基于频域滤波数字均衡器的设计

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在音频处理中,均衡器可以改变音频信号的频响特性,从而弥补信号在传输过程中的缺陷或是达到特定的声音处理效果。通常情况下,均衡器将音频处理信号(20~20 K)按一定的规律分为10段,15段,25段或31段来进行调节。
    常采用的均衡器算法是使用IIR或者FIR滤波器滤波的设计方法。这种方法有几个不足之处:IIR滤波器具有反馈回路,会出现相位偏差;FIR滤波器会造成很大的时间延迟,这对于实时滤波是非常不利的。另外,如果使用IIR或者FIR滤波器,所调节的频段越多,增加的滤波器的个数也越多,运算量也明显增大。而通过傅里叶变换设计均衡器,不但在滤波的过程中具有很大的优越性,不存在相位误差、时间延迟这些问题,对调节多段均衡程序运算量上也有明显的减少。另外,这段程序是在TMS320DM642上进行的,该芯片的特点就是可以进行快速的乘法运算,因此,卷积等运算可以在芯片上高速的运行。

1 设计原理
   
均衡器的基本功能就是调节信号各段频率的强弱,从而弥补信号在传输过程中的缺陷或是达到特定的声音处理效果。因此为了达到这个目的,调节信号的各段频率可以将输入的信号进行以下处理:
    1)对输入的信号进行快速傅里叶变换,使得各个频段的信号分开;
    2)对需要变化的频点及其周围的频点进行相应的处理;
    3)将处理后的信号进行傅里叶反变换,得到最后需要的信号。

2 傅里叶变换
   
快速傅里叶变换的时域抽取方法是将输入的信号按奇偶分开,打乱原来的顺序,之后进行蝶形运算,以保证输出的序列是按着时间顺序排列的。分解过程遵循两条规则:1)对时间进行偶奇分解,即码位倒置;2)对频率进行前后分解,即蝶形运算。
2.1 码位倒置
  
将长度为Ⅳ的时域序列x(n)按n的奇偶分为两组,变成两个N/2序列
   
    码位倒置可以将输入数据依照奇偶分开,如表1所示。


2.2 蝶形运算
2.2.1 蝶形运算的原理

    蝶形变换是将处理的信号进行分级处理,逐次进行DFT变换,以减少复数的乘法减少运算次数。对于输入x(n)序列奇偶按分开的两个序列的DFT运算分别是