Pitch shifting audio signálů v reálném čase pomocí STFT na DSP procesoru

Abstract

Cílem této práce je implementace pitch shifteru, tedy měniče výšky zvuku, stereofonního zvukového signálu v reálném čase s požadavkem na nízké zkreslení a nízkou latenci. Jsou zváženy různé algoritmy a je vybrán algoritmus Ocean založený na posunu košů krátkodobé Fourierovy transformace. Je opravena chybná rovnice v popisu algoritmu. Algoritmus je implementován v reálném čase na přípravku digitálního signálového procesoru ADSP BF548 EZ-KIT a jeho výstupy jsou porovnány s dalšími pitch shiftery. Je zjištěno, že implementace funguje téměř stejně dobře jako komerční pitch shifter. Je prezentován závěr, že další radikální zlepšení algoritmů pro pitch shifting založených na krátkodobé Fourierově transformaci není možné, jelikož se již přibližují principiálním omezením transformace.

The goal of this work is to implement a pitch shifter of a stereophonic audio signal in real time with a requirement of low distortion and low latency. Basic principles of audio processing are explained. Various pitch shifting algorithms are described and considered, resulting in selection of the Ocean algorithm based on Short time Fourier transform bin shifting. An erroneous equation in the algorithm description is fixed. The algorithm is implemented in real-time on a digital signal processor kit ADSP BF548 EZ-KIT and its outputs are compared to other pitch shifters. The implementation is found to perform almost as well as a commercial pitch shifter. It is concluded that further drastic improvements of Short time Fourier transform based pitch shifters are impossible as they are approaching the fundamental limits of the transform.