放大器模拟音效与反馈抑制的嵌入式算法研究与实现

作     者：韩奇 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭建豪

授予年度：2019年

学科分类：0711[理学-系统科学] 080902[工学-电路与系统] 07[理学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：音频音效 数字信号处理 系统辨识 啸叫抑制 嵌入式算法 

摘      要：音频音效处理是指对声音进行修改或增强的过程。生活中有许多场景都会有音频音效处理的需求,如演唱会需要混响音效来使歌手的声音更动听,演讲现场需要调节均衡器来使说话者的声音更清晰,又或者录音棚里需要对一段跑调的歌声修整音高。音频音效处理技术发展已久,分类也较为繁杂,粗略地可以分为修饰性音频音效和补偿性音频音效。顾名思义,前者是对音源音频增添或者增强某种效果,而后者是对音源音频的缺陷进行补偿或掩盖。借助搭载相关音频音效处理算法的硬件系统,便能实时无延迟地完成上述任务,使得说话、唱歌或乐器演奏的声音能够达到用户所期望的特定效果及质量。本文在上述分类中,在研究意义和社会价值等因素的考虑下,各选了一个方向进行研究,包括电子管功率放大器模拟音效和声音反馈现象抑制技术:(1)对于电子管功率放大器模拟音效,本文走了与目前主流的正向建模技术相反的研究方向,逆向建模,而该方法的核心难点在于维纳哈默斯坦模型的解耦辨识。本文提出了一个基于带前馈回路的神经网络的辨识方法,然后使用业界公开数据集对其进行检验,与行业内其他算法进行对比分析。最终以此为基础实现了电子管功率放大器模拟音频音效嵌入式算法;(2)本文首先研究了声音产生反馈现象的理论基础,并对比分析了目前主流的三种抑制处理技术:移频法,自适应滤波器法以及陷波器法。通过对三种方法基于抑制能力、声音质量以及实现成本等方面的综合考虑分析,选择了陷波器抑制法作为进一步研究和改进的对象。之后对于目前主流陷波器法存在的缺陷,通过融合离散频谱重心校正算法,过零检测算法,以及设计了一种基于递归滤波器的特征值算法,分别从时域和频域上对其改进。最后完成了改进的陷波器法的嵌入式算法,并进行了实验仿真,对仿真结果进行了分析;(3)本文在最后从硬件成本和运算能力等方面对比分析了具体的硬件方案,选择以RT1052和RT1021两块微处理器为算法处理核心、STM32F103RCT6为数据传输处理核心的三芯片方案,并给出了该硬件方案的关键部分电路图和最后的成品图。接着基于该硬件方案,设计了相应的主程序处理流程,最终完成了可以达到本文所设计算法要求的硬件平台。最后对以上本文主要工作进行了总结,并分析了可以继续改进的地方以及对所涉及的相关技术的展望。