基于DSP的下一代车载娱乐体系

    车载娱乐体系的技能生长趋势正在变得日益巨大，通过铜缆发送音频数据的大略音频体系已经成为已往。为了餍足多通道音频处理惩罚和散布式视频的请求，巨大的网络处理惩罚变得越来越盛行。分外是与数字传输内容掩护(DTCP)加密和解密要领相干的面向媒体的体系传输(MOST)光网络正在被很多高挡和中档汽车采取，这种趋势以及车载音频体系通常必须以变革的采样频率适应多种输入源(调幅和调频、CD、DVD、蜂窝德律风和导航体系输入)这个究竟给数字信号处理惩罚器(DSP)提供商增长了压力，请求他们提供加强性能和更高集成度的处理惩罚器。 

    基于MOST的车载高端娱乐体系 

    MOST总线专门用于餍足请求严格的车载环境。这种新的基于光纤的网络可以或许支持24.8Mbps的数据速率，与过去的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁滋扰(EMI)的上风。 
    MOST总线基于环形拓扑，从而容许共享多个发送和吸取器的数据。MOST总线主控器(通常位于汽车音响主机处)有助于数据征求，以是该网络可支持多个主拓扑布局，在一个网络上最多高达64个主配置。为了确保数据寂静，总线主控器在上电时将查问总线上的每一台从配置并且完成主动密钥互换(AKE)。要是从配置有一个有效的总线密钥，那么容许它利用预定的协议发送和吸取MOST总线上的数据。 

    MOST传输协议由支解成帧的数据块构成，每一帧包括流数据、分组数据和控制数据。流数据与MOST时钟同步并且不绝地在网络中循环传输。分组数据与MOST时钟异步，根据必要孕育产生，此中一个例子便是来自无线个人私流派字助理(PDA)配置的电子邮件。帧中分派给流数据和分组数据之间的带宽是可变的，以餍足体系在特定的时间需求，并且其控制字包括数据范例、在帧中什么地方可以找到数据以及数据大小等流信息。控制信息可以在多个帧中分派，并且应该在吸取配置中重修。

    音频处理惩罚

   图2给出了一个大略的基于MOST总线的车载音频娱乐体系。来自DVD播放器音频源内容，比方PCM、AC3和DTS通过SPDIF链路发送到主机。SPDIF链路将以音频源的采样频率(FS_in1)事变，比方对付CD音频为44.1kHz，对付AC3和DTS等DVD视频内容为48KHz。当要将编码的音频数据传输到网络上时，在传输之前必须对传输内容举行加密以制止盗版拷贝。通常对付车载体系可选的加密机制是DTCP，该机制将在下面先容。 

   ADI公司的BlackFin处理惩罚器架构非常得当于这种成果，由于它具有丰富的外设和优化的指令集，从而能使它完成雷同微控制器(MCU)的事变以及传统DSP的事变。同时，导航体系告示(Navigation System Announcement)也必须通过MOST总线传输到放大器，以容许驾驶员在驾驶时可以或许听到指令。这些基于PCM的信号通常基于12.24kHz三维声，我们称之为FS_in2。MOST收发器可收发多种音频源信号，并且重新将数据摆设成数据块以便在总线上传输(如图2所示)。

                           图1：基于MOST总线的典范车载高端娱乐体系

                                图2：基于MOST总线的车载音频娱乐体系原理图

    一些音频数据包中大概采取DTCP加密(如FS_in1)，它们通过总线传输到放大器部分，而这部分通常位于汽车尾部(见图3)。

                                      图3：放大器体系处理惩罚流程

    当音频源数据通过MOST总线发送后，DSP必须重构原始分组数据，并且要是数据是DTCP加密的，则必要将数据流解密为最初的情势。通过MOST总线传输的副作用便是丢失了源音频的原始采样速率，纵然采取时钟重构技能，原始的源采样率也无法正确地重构，这将导致DSP缓存器中可听到的“pop”声以及声音丢失。

    为了进一步增长体系的巨大性，利用DTCP的加密技能已经成为网络应用中的必备条件，从而可为通过网络的数字数据提供寂静。DTCP有四层拷贝掩护机制：拷贝控制信息(CCI)、配置辨别和AKE、内容加密和体系更新。 

    拷贝控制信息(CCI)因此通过网络传输的内容为底子，并且它由内容拥有者决定，比方“免费拷贝”、“克制拷贝”、“不再拷贝”和“拷贝一次”。在互换任意内容之前，网络上的配置必须确定是否它们是原始内容。有完全鉴权和受限访问鉴权两个级别。在密钥互换之后，可通过网络传输内容。采取预定义根本暗码引擎加密和解密内容，并且放入MOST传输协议的掩护内容包中，该掩护包具有包头署名以辨认已经加密的内容。 

    下一代体系题目的办理方案

    基于网络的车载娱乐体系的体系相干题目日益增长，为了办理这些题目，ADI公司已经开辟出了SHARC ADSP-21365处理惩罚器。

                            图4：ADI公司用于车载娱乐的ADSP-21365 SHARC处理惩罚器

    ADSP-21365是一款32/40b的浮点单指令多数据(SIMD)信号处理惩罚器，它具有内置4Mb的ROM，完全支持全部多声道解码器标准，比方Dolby Digital解码器、DTS解码器以及包括DPL2x、Neo6等后处理惩罚模块。客户专用后处理惩罚模块可以在3Mb的内部RAM上实行，客户利用Visual Audio(见后文)如许的音频专用开辟东西可以或许在较短的时间内增长他们后处理惩罚的种别。

                                        图5：定点和浮点处理惩罚器的SNR值

    为了办理多个音频源采取差别根本采样率的题目，ADI公司已经将AD1896独立的采样率转换器集成在到ADSP-21365中。它具有8个通道的采样转换和高达140dB的性能，多个音频源不必要存储器和MIPS开销，并且全部的输出后处理惩罚都能运行在单采样速率条件下，以进一步淘汰数据流的巨大度。

    别的音频专用外设包括6个串行端口，并且支持TDM和I2S，以及集成的SPDIF Tx/Rx端口以便直接与数字音频源连接。

    ADSP-21365 SHARC DSP也包括一个基于DTCP M6暗码引擎(与DTLA兼容)的硬件。外设具有两个专用的DMA总线，在不必要内核干涉干涉的条件下，容许高速传输到M6大概从M6传输，并且具有对加密和解密的本地支持。ADSP-21365实现了完成DTCP兼容体系的大略计划途径。暗码引擎支持密钥动态更新的成果，用户可以利用内置定时器设置密钥更新和变化的隔断周期，以增长在网络上的寂静性。

    音频处理惩罚包括FIR和IIR滤波器的麋集利用。在递归运算中，由于信号的数字表现孕育产生的量化偏差大概会引起音频质量的降落。高端音频处理惩罚器，比方ADI公司的SHARC处理惩罚器，利用浮点表现音频信号以淘汰这种偏差。

                                   图6：浮点和定点处理惩罚器的动态范畴比较

    在高等音频体系中，通常声音的质量是通过怎样正确地再现小幅度或非常寂静的声音来衡量的。随着音频信号幅度变得越来越小，定点处理惩罚器正确再现这种信号的本领是有限的，但是对付浮点处理惩罚器而言，保持音频等级的精度包括在牢固的边界内，并且具有186dB的最小SNR。SHARC处理惩罚用具有40b浮点精度和80b的累加器，从而可以实现非常高性能的音频。

    家庭影院音频处理惩罚器的另一个紧张特性便是动态范畴。动态范畴定义为在音频处理惩罚器可以或许没有下溢或溢出条件下再现音频信号幅度的最小值和最大值的比值。同样的，浮点处理惩罚器远远逾越了定点处理惩罚器所能实现的动态范畴。

    随着预解码器算法和后解码器算法的巨大度日益增长，实现家庭影院体验必要的MIPS数或实行周期数也始终在增长。为了办理这些题目，最显然的要领便是增长信号处理惩罚器的时钟频率。

    由于硅工艺的限定，这种要领实现起来有很多停滞，因此信号处理惩罚器提供商通过改造处理惩罚器架构来办理这个题目。一些信号处理惩罚器提供商已经采取MIMD架构，即在一个时钟周期内实行多条指令同时完成多个数据移动。该架构必要更多的存储器，因此直接影响到芯片的本钱。SHARC处理惩罚器架构采取SIMD的创新要领，可采取雷同的指令隐含地完成第二个平行的算术单位，因此使得代码更紧凑从而可以低落完成这些算法所需的MIPS数。鉴于这种SIMD架构，音频信号处理惩罚器无需分外的处理惩罚开销可并行地处理惩罚三维声信号。SHARC内核基于完全互锁的5阶代码流水线，这意味着步伐员无需担心数据什么时间可用即可随时写入代码。算法流水线优化为1个时钟周期，这意味着谋略结果在下一个周期立即提供以便进一步谋略。

    由于ADSP-21365 SHARC处理惩罚器提供车载音频专用外设和基于32b浮点内核的SIMD，以是它能使音频体系到达新的性能程度。 

    利用Visual Audio定制音频后处理惩罚计划

    已往，DSP用户面对的挑衅便是最佳利用处理惩罚器时钟周期和有效利用存储器的软件开辟。采取汇编语言手动编码音频信号处理惩罚算法这种长期利用的要领已经越来越不可行，分外是这种要领必要将大部分的精力放在创建标准的“项目列表”或“me-too”成果，而不是会合精力通过增长产品差别化代价。因此，必要一种开辟音频软件的改造要领。

    为了餍足这种需求，ADI公司开辟出一种Visual Audio图形环境以资助计划和开辟利用SHARC处理惩罚器系列的音频体系。Visual Audio为音频体系开辟工程师提供了大部分的软件模块，以及直观的图形用户截面，以便计划、开辟、调试和测试音频体系，如图6所示。

                    图7：Visual Audio图形接口表现屏示例

    Visual Audio包括一个基于PC的图形用户界面(GUI，图形东西)、一个DSP内核以及一个可扩展的音频算法库。与ADI公司的VisualDSP++集成开辟和调试环境(IDDE)共同利用，Visual Audio可提供对MIPS和存储器利用都颠末优化的现有产品代码。通过简化开辟巨大数字信号处理惩罚软件的进程，Visual Audio低落了开辟本钱、危害和时间。因此，音频体系开辟工程师可以或许会合精力增长他们的音频产品代价以使其与别的产品实现差别化。

    Visual Audio东西容许计划工程师利用直观的图形东西会合精力开辟定制后处理惩罚模块，该图形东西和强大的SHARC架构以及内置ROM解码器成果连合在一起，从而容许快速、简化体系开辟和产品配置。