基于USB主機結構的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)開發(fā),錄音藝術論文摘要：針對傳統(tǒng)的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)錄音質量差的問題，設計一種基于USB主機構造的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)，以解決錄音質量差的問題。該系統(tǒng)硬件主要包括PCM編碼電路和USB主機接口芯片，實現(xiàn)音樂信號的A/D轉換和音樂數(shù)據(jù)采集功能；系統(tǒng)軟件主要解決錄音質量問題。首先對音頻幀劃分和音樂數(shù)據(jù)采樣，其次為減少噪聲數(shù)據(jù)，對音樂端點檢測，并利用三角濾波器公式處理頻域，最后采用譜相減法和掩蔽比擬法去除背景噪聲，以此完成了基于USB主機構造的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)的設計。實驗比照結果表示清楚，此次設計的系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)錄音質量高，能夠知足數(shù)字化音樂錄音的質量要求。本文關鍵詞語：數(shù)字化音樂錄音;系統(tǒng)設計;USB主機構造;數(shù)據(jù)采樣;噪聲去除;比照驗證;Abstract：AdigitizationmusicrecordingsystembasedonUSBhoststructureisdesignedbecausetherecordingqualityofthetraditionaldigitizationmusicrecordingsystemispoor.ThehardwareofthesystemmainlyincludesPCMencodingcircuitandUSBhostinterfacechip,whichareusedtorealizethefunctionsofmusicsignalA/Dconversionandmusicdataacquisition.Thesoftwareofthesystemisappliedtoimprovingtherecordingqualitymainly.Theaudioframesaredividedandthemusicdataissampledfirst,andthenthemusicendpointsaredetectedtoreducenoisedataandthefrequencydomainisprocessedwiththetriangularfilterformula.Thebackgroundnoisesareremovedbymeansofthespectralsubtractionandmaskingcomparisonmethods,soastocompletethedesignofthedigitizationmusicrecordingsystembasedonUSBhoststructure.Theexperimentalcomparisonresultsshowthatthedesignedsystemhashigherrecordingqualitythanthatofthetraditionalsystem,andcanmeetthequalityrequirementsofdigitizationmusicrecording.Keyword：digitizationmusicrecording;systemdesign;USBhoststructure;datasampling;noiseremove;comparisonvalidation;0、引言錄音技術隨著數(shù)字技術的進步而發(fā)展，因數(shù)字化錄音系統(tǒng)能夠提供準確可靠的原始錄音記錄，已經(jīng)被廣泛應用到音樂錄音中。在音樂錄制經(jīng)過中會產(chǎn)生大量音樂數(shù)據(jù)，導致在數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)中出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余情況。同時傳統(tǒng)的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)不能有效對音樂錄音處理，導致錄音質量低。針對這種情況，將USB主機構造應用到數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)中，設計一種基于USB主機構造的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)。此次設計基于USB主機構造的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)，硬件包括PCM編碼電路和USB主機接口芯片，軟件部分通過音頻幀劃分、音樂數(shù)據(jù)采樣、音樂端點檢測、頻域處理和去除背景噪聲五方面實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的設計。1、數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)硬件架構設計數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)硬件由PCM編碼電路和USB主機接口芯片兩部分組成，硬件的原理圖見圖1。圖1系統(tǒng)硬件原理圖PCM編碼電路主要用來進行系統(tǒng)中音樂數(shù)據(jù)轉換，USB主機接口芯片[1,2]主要采集主機協(xié)議和音樂錄音數(shù)據(jù)。1.1、PCM編碼電路設計音樂PCM編碼將音樂信號轉換為數(shù)字語音信號，采用DUFIO-23OUJ芯片，此芯片內(nèi)具有發(fā)送帶通濾波器和接收低通濾波器[3]，其原理如此圖2所示。圖2DUFIO-23OUJ芯片原理圖PCM中音樂錄音數(shù)據(jù)的輸出與輸入通過RO+,RO-和TI+,TI-接口實現(xiàn)；模擬信號通過PI,PO+,PO-實現(xiàn)，利用模擬信號驅動錄音設備工作；經(jīng)過PCM輸出的數(shù)據(jù)為串行輸出數(shù)據(jù)[4,5]，需要經(jīng)過ADC轉換，實現(xiàn)音樂錄音的輸出。1.2、USB主機接口芯片設計USB主機接口芯片設計采用的DFHOA芯片是一種遵從USB1.1協(xié)議的嵌入式芯片[6]。DFHOA功能模塊框圖如此圖3所示。圖3DFHOA功能模塊框圖DFHOA芯片能夠自動探測所接設備的速度，具有兩套并行托存器，支持乒乓操作[7]。該芯片包括8位寬的數(shù)據(jù)總線，支持中斷操作。詳細使用時，將其與微處理器、微控制器和DSP連接，控制DFHOA芯片作為主機或者從機工作方式的管腳接地，并以DFHOA芯片中A0情況對數(shù)據(jù)傳輸。同時硬件中的VDD引腳采用124電容，該引腳支持地址自增形式[8,9]，支持連續(xù)讀寫地址數(shù)據(jù)，以此完成系統(tǒng)硬件的設計。2、數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)軟件實現(xiàn)在上述系統(tǒng)硬件設計的基礎上，對數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)軟件進行設計，目的是提高音樂錄音質量[10]。詳細步驟如下：1〕音頻幀劃分。采用音樂處理技術把語音按幀劃分和處理[11]。2〕音樂數(shù)據(jù)采樣。相鄰的兩幀在相接處的采樣點會遭到采樣間隔的影響，為消除這種影響，在幀與幀之間設置一半長度的幀移。設計中采用20ms的方式作為一個音頻幀。音幀頻劃分原理如此圖4所示。圖4音幀頻劃分原理3〕音樂端點檢測。音樂錄音的起點和終點會出現(xiàn)噪聲數(shù)據(jù)，因而查看錄音的開場和終點，計算公式如下：上述經(jīng)過為音樂錄音數(shù)據(jù)預處理階段，通過短時能量和過零率判定語音信號起點，假如系統(tǒng)中的錄音區(qū)出現(xiàn)10幀以上的平均能量，表示其高于設定門限值，則為錄音區(qū)終點。4〕頻域處理。在上述音樂端點檢測的基礎上，對音樂頻域變換，利用三角濾波器公式表示該頻域，計算公式為：通過上述經(jīng)過完成對錄音的預處理，但是在實際系統(tǒng)錄入音樂時，會遭到周圍噪聲干擾，該問題將在下一步解決。5〕去除背景噪聲。采用譜相減法減去噪聲信號功率譜，得到純語音功率譜估計值，算法流程如此圖5所示。圖5譜相減法流程根據(jù)譜相減法理論，頻域公式如下：通過式〔3〕能夠去除大部分背景噪聲，再將掩蔽比擬法應用到噪聲去除瑕疵，計算公式如下：根據(jù)上述計算，完成對音樂錄音數(shù)據(jù)的處理，在實際使用該系統(tǒng)時，與USB主機構造相結合，以此完成系統(tǒng)軟件的設計。3、實驗比照3.1、系統(tǒng)測試平臺為驗證此次設計的基于USB主機構造的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)的有效性，進行實驗比照。實驗硬盤內(nèi)存為4GB，以ARMjh45為CPU的機構，采用35bit的指令集嵌入式處理器，片內(nèi)集成USB控制器。同時包括ADC數(shù)據(jù)轉換器，轉換器支持0～15個階層。并設置實驗數(shù)據(jù)的采樣頻率最低為8kHz，最高為15kHz，采樣信號為單聲道16bitPCM數(shù)據(jù)。實驗平臺如此圖6所示。圖6實驗平臺在實際測試時，將PC機作為實驗主機，通過USB接口控制錄音的采樣頻率，采樣頻率控制需要小于USB實時傳輸所到達的最大值，保證數(shù)據(jù)采集時的準確無誤。3.2、實驗結果分析實驗以判定錄音辨別的正確次數(shù)判定系統(tǒng)的錄音質量實驗對象，進行50次實驗。辨別的正確次數(shù)越高，則代表系統(tǒng)錄音質量高，反之代表錄音質量低。實驗時分別使用2個系統(tǒng)錄入3句語音，比照2個系統(tǒng)的錄音后的錄音辨別正確率，實驗比照結果如表1所示。分析上述實驗結果，總結出3點結論：1〕語音時長的增加會降低錄音正確率。從實驗比照結果中能夠看出，此次設計系統(tǒng)遭到錄音時長的影響較小，能夠保持較高的正確率；而傳統(tǒng)方式方法容易遭到時長的影響，正確率隨著時間的增加而下降。2〕傳統(tǒng)方式方法并沒有隨著采樣率的提高而增加錄音辨別效果，講明傳統(tǒng)系統(tǒng)的錄音質量低。3〕綜合上述比照結果，因本文設計的系統(tǒng)能夠有效地將周圍環(huán)境的噪聲去除，并會在端點檢測時攔截實際的語音信號。故此次設計的系統(tǒng)錄音質量優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)錄音質量。綜上所述，將USB主機構造應用到數(shù)字化錄音系統(tǒng)中，能夠有效控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，并且本文設計的基于USB主機構造的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)能夠有效提高錄音質量，比傳統(tǒng)系統(tǒng)的錄音質量好，具有一定的實際應用意義。表1實驗結果4、結束語針對傳統(tǒng)的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)錄音質量差的問題，設計基于USB主機構造的數(shù)字化音樂錄音系統(tǒng)，華而不實硬件部分主要對錄音文件采集和輸出，軟件部分通過5個步驟實現(xiàn)，并進行實驗。實驗結果表示清楚，本文設計的錄音系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)錄音質量好，能夠知足音樂錄音的質量要求，具有一定的應用效果。由于系統(tǒng)中諸多協(xié)議的限制，故在實際使用中需要進一步加以完善和功能擴展。以下為參考文獻[1]苗靜，楊帆，潘國峰.嵌入式智能音樂播放系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].聲學技術，2021,36(4):357-362.[2]龔家華，易志雄，劉衛(wèi)忠.基于數(shù)字機頂盒的嵌入式USB主機接口設計[J].電視技術，2021,23(3):42-44.[3]孫慧賢，張玉華.采用USB和CAN總線的電力監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2022,21(1):99-103.[4]崔立超，王侃偉.基于SL811HS芯片的USB主機系統(tǒng)的設計應用[J].機械設計與制造，2021,22(7):64-66.[5]鄭翔，殷瑞祥.基于SL811HST和PIC18F452的USB主機系統(tǒng)的設計[J].當代電子技術，202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