雙核四線程多任務(wù)效果處理系統(tǒng)在KTV數(shù)字卡拉OK前級(jí)上的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

　　【摘要】

　　隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，其在專業(yè)音響領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨廣泛、成熟。

　　專業(yè)音響處理系統(tǒng)從發(fā)展之初的模擬化處理到現(xiàn)代的數(shù)字化經(jīng)歷的時(shí)間也十分短暫。現(xiàn)階段，由于各方面技術(shù)的進(jìn)步，專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)對(duì)聲音質(zhì)量的要求越來越高。這就要求選擇一個(gè)功能齊全、性能穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定適用的數(shù)字處理平臺(tái)應(yīng)對(duì)紛繁復(fù)雜的算法要求。

　　三基音響企業(yè)早在1999年就開始探索專用于卡拉OK系統(tǒng)中，用于提升音樂、歌唱聲音表現(xiàn)質(zhì)量的數(shù)字化前級(jí)效果器。

　　從2001年首臺(tái)四通道卡拉OK前級(jí)效果器到之后的多通道全數(shù)字卡拉OK前級(jí)是一個(gè)歷史演變的過程。其中它僅僅是在數(shù)位轉(zhuǎn)換、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)空間及效果處理上不斷擴(kuò)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(dāng)然也日益改善、功能也在不斷的擴(kuò)展。它是用戶日益旺盛的應(yīng)用需求的產(chǎn)物。

　　而現(xiàn)在市場(chǎng)上所需求的卡拉Ok前級(jí)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足這種要求，從實(shí)際應(yīng)用和用戶反饋情況看來，現(xiàn)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(shù)據(jù)冗滯、交互延遲、總線瓶塞、穩(wěn)定性差等問題。

　　從理論上來講，有些問題已經(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的雙核共總線理論，在數(shù)字卡拉OK前級(jí)處理技術(shù)進(jìn)行探索。經(jīng)過為期近一年的試驗(yàn)與測(cè)試，實(shí)時(shí)推出了基于雙核多線程矢量處理平臺(tái)的多通道全數(shù)字卡拉OK前級(jí)處理器DCM-28E。

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

　　縱觀卡拉OK前級(jí)類設(shè)備，其誕生也就十年的歷史。此類設(shè)備是因情勢(shì)發(fā)展需求而誕生的。究其誕生發(fā)展史，有據(jù)可查：國(guó)內(nèi)第一臺(tái)多通道卡拉OK前級(jí)KMIX-1于2000年研發(fā)出來，在2001年才真正在市場(chǎng)上賣開。

　　那時(shí)的卡拉OK前級(jí)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(yīng)用。其它的都是模擬線路。功能也不是很多，不過相對(duì)來說在2001年已經(jīng)是轟動(dòng)一時(shí)的產(chǎn)品了。

　　后來出現(xiàn)的KMIX-3/KMIX-330就是全數(shù)字處理的設(shè)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(xiàn)推出的DCM-28E在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，繼承了一些傳統(tǒng)的音色和功能，同時(shí)采用雙核處理機(jī)制，多線程協(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(dāng)然如果你需要，也可以靈活地配置為你所想聽到的聲音。

　　DCM-28E這款卡拉OK前級(jí)集成了專業(yè)音響產(chǎn)品多種周邊器材的功能：前級(jí)放大器(話放)+效果器(美化歌唱人聲效果)+動(dòng)態(tài)處理器(噪聲門、限幅器、自動(dòng)增益控制器等)+分頻器+參量均衡器(整機(jī)設(shè)備包含了各個(gè)通道音頻元素的調(diào)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(duì)設(shè)備的心臟雙核芯片提出了嚴(yán)峻的要求。DCM-28E首次采用雙核多線程處理方式，對(duì)進(jìn)入設(shè)備的多路信號(hào)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程多任務(wù)音頻處理技術(shù)到底是什么呢?它跟傳統(tǒng)的DSP處理技術(shù)有什么區(qū)別呢?這恐怕是很多讀者都想要問的問題。

　　前面有介紹到，本系統(tǒng)的平臺(tái)技術(shù)是參考了ADM的雙核共線理論。也就是說從原理上來講跟ADM的雙核共線CPU的原理是相似的，唯一不同的是，ADM的雙核CPU肩負(fù)了圖文、影像等更為龐大的數(shù)據(jù)流處任務(wù)，而本機(jī)的核心處理平臺(tái)卻只是進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)流處理。

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

　　DCM-28E的雙核、多線程、多任務(wù)音頻處理系統(tǒng)同樣是基于該理論，聯(lián)合臺(tái)灣著名的芯片公司共同開發(fā)，特別在內(nèi)核間進(jìn)行拓樸信道處理，從而使之達(dá)成以網(wǎng)狀拓樸結(jié)構(gòu)進(jìn)行指令執(zhí)行與數(shù)據(jù)交互的運(yùn)行模式。與傳統(tǒng)的單片、多片DSP處理理論完全不同。此設(shè)備引入雙核的最大目的是提升系統(tǒng)的處理速度，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而避免大數(shù)據(jù)流堵塞引起系統(tǒng)假死、重啟等。強(qiáng)大的處理引擎是高速數(shù)字音頻信號(hào)處理的首要條件。下面就從實(shí)際功能需求抽出幾點(diǎn)分析雙核多線程處理平臺(tái)的應(yīng)用特點(diǎn)。

　　均衡器：為了改善系統(tǒng)傳輸頻率響應(yīng)特性而設(shè)置的數(shù)個(gè)參量均衡點(diǎn)，分布在話筒、音樂通道，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(jié)合配置方式，互為補(bǔ)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)開出專門用于噪聲門、自動(dòng)增益控制及限幅器的一條處理算法路徑。充分發(fā)揮雙核多線程特點(diǎn)，將應(yīng)用需求在此平臺(tái)上輕松實(shí)現(xiàn)。

　　反饋抑制器：由于擴(kuò)聲場(chǎng)所聲場(chǎng)的傳輸特性不均勻，有些頻率會(huì)反射過強(qiáng)，當(dāng)系統(tǒng)傳輸增益設(shè)置過高時(shí)，容易造成正反饋產(chǎn)生刺耳的嘯叫聲。在雙核處理平臺(tái)上，通過內(nèi)部的自動(dòng)檢測(cè)及

　　嘯叫抑制機(jī)制，能有效提升系統(tǒng)傳輸增益，改善嘯叫狀況。

　　效果處理器：運(yùn)用浮點(diǎn)DSP的快速運(yùn)算功能，將用于專業(yè)演唱的 REVERB(混響)算法移植到此平臺(tái)上，加上經(jīng)典傳統(tǒng)的 ECHO(回聲)效果，構(gòu)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明，本文重點(diǎn)就此設(shè)備的均衡作詳細(xì)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(diào)參量均衡點(diǎn)的分布狀況，在每個(gè)重要的信號(hào)通路上都有至少2個(gè)靈活的EQ點(diǎn)，甚至多達(dá)7段的房間均衡。這些參量均衡器可設(shè)置如下類型：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(diào)整，精度可達(dá)1/12倍頻程，每個(gè)濾波器的Q值也可靈活設(shè)置，還有增益控制范圍為-12dB~+12dB。

　　基于現(xiàn)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)均勻度等都是問題。

　　因此，要求前級(jí)設(shè)備可以具備多分區(qū)、多級(jí)的調(diào)試功能，其可調(diào)的均點(diǎn)就要求比較多。而高精度均衡算法的運(yùn)算對(duì)信號(hào)處理器資源要求勢(shì)必要求很高。而現(xiàn)有的單核音頻DSP芯片已很難滿足這種要求，再加上效果、反饋抑制等算法對(duì)資源的要求，讓傳統(tǒng)的單DSP芯片和雙DSP遇到瓶頸。

　　DCM-28E正是考慮到了這些問題，才在數(shù)據(jù)處理能力、系統(tǒng)資源分配等問題上著手從而引入雙核多線程的數(shù)據(jù)處理模式。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展帶來專業(yè)音頻領(lǐng)域新的挑戰(zhàn)和應(yīng)用，三基企業(yè)為滿足客戶的不斷發(fā)展之需求，正在建立健全幾種標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)。對(duì)音頻信號(hào)的處理不再局限于并行或是多核超線程矢量運(yùn)算等理論，三基的工程師們正在日以繼夜色的在數(shù)字音頻處理技術(shù)領(lǐng)域嘗試著新的理念，與計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展領(lǐng)域共資源將是三基數(shù)位研究技術(shù)的新方向，新的課題。

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