基于DSP的下一代車載娛樂(lè)系統(tǒng)

　　ADSP-21365是一款32/40b的浮點(diǎn)單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)信號(hào)處理器，它具有內(nèi)置4Mb的ROM，完全支持所有多聲道解碼器標(biāo)準(zhǔn)，例如Dolby Digital解碼器、DTS解碼器以及包括DPL2x、Neo6等后處理模塊。客戶專用后處理模塊可以在3Mb的內(nèi)部RAM上執(zhí)行，客戶利用Visual Audio(見后文)這樣的音頻專用開發(fā)工具能夠在較短的時(shí)間內(nèi)增加他們后處理的類別。

                           圖5：定點(diǎn)和浮點(diǎn)處理器的SNR值

　　為了解決多個(gè)音頻源采用不同基本采樣率的問(wèn)題，ADI公司已經(jīng)將AD1896獨(dú)立的采樣率轉(zhuǎn)換器集成在到ADSP-21365中。它具有8個(gè)通道的采樣轉(zhuǎn)換和高達(dá)140dB的性能，多個(gè)音頻源不需要存儲(chǔ)器和MIPS開銷，并且所有的輸出后處理都能運(yùn)行在單采樣速率條件下，以進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)流的復(fù)雜度。

　　其它音頻專用外設(shè)包括6個(gè)串行端口，并且支持TDM和I2S，以及集成的SPDIF Tx/Rx端口以便直接與數(shù)字音頻源連接。

　　ADSP-21365 SHARC DSP也包括一個(gè)基于DTCP M6密碼引擎(與DTLA兼容)的硬件。外設(shè)具有兩個(gè)專用的DMA總線，在不需要內(nèi)核干涉的條件下，允許高速傳輸?shù)組6或者從M6傳輸，并且具有對(duì)加密和解密的本地支持。ADSP-21365實(shí)現(xiàn)了完成DTCP兼容系統(tǒng)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)途徑。密碼引擎支持密鑰動(dòng)態(tài)更新的功能，用戶可以使用內(nèi)置定時(shí)器設(shè)置密鑰更新和改變的間隔周期，以增加在網(wǎng)絡(luò)上的安全性。

　　音頻處理包括FIR和IIR濾波器的密集使用。在遞歸運(yùn)算中，由于信號(hào)的數(shù)字表示產(chǎn)生的量化誤差可能會(huì)引起音頻質(zhì)量的下降。高端音頻處理器，例如ADI公司的SHARC處理器，使用浮點(diǎn)表示音頻信號(hào)以減少這種誤差。

                                  圖6：浮點(diǎn)和定點(diǎn)處理器的動(dòng)態(tài)范圍比較

　　在高檔音頻系統(tǒng)中，通常聲音的質(zhì)量是通過(guò)如何準(zhǔn)確地再現(xiàn)小幅度或非常安靜的聲音來(lái)衡量的。隨著音頻信號(hào)幅度變得越來(lái)越小，定點(diǎn)處理器精確再現(xiàn)這種信號(hào)的能力是有限的，但是對(duì)于浮點(diǎn)處理器而言，保持音頻等級(jí)的精度包含在固定的界限內(nèi)，并且具有186dB的最小SNR。SHARC處理器具有40b浮點(diǎn)精度和80b的累加器，從而可以實(shí)現(xiàn)非常高性能的音頻。

　　家庭影院音頻處理器的另一個(gè)重要特性就是動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍定義為在音頻處理器能夠沒有下溢或溢出條件下再現(xiàn)音頻信號(hào)幅度的最小值和最大值的比值。同樣的，浮點(diǎn)處理器遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了定點(diǎn)處理器所能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍。

　　隨著預(yù)解碼器算法和后解碼器算法的復(fù)雜度日益增加，實(shí)現(xiàn)家庭影院體驗(yàn)需要的MIPS數(shù)或執(zhí)行周期數(shù)也始終在增加。為了解決這些問(wèn)題，最顯然的方法就是增加信號(hào)處理器的時(shí)鐘頻率。

　　由于硅工藝的限制，這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)有很多障礙，因此信號(hào)處理器供應(yīng)商通過(guò)改進(jìn)處理器架構(gòu)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。一些信號(hào)處理器供應(yīng)商已經(jīng)采用MIMD架構(gòu)，即在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行多條指令同時(shí)完成多個(gè)數(shù)據(jù)移動(dòng)。該架構(gòu)需要更多的存儲(chǔ)器，因此直接影響到芯片的成本。SHARC處理器架構(gòu)采用SIMD的創(chuàng)新方法，可采用相同的指令隱含地完成第二個(gè)平行的算術(shù)單元，因此使得代碼更緊湊從而可以降低完成這些算法所需的MIPS數(shù)。鑒于這種SIMD架構(gòu)，音頻信號(hào)處理器無(wú)需額外的處理開銷可并行地處理立體聲信號(hào)。SHARC內(nèi)核基于完全互鎖的5階代碼流水線，這意味著程序員無(wú)需擔(dān)心數(shù)據(jù)什么時(shí)候可用即可隨時(shí)寫入代碼。算法流水線優(yōu)化為1個(gè)時(shí)鐘周期，這意味著計(jì)算結(jié)果在下一個(gè)周期立即提供以便進(jìn)一步計(jì)算。

　　由于ADSP-21365 SHARC處理器提供車載音頻專用外設(shè)和基于32b浮點(diǎn)內(nèi)核的SIMD，所以它能使音頻系統(tǒng)達(dá)到新的性能水平。

　　使用Visual Audio定制音頻后處理設(shè)計(jì)

　　過(guò)去，DSP用戶面臨的挑戰(zhàn)就是最佳利用處理器時(shí)鐘周期和有效利用存儲(chǔ)器的軟件開發(fā)。采用匯編語(yǔ)言手動(dòng)編碼音頻信號(hào)處理算法這種長(zhǎng)期使用的方法已經(jīng)越來(lái)越不可行，特別是這種方法需要將大部分的精力放在創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的“項(xiàng)目清單”或“me-too”功能，而不是集中精力通過(guò)增加產(chǎn)品差異化價(jià)值。因此，需要一種開發(fā)音頻軟件的改進(jìn)方法。

　　為了滿足這種需求，ADI公司開發(fā)出一種Visual Audio圖形環(huán)境以幫助設(shè)計(jì)和開發(fā)使用SHARC處理器系列的音頻系統(tǒng)。Visual Audio為音頻系統(tǒng)開發(fā)工程師提供了大部分的軟件模塊，以及直觀的圖形用戶截面，以便設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試和測(cè)試音頻系統(tǒng)，如圖6所示。

                        圖7：Visual Audio圖形接口顯示屏示例

　　Visual Audio包含一個(gè)基于PC的圖形用戶界面(GUI，圖形工具)、一個(gè)DSP內(nèi)核以及一個(gè)可擴(kuò)展的音頻算法庫(kù)。與ADI公司的VisualDSP++集成開發(fā)和調(diào)試環(huán)境(IDDE)配合使用，Visual Audio可提供對(duì)MIPS和存儲(chǔ)器利用都經(jīng)過(guò)優(yōu)化的現(xiàn)有產(chǎn)品代碼。通過(guò)簡(jiǎn)化開發(fā)復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理軟件的過(guò)程，Visual Audio降低了開發(fā)成本、風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)間。因此，音頻系統(tǒng)開發(fā)工程師能夠集中精力增加他們的音頻產(chǎn)品價(jià)值以使其與其它產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)差異化。

　　Visual Audio工具允許設(shè)計(jì)工程師使用直觀的圖形工具集中精力開發(fā)定制后處理模塊，該圖形工具和強(qiáng)大的SHARC架構(gòu)以及內(nèi)置ROM解碼器功能結(jié)合在一起，從而允許快速、簡(jiǎn)化系統(tǒng)開發(fā)和產(chǎn)品配置。