專業(yè)人員耐心細致 的調(diào)試，且往往要用頻譜分析儀等專用設備進行監(jiān)測才能調(diào)整好，否則不僅達不到預期 效果，反而會使系統(tǒng)頻響失真更為嚴重。而系統(tǒng)中若包含圖示均衡器則必需考慮設備如 何放置、信號線的ii接、電源線的連接等，從而使系統(tǒng)變得復雜，且增加成本。
若聲頻系統(tǒng)的期望的均衡修正特性是已知的、確定的，為了簡化系統(tǒng)，可以將均衡 器電路作為聲頻系統(tǒng)的一部分，例如多媒體有源揚聲器箱中可以將均衡低頻特性的電路與 功率放大電路做到同一塊電路板上。目前均衡器一般用模擬電路實現(xiàn)，常見的有LC型、 模擬電感型。因為是模擬電路，所以精度有限、易受噪聲影響、 一致性不好。特別是不 靈活，均衡修正特性只要有少部分修改，就必須重新設計電路。
近年來，隨著計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，基于DSP軟件的均衡器也已 經(jīng)出現(xiàn)。這種實現(xiàn)方法是在數(shù)字信號處理芯片(DSP)上配置相應的信號處理軟件，具有穩(wěn)定性好、精度高、 一致性好、可靠性高、靈活性好等優(yōu)點。特別是對基于DSP的數(shù) 字聲頻系統(tǒng)，只需增加相應的代碼即可實現(xiàn)均衡功能，不需要增加硬件成本。目前常用IIR 或FIR實現(xiàn)均衡器所需的幾個或幾十個Q值恒定的帶通濾波器。用IIR實現(xiàn)帶通濾波器 的優(yōu)點是階數(shù)低，缺點是難以做到線性相位，且系統(tǒng)可能不穩(wěn)定。用FIR實現(xiàn)帶通濾波 器的優(yōu)點是易做到線性相位，系統(tǒng)穩(wěn)定，缺點是階數(shù)高，特別是在低頻，因而運算量大。 但不管是IIR還是FIR實現(xiàn)的各個帶通濾波器都不可能是理想的，必定有過渡帶，因此對 某個子頻帶進行調(diào)整時必然會影響到其它子頻帶。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于DSP的聲頻系 統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置，利用數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor DSP)對聲頻 系統(tǒng)頻響特性均衡處理。該裝置既可以處理模擬聲頻信號，也可以處理數(shù)字聲頻信號，獲 得精確的聲頻系統(tǒng)頻響均衡校正特性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低。本實用新型通 過如下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種基于DSP的聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置，該裝置包括DSP、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和存儲DSP程序的外部R0M，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與DSP的信號輸入 端相連，DSP的信號輸出端與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸入端相連，DSP還與外部ROM進行信號連 接。
上述裝置中，還設有串行數(shù)字聲頻信號接收端口 ，該端口與DSP的信號輸入端連接。
上述裝置中，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器具有一個或多個聲道聲頻信號輸入接口，所述數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器具有一個或多個聲道聲頻信號輸出接口。
上述裝置中，所述串行數(shù)字聲頻信號為分離通道或TDM的左/右對齊I2S格式。 上述裝置中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將輸入的模擬聲頻信號轉(zhuǎn)換成DSP支持的數(shù)據(jù)格式， 系統(tǒng)可以通過串行數(shù)字聲頻信號接收端口直接接收數(shù)字聲頻信號。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器用于將 DSP處理好的數(shù)字格式的聲頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬聲頻信號輸出，若系統(tǒng)直接輸出數(shù)字聲頻 信號則此數(shù)/模轉(zhuǎn)換器可以省略。輸入、輸出的信號可以是單聲道、雙聲道或多聲道的聲 音信號。DSP可以接收從模/數(shù)轉(zhuǎn)換器或者其它設備發(fā)送的串行數(shù)字聲頻信號，其格式可 以是分離通道或時分復用(TDM)的左/右對齊lS格式。DSP接收到聲頻數(shù)據(jù)后，對數(shù) 據(jù)進行處理。
本實用新型裝置的軟件處理流程包含以下步驟-(1) 設定期望的均衡修正特性；
(2) 根據(jù)期望的均衡修正特性設計相應的FIR或IIR均衡濾波器；
(3) 編寫DSP軟件實現(xiàn)設計好的濾波器，將編譯好的程序放入存儲程序的ROM;
(4) 將本裝置連接到系統(tǒng)，運行DSP程序，對聲頻系統(tǒng)頻響特性進行均衡處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點該裝置既可以處理模擬聲頻信號，也可以處理數(shù)字 聲頻信號，獲得精確的聲頻系統(tǒng)頻響均衡校正特性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低。 本實用新型裝置還可以利用DSP方便靈活地實現(xiàn)多種算法以及對算法進行改進和升級， 因此可以將聲頻系統(tǒng)需要的各種功能通過DSP算法實現(xiàn)，且可根據(jù)需要對其升級，從而 簡化系統(tǒng)，降低成本。


圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是5.1通路環(huán)繞聲虛擬重放系統(tǒng)框圖3是本實用新型裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖4是本實用新型裝置實施例的揚聲器幅頻響應曲線圖5是本實用新型裝置實施例設計的均衡曲線圖6是本實用新型裝置實施例的軟件處理流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型裝置做進一步的詳細說明。 如圖1所示，本實用新型裝置的硬件結(jié)構(gòu)主要包含數(shù)字信號處理器(DSP)、程序 存儲器ROM、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A)，可以輸入、輸出模擬聲頻信 號和數(shù)字聲頻信號，若系統(tǒng)只輸入、輸出PS數(shù)字聲頻信號，則通過串行數(shù)字聲頻信號接 收端口輸入至DSP (如圖1中的fS數(shù)字聲頻信號輸入)。對聲頻系統(tǒng)頻響特性的均衡處 理通過DSP軟件實現(xiàn)，編譯好的DSP程序存入程序存儲器ROM中。
本實用新型裝置可用于電視、家庭影院、多媒體放聲系統(tǒng)、高保真放聲系統(tǒng)、車內(nèi)放 聲系統(tǒng)等方面。
實施例多媒體虛擬環(huán)繞聲放聲系統(tǒng)的應用 在多媒體虛擬環(huán)繞聲放聲系統(tǒng)中，如圖2所示，原始的5.1通路環(huán)繞聲信號經(jīng)過虛擬處理 以后得到L'、 R'兩路輸出信號，然后饋給前方兩個揚聲器重放，虛擬出類似真正的5.1通
5路環(huán)繞聲效果。但通常的多媒體揚聲器單元尺寸較小，其幅頻響應特性很難做到完全平 直，特別是低頻從200~300Hz開始衰減，主觀上會感覺重放聲低頻不足，從而影響重放 效果?？梢詫'、 R'兩路信號先通過均衡處理以后再饋給揚聲器重放，這樣可以明顯改 善聽覺效果。
如圖3所示，本實用新型裝置實施例中采用的一片DSP是Texas Instruments (TI)公司 生產(chǎn)的TAS3108，該處理器數(shù)據(jù)精度高(其中數(shù)據(jù)存儲器為48-bit、系數(shù)存儲器為28-bit、 乘法累加器76-bit)，采樣率支持32kHz 192kHz，支持8通道的I2S聲頻數(shù)據(jù)輸入輸出，TI 公司提供了與該處理器配套的圖形開發(fā)環(huán)境(GDE)編寫信號處理軟件，硬件接口驅(qū)動程序 無需用戶編寫，已有圖形化的組件供調(diào)用。該處理器是實現(xiàn)聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理算 法的核心運算部件，采用一片F(xiàn)LASH (24LC512)作為程序存儲器，系統(tǒng)中采用了 3片 A/D芯片(PCM1803)接收5.1通路環(huán)繞聲的6個聲道的模擬聲頻信號，包括左L、右R、 左環(huán)繞LS、右環(huán)繞RS、中置C、低頻效果LFE信號，每兩個聲道通過一片A/D芯片轉(zhuǎn) 換成1路I^格式的聲頻數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP，然后采用中國發(fā)明專利申請(名稱 一種5.1通 路虛擬環(huán)繞聲信號處理方法，申請?zhí)?00610037495.0)所描述的方法將其轉(zhuǎn)換成兩通路虛 擬環(huán)繞聲信號L'，R'后，再分別對L'，R'信號進行均衡處理。
DSP均衡處理軟件的編寫包括以下步驟
(1) 測量均衡處理前揚聲器的脈沖響應，計算其頻響特性；
(2) 將揚聲器頻響特性與期望的頻響特性比較，得出各頻帶需要修正的值；
(3) 根據(jù)各頻帶的修正值設計相應的IIR濾波器；
(4) 用DSP支持的語言編寫DSP軟件實現(xiàn)設計好的IIR濾波器。編譯好的DSP
程序存儲在FLASH中，上電后FLASH中的程序被引導到DSP的內(nèi)部RAM運行。DSP處理好的數(shù)據(jù)形成l路fS信號，經(jīng)一片D/A芯片(PCM1754)變成2路模擬聲頻信號
輸出到兩個揚聲器重發(fā)。
圖4所示的曲線A是某型號小型揚聲器的幅頻響應，低頻240 Hz開始下降，主觀聽
音感覺重放聲低頻不足。曲線B是主通過主觀評價而得到的期望頻響特性。
圖5所示是設計的均衡曲線。將圖4的A、 B兩條曲線相比較后得出各頻帶需要修
正的值，使用圖形開發(fā)環(huán)境(GDE)自帶的FilterCreationTool根據(jù)修正值設計均衡曲線，然
后在主觀聽音實驗的基礎上對均衡曲線在Frequency Response Graph界面上進行細調(diào)，最
后得到主觀聽音效果比期望的更好的均衡曲線。圖6所示，上電后DSP完成初始化設置，然后啟動相關(guān)標志位使DSP能接收輸入 數(shù)據(jù)、接收上層命令、發(fā)送輸出數(shù)據(jù)。DSP接收到6個聲道的信號后先對其做虛擬聲處 理，得到兩個聲道的輸出數(shù)據(jù)，對這兩個聲道的數(shù)據(jù)用IIR濾波器系數(shù)分別進行濾波處 理，即可實現(xiàn)對左、右揚聲器的頻響特性進行均衡修正。本實用新型裝置的研究得到《廣 州市科技計劃項目，編號2005Z3-D0071》的資助。
權(quán)利要求1、一種基于DSP的聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置，其特征在于包括DSP、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和存儲DSP程序的外部ROM，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與DSP的信號輸入端相連，DSP的信號輸出端與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸入端相連，DSP還與所述外部ROM進行信號連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置，其特征在于 還設有串行數(shù)字聲頻信號接收端口 ，該端口與DSP的信號輸入端連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的基于DSP的聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置，其特征在于 所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器具有一個或多個聲道聲頻信號輸入接口，所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器具有一個或 多個聲道聲頻信號輸出接口。
4、 如權(quán)利要求3所述的基于DSP的聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置，其特征在于 所述串行數(shù)字聲頻信號為分離通道或TDM的左/右對齊I2S格式。
專利摘要本實用新型裝置公開了一種基于DSP的聲頻系統(tǒng)頻響特性均衡處理裝置。該裝置包括數(shù)字信號處理器(DSP)、與DSP相連的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、存儲DSP程序的外部ROM。該裝置用DSP可實現(xiàn)對聲頻系統(tǒng)頻響特性的均衡處理，能獲得精確的聲頻系統(tǒng)頻響均衡校正特性。該裝置既可以輸入輸出模擬聲頻信號也可以輸入輸出I²S、左/右對齊格式的數(shù)字聲頻信號。該裝置既可以輸入輸出單聲道聲頻信號，也可以輸入輸出多聲道聲頻信號。
文檔編號H03G5/16GK201243266SQ20082004785
公開日2009年5月20日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者何偉成, 張承云, 謝菠蓀 申請人:華南理工大學;國光電器股份有限公司