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1982 年向大眾市場(chǎng)推出 CD 是“數(shù)字音頻”革命的開(kāi)始。從那以后，對(duì)音響設(shè)備的期望 - 其音效再生質(zhì)量，特性，功能和靈活性 - 都有了大幅的提升。對(duì)行業(yè)提供增強(qiáng)功能和性能發(fā)揮作用最大的組件一直是數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)。這個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)備，使設(shè)計(jì)工程師能靈活地實(shí)現(xiàn)他們所選擇的音頻處理功能，并可用很多方式配置這些功能。傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)用來(lái)與 DSP 配對(duì)的編解碼器，是一種結(jié)合了 ADC 和 DAC，能夠與 DSP 實(shí)現(xiàn)交互的（例如，通過(guò) I2S）設(shè)備。受到 DSP 功能和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)軟件開(kāi)發(fā)資源的制約，這種結(jié)構(gòu)在處理音頻所能選擇的各種方式方面提供了很大的余地。
但是本文提出了一種架構(gòu)模型，可以充分順應(yīng)在編解碼器中實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的信號(hào)處理能力的趨勢(shì)。如果設(shè)計(jì)工程師準(zhǔn)備犧牲 DSP 架構(gòu)所給予的靈活性，他們只需編解碼器與小型微控制器，即可實(shí)現(xiàn)一組固定的音頻處理功能。
同樣，他們可以使用編解碼器提供的音頻組件功能，給已經(jīng)集成了 DSP 的設(shè)計(jì)增加了新的功能。最新編解碼器的音頻處理功能，包括音量控制，空間增強(qiáng)，均衡，音頻混合和去重音等功能。如果產(chǎn)品規(guī)格需要這些功能，那么在編解碼器中實(shí)現(xiàn)它們可能比在 DSP 中以傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)它們更加便宜更簡(jiǎn)單。
僅有編解碼器的架構(gòu)的主要缺點(diǎn)是，它將設(shè)計(jì)師局限在編解碼器的固有功能集范圍內(nèi)。然而，與此同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)師需求的響應(yīng)是，提供種類越來(lái)越多的含有各種組合功能的編解碼器。這里介紹三種這樣的設(shè)備。
圖 1 顯示了配置為 1/4 SPDIF 的多路復(fù)用器，有模擬立體聲輸出的 NXP UDA1355H。請(qǐng)注意，復(fù)用器中選擇的SPDIF 信號(hào)也可以傳輸?shù)?SPDIF 輸出，使組件可以使用菊花鏈，保持?jǐn)?shù)字域音頻，維持音頻質(zhì)量。因此，可以很容易地實(shí)現(xiàn) 1/(3n+1)多路復(fù)用器，其中第 n 個(gè)DAC，I2S 或 SPDIF 作為主復(fù)用輸出。如果這是所需要的全部，通過(guò)簡(jiǎn)單將 SEL_STATIC引腳設(shè)置為高（ 靜態(tài)模式），而不是中（I2C 模式），僅使用 UDA1355H無(wú)須微控制器就可以實(shí)現(xiàn)。
如圖 1 所示，在微控制器模式下使用編解碼器，您可以訪問(wèn)靜態(tài)模式下沒(méi)有的功能。微控制器可以訪問(wèn)某些參數(shù)，如，主音量，低音增強(qiáng)，高音增強(qiáng)，諧振低音增強(qiáng)和用于模擬輸出的去重音。
來(lái)自飛思卡爾半導(dǎo)體的 SGTL5000 編解碼器，提供了增強(qiáng)音頻功能的不同選擇。圖 2 顯示了使用設(shè)備均衡塊的應(yīng)用，可以作為音調(diào)控制器，七波段參數(shù)均衡器或五波段圖形均衡器。
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參數(shù)均衡器使用七個(gè)連續(xù)二階 IIR 濾波器實(shí)現(xiàn)，七個(gè)濾波器中的每一個(gè)的參數(shù)轉(zhuǎn)換為五個(gè) 20 位十六進(jìn)制數(shù)字，它們代表濾波器系數(shù)，必須加載到正確的寄存器。
參數(shù)均衡修改每個(gè)波段的增益，頻率和帶寬（Q）（見(jiàn)圖 3）。這意味著它在調(diào)整應(yīng)用程序時(shí)表現(xiàn)良好，例如，其中可以消除共振，使揚(yáng)聲器響應(yīng)變平。
它也非常適合于創(chuàng)建預(yù)置均衡器配置文件，例如響度或臨場(chǎng)效果，以及適用于特定類型節(jié)目材料的配置文件。使用 5 個(gè)平行二階 IIR 濾波器實(shí)現(xiàn)圖形均衡器，并采用了 5 個(gè)固定頻率和固定 Q 波段，分別為115Hz、330Hz、990Hz、3kHz 和 9.9kHz。這更適合于實(shí)時(shí)音調(diào)調(diào)整，因?yàn)閮H將 7 位值寫入寄存器即可調(diào)整每個(gè)波段的
增益。
其它功能包括主音量，自動(dòng)音量控制，環(huán)繞立體聲和低音增強(qiáng)。SGTL5000 還提供了一個(gè)集成的耳機(jī)放大器。第三個(gè)設(shè)備，來(lái)自歐勝微電子的 WM8960，是目前編解碼器中高水平集成技術(shù)的代表。此部分顯示在圖 4 中，已配置為立體聲麥克風(fēng)和兩個(gè)立體聲線路級(jí)源的立體聲混頻器，帶有直接（D 類）揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器。它還包括一個(gè)片載耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器，連接 16Ω 負(fù)載，功率可達(dá) 40mW。
WM8960 提供了全面的內(nèi)部路由選項(xiàng)，表 1 顯示了路由輸入有多么靈活。案例 2 描述了圖 4 所示的信號(hào)路徑路由。
請(qǐng)注意，如果需要，輸入 1+2 或 1+3 可以作為一個(gè)差分對(duì)，輸入 3 也可同時(shí)連接到輸入和輸出混頻器。該組信號(hào)表示輸入的輸出混頻器。（黃色陰影區(qū)域顯示 ADC 和 DAC 斷電仍然可以提供的功能。）所有三個(gè)通道實(shí)現(xiàn)全面的可編程增益水平。
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為了說(shuō)明設(shè)備的操作，讓我們來(lái)看看表 1 案例 2，如圖 4 所示，假設(shè)已設(shè)置所有的標(biāo)稱增益等級(jí)。可在輸入 (ADC) 和輸出 (DAC) 端控制麥克風(fēng)和線路級(jí)輸入 2 混合水平（組信號(hào)）。可開(kāi)啟和關(guān)閉 3D 增強(qiáng)功能。可通過(guò)輸出混頻器將線路級(jí)輸入 3 直接饋送至輸出的功率放大器。
可以 3dB 步長(zhǎng)控制通道 3 的增益，并且可以單獨(dú)使所有通道靜音：通道 1 通過(guò)范圍放大器的靜音命令進(jìn)行靜音，通道 2 通過(guò)輸入增益放大器的靜音命令進(jìn)行靜音，通道 3 通過(guò)與輸出混頻器斷開(kāi)連接進(jìn)行靜音。此外，對(duì)于組信號(hào)（麥克風(fēng)和輸入 2），可應(yīng)用軟靜音和非靜音音量控制以及3D 立體聲增強(qiáng)功能。可以通過(guò)微控制器訪問(wèn)所有這些參數(shù)。
結(jié)論
通過(guò)將信號(hào)處理功能集成到設(shè)備中，編解碼器制造商為音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供一種方法，無(wú)需使用 DSP，僅利用編解碼器和小型微控制器即可實(shí)現(xiàn)有價(jià)值的音頻構(gòu)件。好處 -降低原料成本，減少元件數(shù)量，簡(jiǎn)化和精簡(jiǎn)代碼 - 意味著該架構(gòu)能夠得到更多設(shè)計(jì)的青睞，以較低的成本提供改進(jìn)的終端產(chǎn)品。
這表明，音頻應(yīng)用設(shè)計(jì)師應(yīng)該提出這樣的問(wèn)題：“有什么我會(huì)執(zhí)行的音頻處理功能，是無(wú)法使用高級(jí)編解碼器實(shí)現(xiàn)的嗎？”如果答案是沒(méi)有，那么用于音頻處理的 DSP 的靈活性就完全是一種不必要的浪費(fèi)。
