Advancend algorithms for sound reproduction enhancement in portable multimedia devices

In this thesis, a study of the problems related to the audio reproduction in the context of mobile devices has been carried out. The main topics are audio spatialization techniques, low frequency enhancement approaches and advanced techniques for room equalization, taking into consideration different types of equalizers. The work could be divided in two parts. In the first part an advanced audio reproduction enhancement architecture for mobile devices has been presented. The main problems to solve are the low computational capabilities and the physical dimensions of the loudspeakers. The proposed solution is to develop a suitable architecture of advanced algorithms, capable to enhance the audio reproduction, creating an integrated acoustic system with low computational effort. The system architecture is composed of three components, i.e., a crosstalk canceller, a multipoint equalizer and a virtual bass enhancer. In the second part of the work, the study of graphic equalizers has been presented. In this context, a high quality graphic equalizer FIR filterbank structure has been optimized in order to reduce its computational cost but keeping untouched its perfomance in terms of quality. Two different IIR filters approximation have been proposed. After a theoric study, the work has been focused on the software implementations of the proposed approaches. For the advanced audio system, two software implementations have been realized for the main mobile operating systems i.e., Android and iOS. For the high performance graphic equalizers, the implementations are realized on the NU-Tech real time platform. Finally, a full set of tests have been performed on these platforms to obtain performance evaluation and measurement of the required computational cost. Differently the proposed graphic equalizers have been tested considering its performance in terms of frequency bandwidth and computational complexity. The optimized graphic equalizers are compared with the reference FIR approach showing the effectiveness of the proprosed approaches.

In questa tesi e' stato svolto uno studio sulle problematiche relative alla riproduzione audio nel contesto dei sistemi mobile. Le tematiche principali di studio riguardano la spazializzazione, il miglioramento della riproduzione delle basse frequenze e tecniche avanzate di equalizzazione acustica ambientale. Il lavoro puo essere diviso in due parti. Nella prima parte, e' stato illustrato un sistema acustico integrato per sistemi mobili. Le difficolta incontrate in questo contesto sono dovute essenzialmente alle ridotte capacita di calcolo e dalle dimensioni fisiche degli altoparlanti. Lo scopo principale e' stato di sviluppare una architettura di algoritmi avanzati volta a migliorare l'esperienza acustica con un basso costo computazionale. Essa e' composta da tre componenti quali un cancellatore di crosstalk, un equalizzatore multipunto avanzato ed un sistema di miglioramento della riproduzione delle basse frequenze. Nella seconda parte del lavoro e' stato condotto uno studio sugli equalizzatori grafici. Sono state studiate due strategie di ottimizzazione partendo da un equalizzatore a banchi filtri FIR ad alte prestazioni; esse consistono nella sostituzione del filtro prototipo FIR con due filtri IIR approssimanti, mantenendo la qualita complessiva originale. Dopo uno studio teorico, il lavoro si e' concentrato sull'implementazione degli approcci proposti. Per il sistema audio integrato, sono state realizzate le implementazioni iOS ed Android; per gli equalizzatori grafici ottimizzati l'implementazione e' stata realizzata in ambiente NU-Tech. Una sessione di test e' stata condotta per ottenere una valutazione delle prestazioni. L'implementazione del sistema audio integrato e' stata testata utilizzando test sia oggettivi che soggettivi. Per quanto concerne gli equalizzatori grafici ottimizzati proposti sono state valutate le prestazioni sia in termini di banda che di complessita computazionale.