基于实时信号处理的实时音频处理系统

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基于实时信号处理的实时音频处理系统


随着电子技术和智能传感器的出现，汽车工业发生了深刻的变化，与之相比，有可能制造出比前几代汽车更安全，更智能，耗油更少的车辆。音频系统正在成为汽车中的关键设计元素，它提供了新的多媒体体验。

最新一代汽车的音频系统不仅必须产生高质量的声音，而且还必须提供与汽车多媒体集成的先进功能，以将功耗降至最低。微控制器，存储器，DSP（数字信号处理）等新设备正在该领域找到越来越多的应用。


新解决方案将必须快速，轻松地适应新趋势，从而缩短产品上市时间并降低总体成本。消费者将在需要高度定制的全新体验中看到收益。

汽车音频总线技术

应对当今汽车设计的挑战，使我们消除了复杂性和重量，提供了先进且功能丰富的信息娱乐体验。音频在信息娱乐，噪声控制，声音设计和通信中起着重要作用。

ADI公司正在通过汽车音频总线®（A2B）数字音频总线技术帮助解决这一挑战，该技术可为汽车提供高保真音频，从而大大减轻了现有布线的重量，从而降低了油耗。总线以菊花链顺序连接了多个用于不同应用的远程传感器。阿2乙技术还可以将电力提供给其它设备，消除了对本地电源的需要，并进一步降低总系统成本。

它还保证了连接器尺寸的减小，并使用普通的双绞线电缆（也称为UTP，非屏蔽双绞线）代替了基于多种电缆的当前接线。该总线包括一个主节点和最多10个从节点，一个非常简化的发现过程以及仅两个时钟周期的确定性等待时间，与节点在网络中的位置无关。

SHARC：实时音频处理

基于实时信号处理的应用需要高计算能力和低延迟，因此需要使用数字信号处理。新一代的微电子资源已经看到了具有集成微处理器的多核架构的新型DSP。这样，DSP可以排他地控制数据处理，委托微处理器来控制总线和连接性。通过使用诸如FFT（快速傅立叶变换）和FIR（有限冲激响应）和IIR（无限冲激响应）数字滤波器之类的硬件加速器，可以进一步提高计算能力。

硬件结构必须适当地将数据流保持在处理器外部，以确保在适应数据保护系统的情况下快速，轻松地访问内存。

该系统具有高效的安全性，可避免非法重新编程并确保数据保护。具有诊断程序以及用于检测和纠正错误的机制的处理器有助于构建健壮而可靠的系统。因此，即使在最极端的条件下，不仅必需的计算能力，而且是嵌入式系统中集成的条件。ADI公司的SHARC（超级哈佛架构）DSP特别适合具有汽车应用所需的鲁棒性和可靠性的低延迟实时音频处理。

ADI公司最新的音频处理器系列极大地改善了音质，为汽车和消费/专业音频应用提供了更好的音频体验。在ADSP-2156x音频处理器（ADSP-21562 / 21563/21565/21566/21567/21569）专为要求确定性的实时音频处理和低延迟的应用而设计，包括沉浸式3D声音和个人音频区域，主动消除汽车噪声和道路噪声（ANC） / RNC）。具有SHARC +架构的单核32位/ 40位/ 64位浮点处理器，最高速度可达1 GHz，并将灵活的音频连接与不同的芯片存储器选项结合在一起。新增加的功能包括改进缓存和分支预测，同时保持与以前的SHARC产品的指令集兼容性（图1和图2）。



图1：处理器框图


图2：ADSP-2156x框图

该器件具有CSP_BGA选项，可用于汽车级和消费级的400球形（17 mm x 17 mm，间距0.8 mm）和120导体LQFP封装（14 mm x 14 mm）。它们提供了灵活性，并允许在整个工作温度范围内进行高效热紧凑设计。ADSP-2156x系列具有高达1.6 MB的大型片上SRAM，从而提高了音频处理性能，并且无需外部存储器即可通过单芯片LQFP封装变体来优化系统成本。片上硬件FIR和IIR滤波器加速器提供了显着的额外处理能力，同时降低了总体系统成本。具有创新的数字音频接口和内部总线的高效DMA消除了处理瓶颈。

“我们的SHARC音频处理器具备强大的安全功能，可防止未经授权访问客户的IP。这使我们的客户能够通过他们的解决方案进行创新和差异化。随着汽车变得越来越智能，互联程度越来越高，安全性已成为设计我们的下一代产品的最前沿。”音频处理和连接产品线总监安德鲁·兰弗尔（Andrew Lanfear）说道。

“借助新的ADSP-2156x SHARC音频处理器系列，我们将继续为客户提供性能可扩展性，以为汽车，消费类和专业音频中的高确定性和低延迟实时音频处理应用构建系统成本优化的解决方案。一些汽车应用包括主动和道路噪声消除（ANC / RNC），车内语音UI，车内通信，个人音频区域，发动机声音合成，电动汽车警告声音系统。最终目标是为乘员提供身临其境的3D音频和安静的车内体验，并提高驾驶员和行人的安全性，”汽车音频处理产品线经理Jignesh Sonchhatra说道。

ADI公司设计了一款ADZS-21569-EZKIT开发板，其中包含所有必需的硬件，以评估ADSP-2156x系列。该评估板旨在与CrossCore®Embedded Studio（CCES）开发工具一起使用，以帮助开发和调试高级应用程序代码（图3和图4）。它配备有12个RCA连接器，ADAU1979四通道ADC，ADAU1962A 12通道。24位DAC，具有诊断功能的ADAU1977四路麦克风ADC和AD2428汽车音频总线（A2B）收发器。