数字声音效果处理的IP设计

论文摘要

随着DSP理论的日益完善及DSP芯片技术水平的不断提高,音频信号的数字效果处理有了飞速的发展,音效系统的DSP实现已成为一个重要的研究方向。DSP数字音效处理系统较之模拟音效处理系统具有高度集成、设计灵活方便、可靠性高、可编程控制等优点。但现在我国主流的音效处理方式都是采用国外通用的DSP芯片,成本高,价格贵。本课题是我参与上海得理微电子有限公司的AII项目,进行课题的研究。目标是设计并实现在原有的音源芯片上集成一个类似DSP协处理器,构成数字音效处理系统,该系统包含合唱、混响、均衡、失真等多种音响效果。本文研究的重点是设计具有高效灵活的DSP协处理数字音效处理IP,研究并实现数字音效处理算法的数学模型。文章首先通过分析系统指标要求及系统设计需要注意的问题,提出了以流水线处理为核心实现数字音效处理IP的设计方案。然后从算法、硬件实现和算法的软件实现三方面着手进行具体的系统设计。在数字音效算法方面,文中以混响算法为例,在前人算法理论的基础上,对混响模型进行了深入的分析和研究,提出并设计了新的算法模型。在硬件实现方面,对于本系统中涉及到的流水线结构、DSP协处理器的整体架构,芯片的整体模块结构,指令系统的建立,接口电路以及控制接口电路的设计进行了详细的讨论。同时在算法的软件实现方面,为了适应复杂的控制操作,自己编写了一套指令系统和相应的编译器。本文详细讨论并根据前面提到的算法设计了内核程序,此外,对于声音切换时的细节进行分析和论述。文章最后对整个系统研究工作进行了总结,对相应的部分给出了测试结果,并提出了完善意见,指明了系统今后开发的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.引言
• 1.1.DSP数字音效处理的背景
• 1.2.国内外研究现状
• 1.3.课题简介
• 2.协处理系统的总体方案设计
• 2.1.系统指标要求
• 2.2.系统设计的注意事项
• 2.3.方案论证与系统架构。
• 3.基于时变延迟线的数字混响处理器
• 3.1.背景技术
• 3.2.混响算法内容
• 3.3.具体实施方式
• 3.4.算法结果与优点总结
• 4.协处理器音效处理系统的ASIC实现
• 4.1.协处理器系统得整体框架描述:
• 4.2.框图细节描述:
• top和ram1_top模块:'>4.2.1.ram0_top和ram1_top模块:
• top和pub_top模块:'>4.2.2.dsp_top和pub_top模块:
• top模块:'>4.2.3.sample_top模块:
• 4.2.4.decoder:
• 4.2.5.opr:
• 4.3.指令系统
• 4.4.寄存器
• 4.4.1.通用寄存器
• 4.4.2.状态寄存器
• 4.4.3.frame中断
• 4.5.Processor控制流程
• 4.6.RTL的实现和验证
• 4.7.FPGA实现
• 4.8.疑难问题解决
• 5.协处理器对各种算法的软件实现
• 5.1.概述
• 5.2.指令编程要点
• 5.3.程序整体框图
• 5.4.细节介绍
• 5.4.1.指针减一的预处理
• 5.4.2.chorus算法:
• 5.4.3.reverb算法
• 5.4.4.eq算法
• 5.5.算法软件的验证
• 6.后记
• 6.1.研究工作总结
• 6.2.成果优势总结
• 6.3.系统完善
• 6.4.致谢
• 参考文献