多通道广播源音频处理技术研究

摘要

如今音频广播节目的来源形式众多且制作标准差异较大，这使得各节目源音频信号的电平等参量高低不定，易造成广播中心发射效率降低，播出质量参差不齐。针对此种情况，与某广播设备公司合作研发了此套多路广播源音频处理系统。系统目标任务是对多路音频输入信号的电平和频谱参量进行实时动态处理以达到音频质量和收听响度的完美兼顾。经过对目标任务的研究分析，系统音频处理主体部分通过软件实现，其中使用MATLAB对算法进行仿真设计，C语言完成所有算法编程，VC++语言编写主机控制软件程序。
　　系统解决方案采用DSP+PC，其中核心DSP芯片采用数据处理能力优秀的TMS320VC5509A处理器。通过高效的TLV320AIC23B编解码芯片完成对多路音频信号的采样转换以及5509A自有的USB模块作为数据传输通路，充分保障数据处理的实时性。使得系统具有对多路音频信号参数均衡调整、多频段动态范围控制，实时频率检测功能。
　　音频均衡算法以高/低频shelving滤波器和带通滤波器组合为基础实现，均衡器各段中心频率，增益和带宽均可调整。采用针对性模块客观功能测试及系统联调实际音频测试，证明均衡器对各频段的提升或抑制效果良好，音频改善效果理想。
　　动态范围控制算法采用将其四种工作方式组合形式实现，同时设计了基于LR分割器的具有平坦频响的四频段分割器，通过幅度与时间双向控制，组成多频段可控动态范围处理器，经过模块功能测试及整体实际音频节目客观与主观测试，显示其对音频信号动态范围控制精准，处理后声音自然清晰。
　　频率检测算法是基于复数FFT算法及重心频谱校正算法实现的，可对设定阈值下噪声信息实时检测，进而为噪声抑制提供标准。经仿真及系统实际测试表明，信号频率及幅值测量准确度及精确度高，符合预期设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究发展现状

1．3 本文主要内容及工作安排

2 音频处理系统方案设计

2．1 系统整体方案设计

2．2 系统开发平台选择

2．3 音频采集方案设计

2．3．1 音频采集总体设计

2．3．2 AIC23B与DSP接口设计

2．3．3 利用IIC模块对AIC23B进行控制

2．3．4 利用McBSP实现数据传输

2．3．5 存储扩展方案

2．4 USB通信方案设计

2．4．1 USB通信模块选择

2．4．2 USB设备程序设计

2．4．3 PC端USB通信程序设计

2．5 本章小结

3 参数均衡算法设计与实现

3．1 均衡器概述

3．2 参数均衡滤波器的设计

3．3 参数均衡器的仿真验证

3．4 参数均衡算法DSP设计实现

3．4．1 数字滤波器设计

3．4．2 标准音频软件框架

3．4．3 参数均衡器模块具体设计

3．4．4 参数均衡器客观测试

3．5 本章小结

4 动态范围控制器的设计

4．1 动态范围控制器简介及应用

4．2 动态范围控制器设计

4．2．1 动态范围控制器的原理

4．2．2 动态范围控制器的具体算法设计

4．3 动态范围控制器仿真验证

4．4 多频段动态范围控制器设计

4．4．1 多频段动态范围控制器系统架构

4．4．2 频段分割器设计分析

4．4．3 MATLAB仿真验证

4．5 动态范围控制器模块DSP设计

4．5．1 对数与反对数的运算

4．5．2 动态范围控制实现算法流程分析

4．5．3 数据流分析

4．6 动态范围控制器性能测试

4．7 本章小结

5 频率检测算法研究

5．1 信号频率检测原理

5．1．1 FFT基本原理

5．1．2 复数FFT变换方法

5．1．3 频谱校正

5．2 频率检测模块DSP设计实现

5．3 频率检测算法评测

5．4 本章小结

6 系统主机软件设计及测试

6．1 主机控制软件

6．1．1 VC上位机开发

6．1．2 参数与数据传输问题

6．2 系统测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献