雙核四線(xiàn)程多任務(wù)效果處理系統在KTV數字卡拉OK前級上的應用實(shí)現

　　【摘要】

　　隨著(zhù)數字技術(shù)的飛速發(fā)展，其在專(zhuān)業(yè)音響領(lǐng)域的應用也日趨廣泛、成熟。

　　專(zhuān)業(yè)音響處理系統從發(fā)展之初的模擬化處理到現代的數字化經(jīng)歷的時(shí)間也十分短暫?，F階段，由于各方面技術(shù)的進(jìn)步，專(zhuān)業(yè)擴聲系統對聲音質(zhì)量的要求越來(lái)越高。這就要求選擇一個(gè)功能齊全、性能穩定、技術(shù)先進(jìn)、穩定適用的數字處理平臺應對紛繁復雜的算法要求。

　　三基音響企業(yè)早在1999年就開(kāi)始探索專(zhuān)用于卡拉OK系統中，用于提升音樂(lè )、歌唱聲音表現質(zhì)量的數字化前級效果器。

　　從2001年首臺四通道卡拉OK前級效果器到之后的多通道全數字卡拉OK前級是一個(gè)歷史演變的過(guò)程。其中它僅僅是在數位轉換、運算速度、存儲空間及效果處理上不斷擴展。其核心DSP芯片也從最早期的單片DSP向多片DSP發(fā)展，其混響效果當然也日益改善、功能也在不斷的擴展。它是用戶(hù)日益旺盛的應用需求的產(chǎn)物。

　　而現在市場(chǎng)上所需求的卡拉Ok前級處理器要求融入更多的處理元素，一般并行的概念已很難滿(mǎn)足這種要求，從實(shí)際應用和用戶(hù)反饋情況看來(lái)，現在較為流行的多片DSP芯片并行處的技術(shù)曝露出了許多弊端。諸如：數據冗滯、交互延遲、總線(xiàn)瓶塞、穩定性差等問(wèn)題。

　　從理論上來(lái)講，有些問(wèn)題已經(jīng)成為了這種技術(shù)解決方案不可逾越的瓶頸。多片DSP并行處理技術(shù)還尚處于非成熟階段。

　　為此，三基企業(yè)另僻奚徑，參考ADM的雙核共總線(xiàn)理論，在數字卡拉OK前級處理技術(shù)進(jìn)行探索。經(jīng)過(guò)為期近一年的試驗與測試，實(shí)時(shí)推出了基于雙核多線(xiàn)程矢量處理平臺的多通道全數字卡拉OK前級處理器DCM-28E。

　　本文將從原理上分析介紹該數字處理平臺，并扼要介紹其工程應用中的功能需求。在此，感謝南京大學(xué)的數技術(shù)老師們對該產(chǎn)品的研發(fā)提供技術(shù)指導。

　　縱觀(guān)卡拉OK前級類(lèi)設備，其誕生也就十年的歷史。此類(lèi)設備是因情勢發(fā)展需求而誕生的。究其誕生發(fā)展史，有據可查：國內第一臺多通道卡拉OK前級KMIX-1于2000年研發(fā)出來(lái)，在2001年才真正在市場(chǎng)上賣(mài)開(kāi)。

　　那時(shí)的卡拉OK前級主要是模擬處理的多，KMIX-1也不例外：她僅僅在效果處理部分引入了DSP應用。其它的都是模擬線(xiàn)路。功能也不是很多，不過(guò)相對來(lái)說(shuō)在2001年已經(jīng)是轟動(dòng)一時(shí)的產(chǎn)品了。

　　后來(lái)出現的KMIX-3/KMIX-330就是全數字處理的設備了，雖然是單核，其音頻處理能力和各種功能還是有很大的發(fā)展?，F推出的DCM-28E在原有設備基礎上，繼承了一些傳統的音色和功能，同時(shí)采用雙核處理機制，多線(xiàn)程協(xié)同處理，在音頻的空間處理上采用矢量演算法則，使后處理的聲音更接近實(shí)際自然的聲音，當然如果你需要，也可以靈活地配置為你所想聽(tīng)到的聲音。

　　DCM-28E這款卡拉OK前級集成了專(zhuān)業(yè)音響產(chǎn)品多種周邊器材的功能：前級放大器(話(huà)放)+效果器(美化歌唱人聲效果)+動(dòng)態(tài)處理器(噪聲門(mén)、限幅器、自動(dòng)增益控制器等)+分頻器+參量均衡器(整機設備包含了各個(gè)通道音頻元素的調整點(diǎn))+反饋抑制器+混音器(3組立體聲輸出+超低音+中置聲道輸出的輸入音源元素可靈活配置比例),如此眾多功能，自然對設備的心臟雙核芯片提出了嚴峻的要求。DCM-28E首次采用雙核多線(xiàn)程處理方式，對進(jìn)入設備的多路信號同時(shí)進(jìn)行編碼、后處理，再解碼。

　　本文一再提到的雙核多線(xiàn)程多任務(wù)音頻處理技術(shù)到底是什么呢?它跟傳統的DSP處理技術(shù)有什么區別呢?這恐怕是很多讀者都想要問(wèn)的問(wèn)題。

　　前面有介紹到，本系統的平臺技術(shù)是參考了ADM的雙核共線(xiàn)理論。也就是說(shuō)從原理上來(lái)講跟ADM的雙核共線(xiàn)CPU的原理是相似的，唯一不同的是，ADM的雙核CPU肩負了圖文、影像等更為龐大的數據流處任務(wù)，而本機的核心處理平臺卻只是進(jìn)行音頻數據流處理。

　　對計算機硬件技術(shù)熟悉的朋友都知道，ADM的雙核共線(xiàn)CPU是業(yè)界定義為真正意義的雙核處理平臺。它的兩個(gè)核心可以分別同時(shí)處理不同的任務(wù)指令，且各自都具有超線(xiàn)程的能力，因此，單個(gè)核心經(jīng)過(guò)超線(xiàn)程后就可以分別實(shí)現雙線(xiàn)程，從而使該雙核芯片具有四線(xiàn)程多任務(wù)處理能力。

　　DCM-28E的雙核、多線(xiàn)程、多任務(wù)音頻處理系統同樣是基于該理論，聯(lián)合臺灣著(zhù)名的芯片公司共同開(kāi)發(fā)，特別在內核間進(jìn)行拓樸信道處理，從而使之達成以網(wǎng)狀拓樸結構進(jìn)行指令執行與數據交互的運行模式。與傳統的單片、多片DSP處理理論完全不同。此設備引入雙核的最大目的是提升系統的處理速度，增加系統穩定性，從而避免大數據流堵塞引起系統假死、重啟等。強大的處理引擎是高速數字音頻信號處理的首要條件。下面就從實(shí)際功能需求抽出幾點(diǎn)分析雙核多線(xiàn)程處理平臺的應用特點(diǎn)。

　　均衡器：為了改善系統傳輸頻率響應特性而設置的數個(gè)參量均衡點(diǎn)，分布在話(huà)筒、音樂(lè )通道，房間均衡、中置和超低音輸出均衡。為避免音質(zhì)損失，這些均衡器都要求雙精度演算。再者考慮到成本、功耗等因素，選取了72位定點(diǎn)DSP和32位浮點(diǎn)DSP相結合配置方式，互為補充，協(xié)同進(jìn)行音頻處理。

　　智能動(dòng)態(tài)處理器： 考慮到實(shí)際KTV場(chǎng)所音源狀況，在雙核里面同時(shí)開(kāi)出專(zhuān)門(mén)用于噪聲門(mén)、自動(dòng)增益控制及限幅器的一條處理算法路徑。充分發(fā)揮雙核多線(xiàn)程特點(diǎn)，將應用需求在此平臺上輕松實(shí)現。

　　反饋抑制器：由于擴聲場(chǎng)所聲場(chǎng)的傳輸特性不均勻，有些頻率會(huì )反射過(guò)強，當系統傳輸增益設置過(guò)高時(shí)，容易造成正反饋產(chǎn)生刺耳的嘯叫聲。在雙核處理平臺上，通過(guò)內部的自動(dòng)檢測及

　　嘯叫抑制機制，能有效提升系統傳輸增益，改善嘯叫狀況。

　　效果處理器：運用浮點(diǎn)DSP的快速運算功能，將用于專(zhuān)業(yè)演唱的 REVERB(混響)算法移植到此平臺上，加上經(jīng)典傳統的 ECHO(回聲)效果，構成了卡拉OK歌唱最基本也是最實(shí)用的效果。

　　以上僅舉一部分功能作扼要說(shuō)明，本文重點(diǎn)就此設備的均衡作詳細分析，其它功能特點(diǎn)也基本遵照此資源需求模式可循。

　　從下圖可以看出，DCM-28E可調參量均衡點(diǎn)的分布狀況，在每個(gè)重要的信號通路上都有至少2個(gè)靈活的EQ點(diǎn)，甚至多達7段的房間均衡。這些參量均衡器可設置如下類(lèi)型：Peaking(峰值濾波器)/Notch(陷波器)/Hi-Shelf(高頻斜坡濾波器)/Lo-Shelf(低頻斜坡濾波器)，每個(gè)濾波器的頻率可從20Hz~20kHz調整，精度可達1/12倍頻程，每個(gè)濾波器的Q值也可靈活設置，還有增益控制范圍為-12dB~+12dB。

　　基于現行的豪華KTV包間的精裝修、大空間、功能豐富、布局怪異。這種環(huán)境的建聲條件都不是十分理想，頻響、聲干涉、聲場(chǎng)均勻度等都是問(wèn)題。

　　因此，要求前級設備可以具備多分區、多級的調試功能，其可調的均點(diǎn)就要求比較多。而高精度均衡算法的運算對信號處理器資源要求勢必要求很高。而現有的單核音頻DSP芯片已很難滿(mǎn)足這種要求，再加上效果、反饋抑制等算法對資源的要求，讓傳統的單DSP芯片和雙DSP遇到瓶頸。

　　DCM-28E正是考慮到了這些問(wèn)題，才在數據處理能力、系統資源分配等問(wèn)題上著(zhù)手從而引入雙核多線(xiàn)程的數據處理模式。數字技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)專(zhuān)業(yè)音頻領(lǐng)域新的挑戰和應用，三基企業(yè)為滿(mǎn)足客戶(hù)的不斷發(fā)展之需求，正在建立健全幾種標準化數字信號處理平臺。對音頻信號的處理不再局限于并行或是多核超線(xiàn)程矢量運算等理論，三基的工程師們正在日以繼夜色的在數字音頻處理技術(shù)領(lǐng)域嘗試著(zhù)新的理念，與計算機硬件發(fā)展領(lǐng)域共資源將是三基數位研究技術(shù)的新方向，新的課題。

　　作為前卡拉OK前級效果發(fā)明者的三基企業(yè)正在努力，努力實(shí)現在這個(gè)領(lǐng)域的繼續領(lǐng)跑，只有這樣才能在未來(lái)的發(fā)展之中做到平臺的先進(jìn)性和擴展性，才能不斷實(shí)現產(chǎn)品的軟升級，以最大程度為終端客戶(hù)服務(wù)。