Mūsdienu digitālās pieejas mikrofonu apstrādei

Privacy, Security, Society - Computer Science for Business Leaders 2016 (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Dizaina rīki padara vieglāku sarežģītu audio dizainu

Protams, mikrofoni daudzus audio lietojumus jau gadu desmitiem ir izmantoti. Nesen viņi ir ieguvuši jaunas vietas patērētāju un automobiļu ražošanā, un to izmantošana pieaug par vairāk nekā 17 procentiem gadā. Uzlabotas lietojumprogrammas ir no trokšņu slāpēšanas automašīnās, kamerām, kas sajauc vēja troksni, līdz pat IOT ierīcēm, kuras vienmēr ir ieslēgtas, klausoties.

Tagad mikrofoniem ir jāpārsniedz tālruņa funkcionalitātes prasības uz "mašīntulkošanas" lietojumprogrammām - ierīcēm, kas klausās un saprot, ko viņi dzird . Piemēram, audio balstīta drošības sistēma nevar vienkārši noteikt "skaņu", tai ir jāzina atšķirība starp stikla šķērsošanu un tuvās automašīnas. Lai šīs sistēmas darbotos vislabākajā veidā, audio signāliem jābūt pēc iespējas labam, ar atbilstošu signāla līmeni, bez trokšņa un artefaktiem.

Lai gan tie ir visuresoši, mikrofoni parasti ir vājākā signāla ķēdes saikne. Biežāk nekā nē, tie ir MEM mikrofoni, kuriem nepieciešama īpaša inženierija un apstrāde, lai sasniegtu vēlamos rezultātus. Viņu bieži bīstamās signāla-trokšņa (SNR) īpašības nozīmē, ka signāla līmenis var ievērojami atšķirties atkarībā no to tuvuma personai, kas runā (lauka tuvumā vai tālākajā laukā). Signāla kvalitāti ietekmē vēja troksnis un citas vides "fona" skaņas, kas apgrūtina pat cilvēku izpratni, jo īpaši ierīci. Turklāt signāla integritāti ietekmē produktu fizika - ja atrodas mikrofoni un kameras akustiskās īpašības.

Dažas no šīm problēmām var atrisināt, izmantojot vairākus mikrofonus. Izmanto masīvus ar 2, 4, 8 un vēl vairāk, ļaujot ierīcei izmantot atšķirības starp ieejām, lai iegūtu "labāko" signālu. Bet vairāki mikrofoni rada arī savas problēmas, kas saistītas ar nepareizas mijiedarbības panākšanu, nepieciešamību pareizi sajaukt, utt. Par laimi, daudzas no šīm problēmām var tikt atrisinātas, apstrādājot šos signālus.

Liels dinamikas diapazonsAutomātiska gaidīšanas kontrole (AGC)
Iegūt nesakritībuRūpnīcas kalibrēšana / Auto-gain regulēšana
Neplokšņa frekvences reakcijaIzlīdzināšanas / klātbūtnes filtri
DC kompensācijasAugsta caurlaides filtrs
Zema līmeņa troksnis / siksnasTrokšņu vārti
De-Essing un PoppingDinamikas procesori
Vēja troksnisVēja trokšņa noņemšana

1. tabula. Bieži sastopamās mikrofonu problēmas un to algoritmiskie risinājumi.

Piemēram, AGC var tikt ieviests tā, lai mīkstie signāli tiek pastiprināti, un tiek atskaņoti skaļi signāli. Process var ietvert dažādas algoritmiskas sastāvdaļas, tostarp filtrēšanu, aizkavēšanas līnijas, selektīvo pieauguma palielināšanu, kompresiju, ierobežošanu un galīgo signālu vispārēju izlīdzināšanu. Turpmākajā piemērā ir nepieciešami vairāk nekā duci atsevišķu bloku, un tas ir tikai, lai sniegtu labu signālu nākamajam procesam, neatkarīgi no tā, vai tas ir algoritms, kas ļauj atklāt sabrukšanas stiklu vai nosūtīt to mākonim teksta analīzei.

1. attēls: Audio Weaver AGC ieviešana.

Un, lai gan liela daļa no tā var būt balstīta uz mērījumiem un frekvenču apgabaliem, kas "vajadzētu" skaņu labi, galu galā AGC sistēmas iestatīšana ietver galīgo tweaking ar ausu, lai pārliecinātos, ka šīs signālu manipulācijas rezultāti ir faktiski efektīvi.

Tomēr, lai gan algoritma attīstība pati par sevi ir pietiekami sarežģīta, bieži rodas lielas grūtības faktiskajā ieviešanā un integrācijā produktā. Vai esmu izvēlējies labāko procesoru? Vai ir pieejamas zemākas izmaksas? Vai esmu pārliecināts, ka audio apstrāde ir pareizi īstenota?

Šo problēmu apvienošana ir tāda, ka, izstrādājot šīs sistēmas, parasti ir nepieciešams reti sastopams audio algoritmu programmētājs, iegultās sistēmas dizaineris, kas var īstenot procesu aparatūrā un audio inženieris ("zelta auss") izstrādātājs, kas var "tuneupēt" sistēmu, pieņemot psihoakustātiskos lēmumus, lai viss varētu izklausīties.

Ir vairāki pieejamie rīki, kas var ievērojami palīdzēt ar šo visu projektēšanas procesu. Viens piemērs ir datorizētā audio sistēmas izstrādes platforma Audio Weaver.

2. attēls: audio Weaver veidne.

Šis rīks ļauj izstrādāt programmatūru visam audio signāla ceļam no ieejas līdz izejai, iegultām audio lietojumprogrammām, tostarp automašīnu, patērētāju un profesionālām audio ierīcēm. Izstrādāts ar pieredzējušu izpratni par to, kā un kāpēc audio sistēmas darbojas labi, tas vienkāršo un uzlabo visu audio sistēmas pētniecības un izstrādes procesu - sākot ar produktu koncepciju, izmantojot izvēršanu un pastāvīgu apkopi.

Ar intuitīvu grafikas dizaina vilkšanas un nomešanas draudu un lietotāja interfeisu ar signāla plūsmu, Audio Weaver apvieno vairākas disciplīnas: audio dizaineri, audio algoritmu dizaineri un iegultās sistēmas inženieri. Dizaineri var izmantot vairāk nekā 400 optimizētus audio moduļus un iekļaut savus IP izkārtojumos ar papildu priekšrocību, veidojot vizuālu pašdokumentāciju, kas atvieglo dizainu un atkārtotu izmantošanu. Turklāt platforma ļauj vienlaikus attīstīt dažādas inženieru komandas, atbalstot lielāku produktivitāti.

Audio Weaver platforma nodrošina iegultās audio attīstību DSP procesoros, procesoru serdenēs un mikrokontrolleri no tādiem uzņēmumiem kā ARM, Analog Devices, Freescale, Intel, NXP, TI, STMicro un citi. Audio Weaver ir pieejams kā bezmaksas lejupielāde, tā komerciāli tiek izmantota, pamatojoties uz piegādātās vienības honorāra maksu. Papildu informāciju varat atrast vietnē www.dspconcepts.com.

BY DR. PAUL BECKMANN UN DENIS LABRECQUE, DSP koncepcijas, www.dspconcepts.com