关于DSP数字音频处理技术在汽车音响中的应用

niejia2365

关于DSP数字音频处理技术在汽车音响中的应用

　　近些年来，随着家用轿车的迅速普及，汽车音响，车载 GPS 等车载娱乐设备也得到了大力发展。同时，由于人们获取音乐节目源的途径也日趋多样化，从传统的CD,DVD,FM/AM收音，到现在的GPS 导航，3G,USB 及智能手机，MP4 等手持设备，车主们都希望能将这些音乐节目源和播放设备能无缝接驳到汽车音响系统中，以在旅途中能随时随地的享受影音乐趣，减轻旅途疲劳。因而，车载音响系统已经成长为继家庭影院之后的移动影院中心。

　　相比于家庭影院而言，车载影音系统更加注重于声音的质感。因而在汽车音响系统中对声音的重放和处理也就越来越高。在汽车这样一个有限的空间中，如何使音响系统能灵活的接驳多种音源并兼顾各种音源的不同特性（如音源的幅度大小不同，音源的品质不同，单多通道不同等），以提供驾乘人员完美的音乐享受，是我们今天的汽车音响系统设计师们的一个挑战。毫无疑问，由于传统的模拟音频处理方案处理能力简单，分离度大，在汽车环境中易受干扰等缺点，正在慢慢退出历史舞台， DSP 数字音频处理技术以其强大而灵活的处理能力正在成为工程师们关注的新的技术焦点。DSP 数字音频处理技术能在占用很少PCB 空间的情况下实现高低通滤波，多通道处理，多通道的混音，噪声门，压限，31 段图形EQ,多通道多段PEQ,低音管理，增益调节及音量调节，输入灵敏度的管理及延时，声场平衡和声场左右前后移动等等所有必须的音频处理功能。然而，正由于DSP 数字音频处理技术功能的强大及应用的灵活性，软件开发及声音的调试相对于传统的模拟音频处理来说要复杂得多，需要工程师们对于DSP 软件的处理及系统有比较深入的了解和研究。鉴于此，深圳市格律声电子科技有限公司凭借多年在DSP 技术领域的研究开发经验和对汽车音响系统的深入理解，特别推出了针对于汽车音响系统的DSP 音频处理模块，对于该系列模块的控制，只需通过UART发送简单的命令，而且这些命令都可以由G-SOUND的GUI DSP 开发工具实时生成，而不需要工程师们再去阅读枯燥的寄存器文档和深入了解DSP 的架构。本文以GS1068 在一个4.1 汽车音响系统的应用为例来讨论汽车音响系统的DSP 数字音频处理，以抛砖引玉，希望广大汽车音响系统设计师们能一起来参与讨论，以使我们能设计出更加高性价比的汽车音响系统，为我们汽车的驾乘者带来质的音乐体验。

　　格律声 G-SOUND 系列音频处理模块内含32Bit DSP 处理器，相对于通用DSP 来说，该DSP 特别为音频处理做了优化，从而加速音频处理算法的计算来提高音频处理的实时性。

　　内建高性能（108dB DR, -98dB THD+N）的ADC,DAC;其中GS1068 DSP 数字音频处理模块还内含SPDIF 的接收解码器。该模块能够接收6 组立体声即12 通道的模拟音频输入，和一路SPDIF 的光纤或同轴数字音频信号；能同时处理两组立体声模拟音频和一路数字SPDIF共6 通道的音频信号。8 通道的模拟音频直接输出。GS1068 采用单5V 供电，UART 通信接口。汽车音响系统MCU 只需发送简单UART 命令，即可实现各种音频处理算法的调节，各种调节参数的命令由图形化开发工具在拖拉调节音频参数时实时生成。



GS1068 音频DSP 处理模块

　　该 4.1 汽车音响系统共接入了6 组立体声的模拟音频，包括蓝牙，GPS,收音，3G, 车载电视，一路AUX;同时DVD 通过SPDIF 将音频信号传输给DSP 模块进行处理。4x40W喇叭输出以及低音线路输出。其中GPS 需要与另外6 组立体声音源中任何一组进行混音，而不中断当前的节目声音。FL/FR 为小喇叭，切频点在100HZ,RL,RR 是大喇叭，频响范围为20HZ 到20KHZ.采用传统的4X40W 模拟功放。根据系统的特点，基于GS1068 利用G-SOUND 的DSP 开发工具设计了一套数字音频处理方案。框图如下：

　　由框图中可以看出，该方案采用的音频处理算法有：噪声门，图形EQ,低音管理，路由器，高低音滤波器，高低音调节，参数EQ,延时器，音量，压限器，增益调节等。下面分别说明各种算法在系统中的作用及如何调节。

　　噪声门：顾名思义是抑制噪声的开关。噪声门抑制噪声的程度主要是由门限电平和噪声门深度两个参数来决定的，当输入信号加噪声低于门限电平时，信号幅度被大大地衰减（衰减程度即是噪声门深度），当输入信号加噪声高于门限电平时，信号以1:1 的幅度通过，通常门限电平设置在信号动态的下限与噪声电平相近的电平上，这样在音乐开始，停顿，换曲时，听众不能感觉到噪声的存在，从而在听感上就会觉得该音响系统的音乐纯净，信噪比高。

　　噪声门的另外一个重要的参数就是噪声门的保持时间，是指当噪声门监测到信号低于噪声门限值时，噪声门打开的时间。以下为噪声门三个参数的调节界面，用鼠标直接拖放即可实时调节DSP 模块噪声门的设定，并可以在CMD 栏中显示发送给DSP 模块的命令值，在FEEDBACK 中显示返回来的DSP 模块调整之后的当前值。



　　同样的，XOVER,31 段GEQ,PEQ,延时器，压限器等都可以利用该图形化工具做相应的调整。在实际的汽车音响系统应用开发时，MCU只需将这些调节的命令表存在FLASH 中，然后实时进行调用，即可完成DSP 软件的开发和声音的设定。当然，声音的调试效果则需要专业的听音工程师进行把关，同时，格律声也可以提供现场调音方面的技术支持。

　　在后装汽车音响市场，因为每款车的大小，喇叭状态各不相同，4S 店或者汽车音响改装店需要针对于不同的车型进行音响后装调试，往往费时而且效果并不是很理想，有可能客户花了高价钱买了好的车载音响系统，而由于后装调试不够专业而影响到了音响系统性能的整体发挥。格律声经过多年的研究，开发了一套自动测试喇叭及空间特性的算法，并能根据测试结果自动补偿喇叭及空间特性。其原理是，由DSP 内部产生一些特定的噪音序列，通过麦克风拾取从喇叭发出的声频响反馈回DSP,DSP 根据得到的声频响特性来计算喇叭的补偿曲线、优化设定喇叭的音量及延时等，从而使听音效果达到最佳状态。整个过程只需要用户或后装音响调试时将配送的麦克风接上，将麦克风放置在目标最佳听音位置，然后按下自动设定的按钮，经过几分钟的测试及计算后，便可自动完成优化设定。在这个过程中如果发现有喇叭没有接好或者极性接反了的话，会提示客户进行检查。如果用户需要得到自己定制的特别的曲线，也可以在优化之前调整31 段图形EQ 完成目标曲线的设定，然后再执行自动优化的过程即可。