【摘 要】
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智能音视频终端在多媒体会议系统、远程教室等系统广泛应用,而基于USB的声卡接口模块是其和计算机系统进行音频流传输的关键部件。作为便携式音频终端接口,USB声卡模块可以满足多种场景的应用需求,且相比于传统声卡拥有更好的音质表现。USB声卡以USB2.0协议为基础,实现了UAC(USB Audio Class)协议框架和HID接口。本文设计并实现了基于TMS320C6748高性能DSP的USB声卡模块
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智能音视频终端在多媒体会议系统、远程教室等系统广泛应用,而基于USB的声卡接口模块是其和计算机系统进行音频流传输的关键部件。作为便携式音频终端接口,USB声卡模块可以满足多种场景的应用需求,且相比于传统声卡拥有更好的音质表现。USB声卡以USB2.0协议为基础,实现了UAC(USB Audio Class)协议框架和HID接口。本文设计并实现了基于TMS320C6748高性能DSP的USB声卡模块,并完成图示均衡器算法,主要工作包括:1.声卡模块硬件及USB协议的研究。本文设计了声卡模块的硬件框架,包括硬件接口、通信协议以及内存技术;然后研究了USB2.0协议,主要包括USB数据传输,设备识别以及设备请求的原理;其次对UAC协议中的音频控制接口、音频流接口及音频类设备请求进行分析;最后研究了HID协议的传输原理,运行模式及控制方式。2.USB声卡模块的设计与实现。本文首先设计了声卡模块的硬件通路,其中声音的采集与还原由codec完成,而DSP通过多通道音频串口与codec传输音频流,并使用I2C总线控制codec;然后设计并实现USB协议的软件框架及协议栈,并以此为基础设计了USB设备的描述符结构并实现了完整的设备功能;其次针对UAC设计了音频拓扑结构与音频流以及音频控制接口,以实现音频数据传输和音频控制的功能,针对人机交互式场景设计了用于HID接口的报表结构及其中断传输通道,以实现设备端的音频控制;最后设计DMA通道使用ping-pong传输方式并配置其Pa RAM参数用于内存与寄存器之间的数据复制,同时使用高速缓存并维护缓存一致性用以满足数据处理的实时性要求。最终所设计的USB声卡模块实现了音频传输和控制功能,并分别对这些功能进行了测试。3.均衡器算法的设计与实现。为了进一步提升音频流质量,本文采用搁架式滤波器和峰值滤波器结合的滤波器组设计了倍频程分布的图示均衡器,并针对高电平信号的场景设计了限幅器用于防止信号失真。通过将均衡器的算法接口与USB的音频控制接口对接实现了十段图示均衡器控制。最后在特定的场景下对所设计均衡器进行了测试,结果表明,该均衡器可以有效地改善音质,提升个性化听觉体验。
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