DSP预编程完全可配置数字音频处理器简化音频设置

虽然目前音频来源主要由数字媒体（CD，DVD，互联网）组成，但大多数音频处理仍停留在模拟域中。现在是将音频处理迁移到数字化的时候了。

在过去的二十年中，音频技术经历了许多进步。从20年前开始，随着CD的推出，以及MiniDisk和DAT的发展，今天我们可以选择高分辨率的音频格式，如DVD-Audio，SACD，以及MP3令人难以置信的灵活性和存储密度。所有这些进步都集中在音乐的存储媒体上。但是一旦音频信号从存储介质中脱落，它是如何处理的？它如何获得系统的输出？当前的“数字”系统真的是数字化的吗？今天的绝大多数系统都没有。

在音频/视频（A / V）中，由于杜比数字解码的性质，数字信号处理变得流行，但几乎所有流行的音频系统，如作为迷你组件，汽车立体声系统和PC添加扬声器，仍在使用模拟信号处理技术。

原因在于早期的数字解决方案，基于通用数字信号处理器（ DSP具有独立的D / A和A / D转换IC，在硬件和编程方面带来了巨大的开销。因此，数字解决方案的实施一直很困难并且过于昂贵。

现在，在主要消费系统完成全数字媒体交叉的时代，ADI公司推出AD1954，这是新的，经济高效的SigmaDSP ™ 的第一个成员系列 - 第一个直接解决在单个IC上集成音频专用DSP和高性能音频转换器的基本问题的解决方案。

这一系列的数字声音处理由AD1954领导的器件提供：

具有集成转换器的专业品质数字声音处理（112-dB SNR）

ZERO-hassle编程，以及高度用户友好的图形配置工具

价格非常低，允许大多数系统提供数字技术的卓越音质。

AD1954内部有什么？< / h3>

AD1954是一款预编程，完全可配置的数字音频处理器。内部结构如图1所示。它针对2.0（左/右）和2.1（左/右+低音炮）配置进行了优化，并包含以下处理块：

3对1数字信号源选择器

立体声7波段均衡器（48位双精度）过滤器）

专业品质的动态处理器（双频段结构）

Phat ™立体声空间增强

扬声器定位延迟调整

独立低音炮处理的交叉

音量控制

左，右和低音扬声器输出的三个D / A转换器（112dB SNR）。

系统设计人员可以完全配置所有参数。这样可以缩短设计周期，同时允许完全灵活地根据每个参数的具体要求调整系统。市场和客户。

在SigmaDSP中使用哪个DSP内核？

这些产品中使用的DSP内核是全新的 - 它已针对音频处理的要求进行了优化（图2）。在大幅减少执行给定音频算法所需的循环次数的功能中，有用于双精度和动态处理的硬件加速器。 DSP内核基于26×22乘法累加引擎，具有双48位累加器。输入字长为24位，但内核26位（3.23格式）的内部分辨率提供了两个额外位，最高可达+12 dB增益。由于+12 dB的增益在许多音频算法中很常见，因此在大多数应用中无需缩放。

所有滤波器均采用48位双精度分辨率计算，采用特殊的硬件加速器。双精度确保低频IIR滤波器可以在没有极限周期问题的情况下运行，从而产生可听见的伪像。

核心存储器包括2.5 KB的程序RAM，2.5 KB的程序ROM和1 KB的参数RAM 。所有存储器均可通过SPI接口直接访问，该接口使用自寻址32位格式（8位地址，24位数据），允许单周期访问任何存储器位置。由于硬件加速，AD1954的内部时钟速率为25 MHz，相当于通用DSP的约50 MIPS。

SigmaDSP图形用户界面（GUI）为设计人员提供了< em>总设置控制实时。

SigmaDSP技术面向经验丰富的数字设计师和熟悉其音频系统的模拟设计师，但不想深入了解其复杂性。低级DSP编程。满足这两个目标需要一个可以直观操作的工具，但需要实时控制整个信号流。

解决方案是AD1954图形用户界面（GUI） - 如图3所示。它以图形方式表示AD1954的信号流，因此其使用非常直观。信号链中的每个参数，包括滤波器系数，音量设置和动态处理功能，都可以直接访问和实时更改。 GUI通过PC的打印机端口连接到AD1954评估板。通过这种方式，任何参数更改都以SPI格式发送到AD1954，并立即生效（实时）。

虽然SigmaDSP GUI旨在作为系统设计人员的专用工具，但它也可以为热心的最终用户提供（修改后的版本）。通过这个PC界面，用户可以通过笔记本电脑进行全面控制。

为什么专业品质的动态处理如此重要？

中小尺寸系统，尤其是汽车音响系统，往往受到放大器和扬声器功率的限制。有几个潜在的限制因素：在汽车系统中，屏障只是12 V电源，它将最大输出功率限制在大约20 W rms到4欧姆，或40 W rms到2欧姆。在迷你组件中，变压器大小存在空间限制，并且存在热约束。另一个因素是扬声器均衡：在中小型系统中，我们通常会看到包含小型扬声器的小型机柜。一种流行的解决方案是使用相对较重的均衡，特别是在低频部分（低音增强）中要求增加低频功率，以补偿这种声学上不完美的设置。最后（由年轻一代驱动），有一个共同的愿望 - 如果不是要求 - 这些系统具有很高的最大音量。

这种有限的放大器功率，重低音均衡和显着总和的组合系统的响度很容易导致放大器饱和并开始引入严重失真的情况 - 导致不令人满意和恼人的收听体验。过去，解决这个问题的尝试通常使用原始的限幅信号检测器，这可以避免削波，但会导致伪装几乎与削波失真本身一样糟糕。 AD1954 SigmaDSP的专业品质双频带动态处理器可以控制系统限制而不会产生伪影。

提高系统的清晰度和响度

图4和图5显示了没有任何动态处理和软拐点压缩器/限制器功能的传递函数示例。通过使用图5所示的功能，AD1954的专业品质动态处理可以自然处理限幅电平，从而在高音量时实现更低的失真。这有效地允许用户将系统音量调高大约10dB。音量增加10 dB表示经验丰富的声压级增加一倍，因此用户可以将系统运行两倍。

这对于放大器和扬声器有限的小型系统尤其重要

实际调整

SigmaDSP动态处理器的任意可调传递功能允许许多其他应用，和。总体灵活性允许用户将多个应用程序组合到同一设备中。

道路噪声补偿

SigmaDSP动态处理的强大用途是在汽车系统中。除了复杂的均衡策略和失真处理外，还可以补偿汽车内部的嘈杂环境。虽然噪声本身不能降低（尽管正在进行有源噪声消除的研究项目），但改善聆听体验的唯一实用方法是使软信号更响亮。这对于古典音乐来说尤其重要，因为古典音乐具有很大的动态范围和许多安静音乐段落。

通过在AD1954中编程的正确传输功能，可以压缩低于某个阈值的信号，并且可以放大音乐电平以保持高于道路噪声的电平。这种技术的最终用途可以在OEM汽车系统中实现，其中来自速度计和RPM控制信号的信号使得补偿比可以根据速度（风噪声）和发动机RPM（电动机噪声）而改变。任何在汽车音响系统中经历过智能道路噪音补偿策略的人都不希望再次没有它（可能除了20岁以上的劳斯莱斯驾驶员。）

午夜模式

SigmaDSP动态处理技术的特殊用途的最后一个例子是补偿电影原声带中响度的突然变化。看起来，在家里，配乐的响度 - 特别是在动作电影中 - 是永远不对的（你的遥控手指知道这是最好的）。一个原因是音轨通常混合用于电影院。在电影院中，声学体验是整个电影体验的基本元素，而大型动态变化是导演用来产生兴奋的工具。在电影院里没有人受到打扰。在家里，这是完全不同的。虽然我们仍然希望电影体验尽可能好，但我们必须避免唤醒孩子或附近的邻居。

“午夜”模式可以通过减少动态范围自动处理这个恼人的问题。配乐。为了实现此功能，使用了与用于动态剪辑控制的传递函数类似的传递函数，但阈值要低得多。为避免听觉伪影，需要像AD1954中实现的专业型双频段动态处理器。

两对声道（图6）用于声音后跟一个动作场景（炸弹爆炸）。可以看到，当午夜模式打开时动作场景的动态范围减小，声音保持在同一水平。

摘要

随着SigmaDSP技术的引入，听音乐和电影的体验进入了一个新的时代。处理性能，转换器技术和复杂的算法（以前只有专业录音工作室的所有者才知道）正在变得对成本敏感的消费者系统可用。通过使用SigmaDSP技术，人们可以开发直至最终输出的数字立体声系统，以充分利用当今数字媒体的卓越品质。

AD1954可用性

样品AD1954是ADI公司新推出的SigmaDSP ™系列的第一款产品，现已上市，并提供评估板和控制软件。 AD1954采用44引脚MQFP（YS）和48引脚TQFP（YST）封装，额定温度范围为-40°C至105°C。 AD1954YST的10,000片批量单价为5.88美元。