從 1922 年車載收音機(jī)首次裝配在車上開(kāi)始，汽車座艙便開(kāi)啟了聲學(xué)體驗(yàn)的進(jìn)化史，同時(shí)也是汽車駕乘體驗(yàn)的演進(jìn)史。
聲學(xué)體驗(yàn)正成為定義汽車價(jià)值的新維度，音頻已迅速成為不僅僅是一種交流和娛樂(lè)手段，更是改善人們生活的一種方式。
過(guò)去十年，汽車消費(fèi)者對(duì)音響系統(tǒng)的期望值都大幅提升。性能良好的音響系統(tǒng)、更清晰的語(yǔ)音交互、定制化個(gè)性化的內(nèi)容，有助于提升車主的使用體驗(yàn)，這也得到了眾多 OEM 和市場(chǎng)的普遍認(rèn)可。
音響系統(tǒng)往往由于成本高昂且需要額外的工程專業(yè)知識(shí)，門(mén)檻較高，因此優(yōu)秀的聲學(xué)體驗(yàn)往往只能在高端車型中出現(xiàn)。如今，隨著硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越經(jīng)濟(jì)實(shí)用且效果良好的車載音頻系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)，同時(shí)音頻設(shè)計(jì)也變得簡(jiǎn)單易用。
車載音頻的創(chuàng)新帶來(lái)的挑戰(zhàn)
信號(hào)處理器 (DSP) 在音頻處理中必不可少，它可以快速處理復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以精確控制均衡、壓縮、分頻和時(shí)間對(duì)齊等音頻處理，以至于一直以來(lái)汽車市場(chǎng)都將外置功放音響系統(tǒng)命名為 DSP，可見(jiàn)在這其中 DSP 芯片的重要價(jià)值。
如今，車載音頻在拾音端及播放端的創(chuàng)新及增強(qiáng)體驗(yàn)都在不斷提升。這其中一方面是人機(jī)交互車載語(yǔ)音識(shí)別的性能越來(lái)越高，其次就是汽車有源噪聲消除技術(shù)的應(yīng)用，另外還包括車載麥克風(fēng)陣列、車內(nèi)通信等新一代應(yīng)用，帶來(lái)了更多的麥克風(fēng)；而在播放端，揚(yáng)聲器的數(shù)量同樣在“卷不停”，越來(lái)越多的揚(yáng)聲器被放置在車?yán)铩④囃馍踔令^枕里，例如通過(guò)聲音合成和警報(bào)增強(qiáng)安全性的 AVAS 技術(shù)。
這種越來(lái)越多的 MEMS 陣列和揚(yáng)聲器，以及對(duì)應(yīng)的各類降噪、人聲增強(qiáng)等等算法，也給處理系統(tǒng)帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)。
對(duì)于不同的音頻功能集，對(duì)處理器有著不同需求，其中 RNC 是道路噪聲消除，ICC 是車內(nèi)通信，AVAS 為聲學(xué)車輛警報(bào)系統(tǒng)。
目前 DSP 芯片在音頻系統(tǒng)中有幾種拓?fù)漕愋停ㄅc音響主機(jī) SoC 集成，在音響主機(jī)中作為分立式元件或者安裝為外部功放中的分立式元件。
每類布局都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)前汽車音頻系統(tǒng)中最常見(jiàn)的 DSP 實(shí)現(xiàn)是在外部功放中。這種方法更具靈活性，可以將 DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與快速發(fā)展的主機(jī)技術(shù)分離，從而提高了可重用性和可擴(kuò)展性。
如圖所示，隨著功放越來(lái)越重要，DSP 應(yīng)該和主機(jī)分離從而實(shí)現(xiàn)超靈活的配置，可以更快滿足車載音頻處理的不同升級(jí)需求。
TI 新一代 DSP 重塑信息娛樂(lè)系統(tǒng)
為了應(yīng)對(duì) OEM 以及終端消費(fèi)者的需求，德州儀器 (TI) 推出了新一代音頻處理器，通過(guò)更高的集成度以及更高的算力，有助于簡(jiǎn)化音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并提升系統(tǒng)的性價(jià)比。
新一代產(chǎn)品包括 AM62D-Q1 處理器和 AM275x-Q1 MCU，集成了包括 TI 的 C7x DSP 內(nèi)核、存儲(chǔ)器和其他組件，不止確保了系統(tǒng)的高性能，還可以有裕量支持今后的升級(jí)要求。
具體亮點(diǎn)如下：
· 異構(gòu)且支持AI算法的強(qiáng)大處理器
AM62D-Q1 帶有 4 核 Cortex-A53 處理器、單核 Arm Cortex-R5F、以及 C7x DSP 且?guī)Ь仃嚦朔铀倨鞯?DSP；AM275x-Q1 則集成了雙核或四核 Arm Cortex-R5F、以及 C7x DSP。
特別需要指出的是，新一代 C7x DSP 內(nèi)核，支持基于 256 位的矢量運(yùn)算架構(gòu)，內(nèi)核可以根據(jù)單周期訪問(wèn) L2 的儲(chǔ)存器，速度更快。同時(shí)主頻達(dá)到了 1GHz，提供 40GFLOPS 算力，且其矩陣乘法加速器 (MMA) 性能高達(dá) 2TOPS。C7x 內(nèi)核與矩陣乘法加速器結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)片上神經(jīng)處理單元。
利用 AI 加速器，不僅可以運(yùn)行通用的音頻算法，也可以支持各類 AI 算法。與基于標(biāo)量的傳統(tǒng) DSP 架構(gòu)相比，采用基于矢量架構(gòu)的 DSP 內(nèi)核具備更高的音頻處理性能，同時(shí)具有出色的擴(kuò)展性，在低端和高端音頻處理上均表現(xiàn)良好。
· 更大容量的存儲(chǔ)
高級(jí)實(shí)時(shí)音頻對(duì)于算力的要求除了體現(xiàn)在 CPU 上，還體現(xiàn)在內(nèi)存方面。實(shí)現(xiàn)高吞吐量音頻處理需要 DSP 內(nèi)核的功能單元每個(gè)周期訪問(wèn)內(nèi)存。AM2754 是一款無(wú) DDR MCU，MCU 包含高達(dá) 4.5MB 的單周期訪問(wèn) L2 內(nèi)存和高達(dá) 6MB 的 L3 內(nèi)存。AM62D-Q1 是一款基于 DDR 的處理器，適用于需要高速外部存儲(chǔ)器的優(yōu)質(zhì)音頻設(shè)計(jì)。AM62D-Q1 包含 1.25 MB 的單周期訪問(wèn) L2 內(nèi)存，以及用于額外高速外部?jī)?nèi)存的 32 位 LPDDR4 控制器。
· 豐富的接口與外設(shè)
音頻傳輸網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵是精確且低延遲的通信和同步，以太網(wǎng)音頻視頻橋接 (AVB) 標(biāo)準(zhǔn)是一種理想選擇，因?yàn)檐囕v中已經(jīng)存在用于連接其他 ECU 的以太網(wǎng)，從而可以簡(jiǎn)化布線架構(gòu)并降低了系統(tǒng)電纜重量和成本。
TI 新的音頻 DSP 集成了以太網(wǎng)交換機(jī)，并且支持 TSN，非常適合高速高帶寬的現(xiàn)代音頻數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。
另外，在音頻接口方面，TI 還支持多個(gè)多通道音頻串行端口 (McASP)，從而方便系統(tǒng)擴(kuò)展。
· 硬件安全模塊
如今，汽車的安全越來(lái)越重要，為了避免黑客入侵，需要有各種安全防護(hù)模塊。TI 的處理器支持安全啟動(dòng)，TEE 以及各類加密算法，尤其是支持國(guó)密 SM3 和 SM4，滿足車輛的信息安全要求。而在功能安全方面，系統(tǒng)能力達(dá)到 ASIL-D 目標(biāo)，硬件完整性達(dá)到 ASIL-B 目標(biāo)，符合 AEC-Q100。
TI DSP 內(nèi)置的 HSM 模塊，集成了安全存儲(chǔ)、加密硬件加速、安全 CPU 和連接到系統(tǒng)其余部分的硬件接口，符合安全硬件擴(kuò)展 1.1 和 EVITA（電子安全車輛入侵保護(hù)應(yīng)用）的標(biāo)準(zhǔn)。
· 兩種架構(gòu)的平臺(tái)化策略
TI 同時(shí)提供基于 DDR 的 AM62D 和不帶 DDR 的 AM275x，這樣客戶可以根據(jù)自身成本和算力需求靈活選擇，選擇不同的產(chǎn)品，由于采用了相同的 DSP 以及 Arm 架構(gòu)，客戶的算法投資不會(huì)被浪費(fèi)。
一站式音頻解決方案
對(duì)于汽車音頻系統(tǒng)而言，TI 有完整的嵌入式、模擬和電源產(chǎn)品及方案，為客戶提供一站式解決方案。
TI 的放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和 MPU 可以改善車內(nèi)體驗(yàn)所需的低噪聲、失真和延遲，從而確保高品質(zhì)音質(zhì)。放大器具有過(guò)流保護(hù)、實(shí)時(shí) IV 檢測(cè)、負(fù)載診斷、強(qiáng)大的 ESD 和 EMI 保護(hù)等高級(jí)保護(hù)特性。
同時(shí)，在減少電池消耗、提升續(xù)航里程上，TI 的 D 類放大器的高級(jí)調(diào)制方案與升壓轉(zhuǎn)換器的電源跟蹤功能相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)更佳的電源效率。
另外，TI 還提供針對(duì)終端設(shè)備定制的參考設(shè)計(jì)、培訓(xùn)和支持，從而降低開(kāi)發(fā)難度，加速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期。
助力汽車成為“第三生活空間”
汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)重大變革，需要以駕駛員為中心，提供舒適的駕駛體驗(yàn)。從收音機(jī)開(kāi)始，歷經(jīng)磁帶機(jī)、CD 播放器的硬件迭代，到如今智能座艙革命，沉浸式汽車音頻技術(shù)正在重塑用戶體驗(yàn)。
音頻正在重新定義人車關(guān)系的本質(zhì)。汽車 OEM 不斷更新其音頻系統(tǒng)架構(gòu)，通過(guò)整合幾種新的音頻技術(shù)來(lái)為用戶提供豐富的體驗(yàn)和更高的安全性能。這些音頻系統(tǒng)將使用多個(gè)麥克風(fēng)、放大器和揚(yáng)聲器，更實(shí)時(shí)的互聯(lián)技術(shù)以及更先進(jìn)的 AI 算法，這些都需要先進(jìn)且實(shí)惠的 DSP 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更多人與車之間的互動(dòng)。
屆時(shí)，汽車將不斷進(jìn)化，從而真正成為人類的“第三生活空間”。
