Adaptive Filtering 功能詳解及代碼實(shí)現(xiàn)

摘 要

Texas instruments 推出的超低功耗miniDSP 音頻Codec 集成了miniDSP 內(nèi)核，可在耗電極低的工作狀態(tài)下為電池供電的便攜式產(chǎn)品提供高性能的語音及音樂處理能力。AdaptiveFiltering 是miniDSP 的一項(xiàng)重要功能。本文詳細(xì)介紹了該功能的使用方法及注意事項(xiàng)，并給出了示例代碼以供參考。

1 miniDSP Codec 簡介

德州儀器半導(dǎo)體公司(Texas Instruments)推出的內(nèi)嵌miniDSP 的音頻編解碼器(簡稱miniDSP Codec)在普通音頻編解碼器的基礎(chǔ)上提供了強(qiáng)大、靈活的低功耗DSP 引擎來滿足消費(fèi)類電子應(yīng)用中對音質(zhì)、音效的需求。

miniDSP 的內(nèi)核是完全可編程的，支持許多錄音和回放的專用算法。例如：多段均衡(Multi-Band Equalization)、動態(tài)噪聲消除(Dynamic Noise Filter)、回聲消除(Echo Cancellation)等。miniDSP Codec 具有非常優(yōu)秀的電源管理功能，在提供強(qiáng)大的音效處理能力的同時(shí)兼顧了低功耗特性，非常適合電池供電的便攜式產(chǎn)品應(yīng)用，例如智能手機(jī)，多媒體播放器，導(dǎo)航儀，電子相框等。

TLV320AIC3254(簡稱AIC3254)是miniDSP Codec 的典型器件，本文將基于該器件展開分析。其他miniDSP Codec 均具有類似的架構(gòu)、功能及使用方法。請用戶參考相應(yīng)產(chǎn)品的器件手冊獲得詳細(xì)信息。

1.1 miniDSP Codec 架構(gòu)

以AIC3254 為例，該miniDSP Codec 集成了兩個(gè)miniDSP 內(nèi)核，如圖1 所示，miniDSP-A 位于ADC 信號路徑上，主要負(fù)責(zé)ADC 采樣后的數(shù)字音頻流處理。miniDSP-D 位于DAC 路徑上，主要負(fù)責(zé)I2S 總線輸入的數(shù)字音頻流處理。miniDSP-A 和miniDSP-D 之間有互聯(lián)的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線可用于數(shù)據(jù)交換及共享代碼空間。

圖 1. miniDSP 音頻Codec 內(nèi)部簡化框圖

除了Audio Codec 以外，某些ADC、DAC 也擁有miniDSP 內(nèi)核，本文介紹的部分內(nèi)容也適用于該類器件。請參考相應(yīng)器件的手冊獲得詳細(xì)信息。

1.2 miniDSP 內(nèi)存架構(gòu)及寄存器地址

miniDSP-A 和D 分別有自己獨(dú)立的內(nèi)存空間。每個(gè)DSP 的內(nèi)存分為指令內(nèi)存(Instruction RAM)、數(shù)據(jù)內(nèi)存(Data RAM)和系數(shù)內(nèi)存(Coefficient RAM)三類。

• 指令內(nèi)存用于存儲miniDSP 的運(yùn)行指令及程序。

• 數(shù)據(jù)內(nèi)存用來暫存miniDSP 運(yùn)行時(shí)的運(yùn)算結(jié)果等臨時(shí)數(shù)據(jù)。

• 系數(shù)內(nèi)存用來存儲miniDSP 音效、增益等控件的參數(shù)數(shù)據(jù)。

指令內(nèi)存和系數(shù)內(nèi)存均可通過映射的I2C 或SPI 地址來進(jìn)行讀寫。Codec 上電時(shí)主控芯片需要通過I2C 或SPI 接口將miniDSP 程序下載到指令內(nèi)存和系數(shù)內(nèi)存以供運(yùn)行。以TLV320AIC3254 為例，指令內(nèi)存、系數(shù)內(nèi)存的寄存器映射地址及功能如表1 所示：

表 1. TLV320AIC3254 內(nèi)存架構(gòu)及寄存器地址

從寄存器映射地址可發(fā)現(xiàn)，miniDSP-A 和 miniDSP-D 的系數(shù)內(nèi)存控件均被等分成兩塊：Buffer-A和Buffer-B。當(dāng)Adaptive Filtering 功能關(guān)閉時(shí)，Buffer-A 和Buffer-B 是一個(gè)整體，連續(xù)的存儲空間。當(dāng)Adaptive Filtering 功能開啟時(shí)，兩個(gè)Buffer 的內(nèi)容是完全同步并相互備份的。這種內(nèi)存架構(gòu)是Adaptive Filtering 功能的基礎(chǔ)。

注 意:

當(dāng)用戶不需要Adaptive Filtering 功能時(shí)，建議關(guān)閉該功能。系數(shù)內(nèi)存(Coefficent

RAM)將不會劃分Buffer-A 和Buffer-B。能提供多一倍的系數(shù)內(nèi)存給用戶使用。

2 Adaptive Filtering

2.1 功能概述

Adaptive Filtering 是一種在miniDSP 運(yùn)行時(shí)的濾波器、音效控件、混音比例等參數(shù)的實(shí)時(shí)切換功能。啟動該功能后主控芯片可以通過控制端口對系數(shù)內(nèi)存內(nèi)的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

當(dāng)miniDSP Codec 運(yùn)行在non-Adaptive Filtering 模式下，系數(shù)內(nèi)存中的濾波器、音效控件、混音比例等參數(shù)將被鎖定，無法實(shí)時(shí)更改。這種模式適用于不需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)的場合。miniDSP 的代碼將在啟動時(shí)一次性被下載并執(zhí)行，運(yùn)行過程中不會進(jìn)行任何miniDSP 系數(shù)內(nèi)存參數(shù)的修改。

當(dāng)Adaptive Filtering 功能啟動后，系數(shù)內(nèi)存將啟用緩存(Buffer-A 和Buffer-B)設(shè)置。允許用戶在miniDSP 工作時(shí)實(shí)時(shí)修改系數(shù)內(nèi)存中的參數(shù)設(shè)置，從而滿足用戶實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)音效等參數(shù)的需求。例如，啟用了Adaptive Filtering 模式后，用戶可在聽歌過程中將EQ 均衡器從流行(POP)轉(zhuǎn)換為古典(Classic)模式，該效果實(shí)時(shí)產(chǎn)生作用無需中斷播放。

2.2 Adaptive Filtering 控制寄存器

Adaptive Filtering 功能是通過特定寄存器來控制和實(shí)現(xiàn)的，以AIC3254 的miniDSP-A 為例，表2列出了miniDSP-A 的Adaptive Filtering 控制寄存器的含義。用戶可通過D2 位開啟或關(guān)閉miniDSP-A 的Adaptive Filtering 功能。D1 位用來指示miniDSP 運(yùn)行時(shí)哪一個(gè)Buffer 被鎖定，用戶可讀取該位來確認(rèn)Buffer 使用的狀態(tài)。D0 位用來控制Buffer 的切換，向D0 位寫入1 后miniDSP-A 會切換到新的Buffer 進(jìn)行工作，并向控制端口釋放原先使用的Buffer。切換完畢后D0的值會自動清零，用戶可通過循環(huán)讀取D0 的值來判斷Buffer 的切換是否已經(jīng)完成。

表 2. AIC3254 miniDSP-A Adaptive Filtering 控制寄存器(P8_R1)

注 意:

每個(gè)支持Adaptive Filtering 功能的miniDSP 都有自己的Adaptive Filtering 控制寄存器，miniDSP-A 和miniDSP-D 的Adaptive Filtering 功能是獨(dú)立運(yùn)行的。

2.3 系數(shù)內(nèi)存(Coefficient Memory)存取規(guī)范