Implementación de algoritmos en efectos de audio digital de alta fidelidad mediante hardware programable

Algorithm Implementation in High-Fidelity Digital Audio Effects Using Programmable Hardware

Generalmente, los efectos de audio digital son implementados en software usando DSP o PC; sin embargo, hoy en día se están considerando algunas implementaciones que usan hardware dedicado. Este artículo presenta la implementación en hardware de quince algoritmos para el procesamiento en tiempo real de efectos de audio digital con tasas de muestreo de hasta 100,88 MSPS y alta fidelidad. Los diseños se simularon usando DSP Builder y se sintetizaron en el FPGA EP2C70F896C6. Las pruebas de verificación en hardware de los efectos implementados muestran que los bloques diseñados pueden usarse como IP cores para el diseño de un procesador multiefecto embebido en un SoC.

INTRODUCCIÓN

Debido a que los músicos pretenden generar un sonido diferente y único en el momento de interpretar un instrumento, los efectos de audio son una alternativa para lograr este propósito. Actualmente, estos efectos se generan usando sistemas de procesamiento analógico o digital y se pueden clasificar, según el dominio de procesamiento, en dinámico, frecuencia y usando retardos (Zölzer, 2002).

En la literatura se encuentran trabajos que presentan implementaciones de efectos de audio usando procesadores digitales de señales (DSP), computadores (PC) y unidades de procesamiento gráfico (GPU) (Verfaille, Zölzer y Arfid, 2006; Berdahl y Smith, 2006; Guillemard et al., 2005; Schimmel, Smekal y Krkavec, 2002; Fernández y Casajus, 2000; Ling et al., 2000; Oboril et al., 2000; Karjalainen et al., 2000; Tsai, Wang y Su, 2010). Sin embargo, en estos trabajos no se obtienen altas tasas de muestreo y la mayoría de los efectos de audio implementados en PC o DSP se diseñaron usando retardos. También en la literatura se encuentran algunas implementaciones de efectos de audio usando un Field Programmable Gate Array (FPGA).

Pfaff et al. (2007) presentan la implementación en un FPGA de los efectos chorus, delay, echo cancellation, flanger y wah-wah usando técnicas de codiseño hardware-software. El flanger se implementó usando una look-up table para generar la señal sinusoidal, y el wah-wah, usando un filtro paso-todo de segundo orden y una look-up table para variar la frecuencia de corte. No obstante, este trabajo no presenta las pruebas de verificación de los diseños. Byun et al. (2009) describe la implementación de los efectos reverb, chorus, flanger, phaser, tremolo, auto wah, pitch shift, distortion y mulit-band equalizator en un DSP embebido en un FPGA usando lenguaje C. Este artículo no describe con detalle los algoritmos usados para implementar los efectos y no presenta las pruebas de verificación de los diseños.