Adaptive Filtering 功能詳解及代碼實現(xiàn)

摘 要

Texas instruments 推出的超低功耗miniDSP 音頻Codec 集成了miniDSP 內核，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 的一項重要功能。本文詳細介紹了該功能的使用方法及注意事項，并給出了示例代碼以供參考。

1 miniDSP Codec 簡介

德州儀器半導體公司(Texas Instruments)推出的內嵌miniDSP 的音頻編解碼器(簡稱miniDSP Codec)在普通音頻編解碼器的基礎上提供了強大、靈活的低功耗DSP 引擎來滿足消費類電子應用中對音質、音效的需求。

miniDSP 的內核是完全可編程的，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，在提供強大的音效處理能力的同時兼顧了低功耗特性，非常適合電池供電的便攜式產(chǎn)品應用，例如智能手機，多媒體播放器，導航儀，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、功能及使用方法。請用戶參考相應產(chǎn)品的器件手冊獲得詳細信息。

1.1 miniDSP Codec 架構

以AIC3254 為例，該miniDSP Codec 集成了兩個miniDSP 內核，如圖1 所示，miniDSP-A 位于ADC 信號路徑上，主要負責ADC 采樣后的數(shù)字音頻流處理。miniDSP-D 位于DAC 路徑上，主要負責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 內部簡化框圖

除了Audio Codec 以外，某些ADC、DAC 也擁有miniDSP 內核，本文介紹的部分內容也適用于該類器件。請參考相應器件的手冊獲得詳細信息。

1.2 miniDSP 內存架構及寄存器地址

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

• 指令內存用于存儲miniDSP 的運行指令及程序。

• 數(shù)據(jù)內存用來暫存miniDSP 運行時的運算結果等臨時數(shù)據(jù)。

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

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

表 1. TLV320AIC3254 內存架構及寄存器地址

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

注 意:

當用戶不需要Adaptive Filtering 功能時，建議關閉該功能。系數(shù)內存(Coefficent

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

2 Adaptive Filtering

2.1 功能概述

Adaptive Filtering 是一種在miniDSP 運行時的濾波器、音效控件、混音比例等參數(shù)的實時切換功能。啟動該功能后主控芯片可以通過控制端口對系數(shù)內存內的參數(shù)數(shù)據(jù)進行實時更新。

當miniDSP Codec 運行在non-Adaptive Filtering 模式下，系數(shù)內存中的濾波器、音效控件、混音比例等參數(shù)將被鎖定，無法實時更改。這種模式適用于不需要實時調節(jié)參數(shù)的場合。miniDSP 的代碼將在啟動時一次性被下載并執(zhí)行，運行過程中不會進行任何miniDSP 系數(shù)內存參數(shù)的修改。

當Adaptive Filtering 功能啟動后，系數(shù)內存將啟用緩存(Buffer-A 和Buffer-B)設置。允許用戶在miniDSP 工作時實時修改系數(shù)內存中的參數(shù)設置，從而滿足用戶實時調節(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)轉換為古典(Classic)模式，該效果實時產(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 位開啟或關閉miniDSP-A 的Adaptive Filtering 功能。D1 位用來指示miniDSP 運行時哪一個Buffer 被鎖定，用戶可讀取該位來確認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 功能是獨立運行的。

2.3 系數(shù)內存(Coefficient Memory)存取規(guī)范