Table of Contents

Düşük çözünürlükli ses efektleri profesyonel ses uygulamaları, canlı performans sistemleri ve gerçek zamanlı ses işleme ortamları için kritiktir.Her mikro gecikmenin her mikrosaniyesi, DSP işlemcileri kullanarak etkili düşük ücretli ses efektlerini gözden geçirebilir, mimari temelleri, algoritma tasarımını, bu sıkı zaman zaman sınırlamalarını ve en iyi test uygulamalarını gerçekleştirmek için tasarlanmıştır.

DSP Processor Architecture

DSP işlemciler, birkaç önemli şekilde genel amaçlı CPUlardan farklıdır. Genellikle bir Harvard mimarisini ayrı program ve veri bellek otobüsleriyle birleştirir, aynı anda eğitim alma ve veri erişimi sağlar. Birçok kişi donanım multipliers ve cumulators (MAC) tek yönlü işlemleri optimize etmek için önemlidir. Bazı modern DSPs SIMD (Tek-üçli Eğitim Birden Çok Veri) birimleri, çift-öneticileri, ve çift çekirdekli tasarımları içerir.

Anahtar bileşenleri ve onların Etkileri Latency

Geçim hızlarını doğrudan etkileyen temel bileşenler, arithmetic mantık ünitesi (ALU), multiplier, cumulator ve hafıza alt sistemi. Borulu infaz aşamaları yüksek saat hızları sağlar, ancak aynı zamanda öngörülebilir gecikme hatları uygulamaları da sunar. Doğrudan bellek erişim (DMA) kontrolleri hafıza ve periferiler arasındaki yük veri transferleri, işlemciler arasındaki sabit bir şekilde sabit diskolar.

Sabit-Point vs. Floating-Point Processors

Sabit nokta DSPs, gömülü cihazlardaki gerçek zamanlı ses efektleri gibi, diğer yandan daha geniş dinamik aralık ve daha kolay algoritma geliştirme sunabilen bir algoritma ile tam zamanlı olarak kullanılan uygulamaları başarı ile başarır.Ancak, birçok modern yüzen DSP'ler, diğer yandan, daha geniş dinamik aralık ve daha kolay algoritma geliştirme sunar. Düşük seviyeli ses için, sabit nokta genellikle tahmin edilebilir zaman ve persample yükleri nedeniyle kazanır.

Adım 1: Ses Etkisinizi Tahmin Etmek

Uygulamayı düşündüğünüz etki için bir spesifikasyon yazmaya başlayın. Sadece akustik etki (örneğin, retter kuyruğu uzunluğu, filtre kesme, disping çekme eğrisi) değil aynı zamanda geç bütçe, örnek oranı ve biraz derinlik.

  • [FONT:0)Reverb[DÜDÜT:1): Büyük gecikme hatları kullanarak tüm geçit filtreleri gerekir. Latency-sensitive çünkü kuru yol işlemez kalmalıdır.
  • [FONT:0]Delay[DÜDÜT:1): Basit besleme veya geri bildirim filtrelerini dairesel tamponlara dayanan olarak kullanın. Latency doğal olarak düşük çünkü sadece gecikmiş yol etkilenir.
  • [FONT=0]Equalization[DÜT:1]: Kalitastik IIR filtreleri veya FIR yapıları kullanın. IIR filtreler verimlidir, ancak faz bozulması sunar; FIR filtreler doğrusal bir aşama sağlar, ancak daha fazla musluk gerektirir.
  • [FONT:0]Distortion[DDD]): Çok düşük gecikmeli örnekle hesaplanabilir doğrusal olmayan dalgalar.

Her etki için beklenen maksimum geç kalmışlığı tanımlar. Örneğin, canlı bir monitör karıştırma konsolu sadece 1-2 ms yuvarlak-trip geç kalmış olabilir, ancak bir ön lisans etkisi 10 ms. Dokümantasyon bu kısıtlamaların erken ön tasarımını engelleyebilir.

Adım 2: Verimli Algoritmalar Geliştir

Algoritma verimliliği düşük gecikme elde etmek için en kritik faktördür. Her bir çok uygulama ve ek, sonlu bir saat döngüsü alır, bu yüzden numune başına sayıyı doğrudan azaltır.

IIR vs. FIR Filtreler

Eşitleştirme ve şekillendirme için, sonsuz dürtü cevabı (IIR) filtreler, sabit noktalı matematik kullanarak, sayısallaştırma hatasının azaltılması ve aşırı yükleme siparişlerinde belirsiz olabilir. IIR biquad (ikinci sipariş) bölümler standart bir bina bloğudur. Sabit noktalı matematik kullanırken, BiQuad filtrelerini yarı yarıya indirmesi için uygular.For applications require lineer stage with minimal latency, consider using a short FIR filter (e.g., 32 musluklar) with dynamic, which uses multiplications by half.

Reverbd Convolution for Resöz

Oda reverb genellikle IR'yi küçük segmentlere ayırarak ve FFT'yi kullanarak tekrar bölmek için uzun süre boyunca gerekli olan milyonlarca MAC'u örnek olarak alır.Dönetici, düşük hacimli bütçelere göre daha fazla kısıtlama sağlar.Revolution methods partition the IR into small Segments and process them with overlap-add using FFT. For real-time use, uniform partitioned convolutions (UPConv) with partitions.

Tablolar ve Approximations

DSP'ler sabit nokta, masa aramaları matematik kütüphaneleri aramaktan daha hızlı olabilir, çünkü zarf algılama için basit bir ilk sipariş düşük frekanslı filtre (smoothing) kullanın.

Adım 3: Buffer Boyutlarını Geliştirin

Buffer boyutu, ses zincirinin grup gecikmesini belirler. Örnek olarak Fs'ta N örnek bir testte N / Fs saniyelerinin minimum gecikmesini sağlar. Örneğin, 48 kHz'de 64-sample buffer, 256-sample bir tampon verirken, 5.33 ms.

Doğru tampon boyutu seçmek bir dengeleme eylemidir: çok küçük sık sık sık servise bağlı yüksek CPU yüküne yol açar; çok büyük nedenler kabul edilemez gecikmeye neden olur.En iyi boyut, DSP'nin DMA yeteneklerine bağlıdır ve gerçek zamanlı işletim sistemi (eğer herhangi biri varsa).

Çift Buffering ve Ping-Pong Buffers

Çifte tamponlama (ping-pong) işlemden giriş / çıkıştan ayrıştırmak için kullanın.DSP bir tampon işlemi gerçekleştirirken, ses arayüzü diğerleri doldurur veya boş tutmaz.Bu, veri yolsuzluk veya alt üst saniye geç kaldı.

Multi-Effect Zincirinde Adaptif Buffer Boyut

Birden fazla etki katlandığında, toplam geçkisi katkıdır. Her etki kendi tamponunu kullanırsa, toplam hedefin aşılabilir. Örneğin, EQ'yu uygular, sonra kompresörü tekrar tekrareder.Bu, boyanma sayısını azaltır.

Adım 4: Gerçek Zaman İşleme

Gerçek zamanlı işlem, geçici bir uygulama gerektirir. DSP, tampon dönem tarafından belirlenen süre içinde hesaplamaları bitirmek zorundadır. Başarısızlık, yanlış bir aksaklığa veya damlalara neden olur.

Sabit-Point Arithmetic ve Bit-Exactness

Mümkün olan her yerde sabit nokta arithmetici kullanın. Birçok DSP'ler, tüm hesaplamaların aynı sonuçları doğrultmadan (bitki) devre dışı bırakmadan (örneğin, sabit nokta katlarını kullanarak geri bildirim döngüsü uygular ve gecikme hatlarıyla kullanır.)

Interrupt Service Routines (ISRs) ve Context Switching

Kanalın dışlanmasının yerdeki ses işlemesi, diğer görevlerin %50'sinden (örneğin, kullanıcı arayüzü, MIDI) ikinci temelin düşük öncelikli görevlerin ardından bir çift tampona yazdığını belirtir. ISRs, non-simetrik multi-core DSPs için, diğer görevlerin (örneğin, seslendirmek için, kullanıcı arayüzü, MIDI) tamamen bir temelini alır.

Memory Allocation ve Cache Management

Tüm tamponları ve kat kat kat kat kat kat kat katlarını başlangıçtan kaçın. Gerçek zamanlı işlem sırasında dinamik hafıza tahsisinden kaçının; bazı mimarlıklarda, DSP'nin yerel hafızasını kullanarak (örneğin L1 veya L2) dışsal tamponlamaları önlemek için önbellekli bir şekilde kesebilir.If the DSP has a cache, kilitlenme kodu ve kritik verileri önbelleklivermelere kilitleyebilir.

Adım 5: Test ve Refine

Düşük çözünürlükli ses efektleri hem sayısal ölçüm hem de öznel dinleme gerektirir. aşağıdaki metodolojiyi kullanın:

Latency Ölçümü

Bir sinyal jeneratörü (örneğin, bir kare dalgası) ADC girişine bağlanır ve DAC çıktısını alır. giriş ve çıkış kenarları arasında bir oscilloskop veya mantık analizörü kullanarak zaman alır.Protrating bilinen boru hatları gecikmeleri, gerçek DSP işleme gecikmeleri sunar.

En Kötü-Case Execution Time (WCET) Analizi

Örneğin, yüksek geri bildirim kataraktlama süresine sahip olan ISR uygulama süresini en kötü giriş koşulları altında ölçülecektir. Örneğin, WCET artı güvenlik marjı (% 10-20), DSP'nin döngüsüne uygun olarak her kod yolu kullanarak, WCET artı güvenlik marjını (% 10-20) kesintiye uğratmayacak.

Dinleme Testleri ve Artifact Tespiti

Latency, sadece kaliteli metrik değildir. Metalik eserler için retter kuyrukları için izoperasyon, gerçek zamanlı parametre değişikliklerinde fermuar gürültüsü ve bozulma etkilerinde bir miktar test kullanın: DSP çıktısını yüksek çözünürlükte (örneğin, 64-bit çift hassas) ile karşılaştırın ve yukarıdaki herhangi bir enerjiyi inceler.

Gelişmiş Optimizasyon Teknikleri

SIMD ve Vectorization

Modern DSPs (örneğin, SHARC+, C66x, Tensilica HiFi) tek bir talimatda birden çok ses örneği olan SIMD birimleri içerir; FIR filtreleme veya blok tabanlı kazanç değişiklikleri gibi etkilenebilir, vektörelleştirme, döngü sayısını 8 × ile 8 × arasında azaltabilir.Enable derleyici bayraklar veya intrinsics açıkça ifade eder.

Donanım Desteği ile Geometrik Buffers

Gecikme etkileri dairesel tamponlara güvenir. Birçok DSPs, tahmin edilebilirlik ve bağlantı kurmak yerine, ortak kayıt ve modülel ekleme işlemini başlatabilirsiniz.Bu, ses döngüsü içinde koşullu şubeleri ortadan kaldırır, tahmin edilebilirliği ve aktarımları sağlar. Örneğin, C55x işlemcileri, dairesel tampon başlangıç ve bitiş kayıtlarını ayarlayabilir ve modüllo eklemeyi sağlayabilirsiniz.

Karma İşleme için Örnekleme

Etkisi algoritması hesaplamak pahalıysa (örneğin, konvolution reverb), sesin daha yüksek bir iç oran ve alt uçtaki dönüştürücülere (SRC) göre daha yüksek oranda işlem yapmasına izin verir, ancak yeniden kodlanmasının kendisi bu tekniğin gecikmesi ile birlikte daha azını sağlar.

Gerçek Dünya Örneği: Düşük Bir Latency Yeniden Tanımlama

Adım yaklaşımının gösterilmesi, dijital bir mixer hedefleme için bir stereo retipi dikkate almak 48 kHz (blo başına 100 örnek) için bir bölüm yeniden bağlantı noktası olarak kabul edilir.Sessiz bir konvolution reverb using non-uniform partitions: ilk bölüm 128 musluklar (2.67 ms), doğrudan işlenmiş ve Foundd ile işlem yapılırsa, doğrudan denetim altına alınır.

Algoritma sabit bir DSP üzerinde uygulanır (Analog Cihazları ADSP-21489) gecikme hatları için 32-bit hassasiyet ve hafızayı kurtarmak için kat kat kat kataran masaları için 16-bit. Çift tomurcuklamalı çıkış noktaları, ping-pong puanlayıcıları, ISR'nin 64-bit blok başına 35 μs olmasını sağlar, 1.33 m'te iyi bir test yapılır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

DSP işlemcileriyle düşük ses efektleri tasarlamak, hem geç erişim hem de ses kalitesi için bir yöntemsel yaklaşım gerektirir, geliştiriciler en talep edilen profesyonel ses uygulamaları için uygun şekilde işlemeye devam edebilir.Bu teknikler, herhangi bir ses efekti için sağlam bir temel sağlar, basit eşitleme stratejileri, optimizasyonlar ve basit bir şekilde test eder ve daha da ötesinde.