数字电视音频后处理的研究与实现

论文摘要

随着数字电视技术的迅速发展,人们对音频质量的要求也越来越高。音频后处理作为其音频播放系统中的一部分,对音频质量的改善起到了至关重要的作用,从而使得设备制造商能够让其设备凭借更优的音质从当今市场上的众多产品中脱颖而出,带来巨大的经济效益。音频后处理有多种实现方案,主要包括专用芯片、通用DSP、嵌入式RISC处理器、FPGA等,这些方案各有利弊。综合考虑性能、价格、能源效率、灵活性等各方面的因素,并且针对音频后处理算法的特点,本课题最终选用LX5180作为音频后处理算法的开发平台。LX5180是一款RISC处理器,除具有MIPS的体系结构外,还加入了DSP的特征,极大的提高了数字信号处理的性能,完全能够满足本课题开发的需要。本论文对音频后处理中的参数均衡器设计、混响器设计以及SRS虚拟环绕声算法进行了研究,并成功地在LX5180处理器平台上实现了一个5-band的参数均衡器、基于Schroeder模型的混响器以及SRS虚拟环绕声算法中的SRS WOW HD功能。针对LX5180处理器的特点,本论文对上述音频后处理算法中的关键模块进行了汇编优化,优化后的代码性能有了极大的提高。对一个采样率为44.1kHz,长度为9564576个采样值的双声道wav文件进行处理,5-band的参数均衡器大约占用19.6%的CPU,混响器大约占用21.2%的CPU,SRS WOW HD大约占用了48.8%的CPU,已经达到实时性的要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 音频后处理的实现方案
• 1.3 音频后处理的系统结构
• 1.4 本课题的任务与本文的结构
• 第二章 音频后处理算法的研究
• 2.1 参数均衡器的设计
• 2.1.1 二阶IIR 带通滤波器
• 2.1.2 带宽定义
• 2.1.3 均衡器传输函数的确定
• 2.2 混响算法研究
• 2.2.1 混响的基本原理
• 2.2.2 常用的混响设计方法
• 2.3 SRS 虚拟环绕声算法
• 2.3.1 SRS WOW 简介
• 2.3.2 SRS WOW HD 基本模块
• 2.3.3 TruBass 技术
• 2.3.3.1 TruBass 技术的产生
• 2.3.3.2 TruBass 的基本原理
• 2.3.3.3 TruBass 的系统架构
• 2.3.4 SRS 3D 立体声处理技术
• 2.3.4.1 立体声声像增强
• 2.3.4.2 透视校正（perspective correction）
• 2.3.4.3 SRS 3D 立体声的系统架构
• 2.4 小结
• 第三章 LX5180 开发平台介绍
• 3.1 硬件结构
• 3.1.1 处理器内核模块划分
• 3.1.2 六级流水线
• 3.1.3 双乘累加
• 3.1.4 循环缓冲
• 3.1.5 本地存储器
• 3.1.6 简化的存储器管理单元
• 3.2 软件开发环境
• 3.2.1 嵌入式Linux 操作系统
• 3.2.2 交叉编译环境的建立
• 3.3 小结
• 第四章 基于LX5180 的音频后处理算法实现与优化
• 4.1 滤波器的实现
• 4.1.1 二阶IIR 带通滤波器
• 4.1.2 全通滤波器和梳状滤波器
• 4.2 浮点运算的定点处理
• 4.2.1 浮点除法
• 4.2.1.1 浮点数的表示
• 4.2.1.2 牛顿迭代法求除数的倒数
• 4.2.2 其它浮点运算
• 4.3 存储空间优化
• 4.4 基于LX5180 处理器的代码优化
• 4.4.1 C 语言级优化
• 4.4.2 汇编优化
• 4.5 小结
• 第五章 总结
• 5.1 本人完成的主要工作
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢