家庭高清音頻發(fā)展推動(dòng)音頻處理器需求
中國(guó)投影網(wǎng)會(huì)議系統(tǒng)資訊 來源:中國(guó)投影網(wǎng) 2011-11-7 11:29:12 編輯:木鐸 [
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【中國(guó)投影網(wǎng)資訊】數(shù)字高清音頻(HD音頻)解決方案市場(chǎng)發(fā)展迅速,競(jìng)爭(zhēng)激烈,具體應(yīng)用包括數(shù)字電視(DTV)、機(jī)頂盒(STB)、藍(lán)光播放器和家庭娛樂系統(tǒng)等等。HD音頻設(shè)備正在快速變得越來越受歡迎,并且市場(chǎng)對(duì)更低成本和更高性能的設(shè)備有著強(qiáng)勁的需求。而針對(duì)具有互聯(lián)網(wǎng)功能的DTV和STB設(shè)備,以及流媒體TV服務(wù),比如GoogleTV,必須支持大范圍的音頻編解碼器;同時(shí),現(xiàn)有音頻編解碼器也在不斷演進(jìn),新的編解碼器不斷涌現(xiàn)。除了MP3、AAC、WMA、RealAudio等主流編解碼器之外,一些設(shè)備還需要支持計(jì)算密集型的有損和無損HD音頻編解碼器,比如杜比(Dolby)和DTS。某些HD音頻標(biāo)準(zhǔn)可支持高達(dá)24.5Mbps的比特率,而前代編解碼器只有不到1Mbps。這些市場(chǎng)要求意味著需要尺寸更小、功耗更低、同時(shí)又不影響音頻性能和質(zhì)量的高效音頻平臺(tái)。
家庭音頻市場(chǎng)帶來的新需求
就標(biāo)準(zhǔn)音頻規(guī)范和HD音頻規(guī)范而言,在處理的復(fù)雜性、音頻通道數(shù)目、比特率和精度要求等方面,兩者存在著顯著的差異。HD音頻系統(tǒng)提出的新要求影響到集成電路(IC)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面,也帶來了一些巨大挑戰(zhàn),即如何讓這類全新的家庭娛樂設(shè)備提供消費(fèi)者所期望的音頻質(zhì)量。例如,具有互聯(lián)網(wǎng)功能的DTV和STB設(shè)備以及流媒體TV服務(wù),需要支持多個(gè)音頻編解碼器,故需兼容更大范圍的HD標(biāo)準(zhǔn),并采用計(jì)算高度密集型的有損和無損HD音頻編解碼器。
而且,除了HD音頻編解碼器之外,DTV制造商還通過采用專門的音頻后處理算法來實(shí)現(xiàn)自己產(chǎn)品的差異性。音頻后處理主要是彌補(bǔ)數(shù)字電視揚(yáng)聲器體積小巧纖薄、功率較低,且放置位置欠佳等局限,滿足用戶對(duì)更高音頻體驗(yàn)的期望。這意味著DTV音頻處理器必須功能足夠強(qiáng)大,不但可以處理HD音頻編解碼器,更可以完成多個(gè)后處理工作,比如虛擬環(huán)繞聲(從立體聲到5.1環(huán)繞效果)、自動(dòng)音量調(diào)節(jié)、虛擬低音和動(dòng)態(tài)范圍壓縮。
有些應(yīng)用需要面對(duì)更復(fù)雜的情況,比如新式的STB需要同時(shí)解碼3個(gè)或更多個(gè)音頻流,具體來說,用戶常常會(huì)在DTV上觀看一個(gè)流媒體碼流的時(shí)侯,在DVR中記錄第二個(gè)碼流(可能涉及到編碼,以節(jié)省磁盤空間),同時(shí)把第三個(gè)流媒體碼流轉(zhuǎn)碼(將一種格式解碼,并以另一種格式編碼)到移動(dòng)設(shè)備中,以便可以外出攜帶(這可能涉及到采用適合移動(dòng)設(shè)備的不同格式進(jìn)行解碼+編碼)。這種同時(shí)音頻解碼和編碼的工作使得音頻處理器的負(fù)荷過重,所以要求它具有非常高的性能。另外一種情況有所不同,但同樣具有很大挑戰(zhàn)性,即支持多設(shè)備同時(shí)轉(zhuǎn)碼。
隨著新型家庭媒體網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn),需要把音頻分配給家中多個(gè)設(shè)備,比如DTV、PC、互聯(lián)網(wǎng)平板電腦、智能手機(jī)等等。這些家庭媒體網(wǎng)關(guān)顯然必需支持多個(gè)音頻流媒體到不同設(shè)備的轉(zhuǎn)碼,并利用DLNA等方案對(duì)它們進(jìn)行分配。
家庭音頻處理IC面臨的新挑戰(zhàn)
從這些家庭音頻使用案例中,可以看出,在設(shè)計(jì)一個(gè)用于家庭娛樂的多媒體IC時(shí),該IC的音頻處理器或子系統(tǒng)要面對(duì)的挑戰(zhàn)不會(huì)比視頻或圖形領(lǐng)域的更簡(jiǎn)單,這些挑戰(zhàn)包括:
第一,必須具備處理有損和無損HD音頻編解碼器的能力,滿足DolbyDigitalPlus和DTS-HDHighResolution等有損編解碼器標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,以及DolbyTrueHD和DTS-HDMasterAudio無損編解碼器標(biāo)準(zhǔn)的比特精準(zhǔn)要求。此外,這些音頻標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求使其必需使用很寬的動(dòng)態(tài)范圍,一般遠(yuǎn)大于音頻流原本固有的24位音頻采樣數(shù)據(jù)寬度。這些編解碼器屬于計(jì)算密集型,給計(jì)算能力和寬動(dòng)態(tài)范圍帶來了挑戰(zhàn)。
第二,極高比特率編解碼器(如DTS-HDMasterAudio等HD音頻標(biāo)準(zhǔn))的比特率高達(dá)24.5Mbps,致使數(shù)據(jù)量龐大,從而需要大容量且成本高昂的片上數(shù)據(jù)RAM。
第三,多任務(wù)用戶案例,比如在DTV或STB中,必需處理多個(gè)流媒體(每一個(gè)都包含多個(gè)音頻通道),并實(shí)現(xiàn)音頻后處理效果,這就需要任務(wù)間的切換,帶來代碼和數(shù)據(jù)交換的負(fù)荷。交換間隔對(duì)音頻子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有顯著的影響,例如,每幀交換與每10幀交換,會(huì)影響到所需的處理器速度(MHz)、所需的L1代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器大小,以及外部存儲(chǔ)器帶寬。
第四,系統(tǒng)限制。由于IC的音頻和視頻子系統(tǒng)訪問外部DDR的時(shí)間及帶寬大有不同(一般而言,視頻的優(yōu)先級(jí)更高),音頻子系統(tǒng)必須足夠穩(wěn)健,以處理很大的DDR延時(shí),通常在100-500個(gè)處理器周期范圍。
第五,優(yōu)秀的軟件開發(fā)能力。一個(gè)新的音頻處理器,需要通過Dolby與DTSHD音頻編解碼器的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證,這個(gè)挑戰(zhàn)非常耗費(fèi)資源,且需要很多人年工作量。
最后是慣常的成本壓力,以及IC價(jià)格的不斷下跌,因此必需盡量減少片上處理器內(nèi)核的數(shù)目,使用小容量的L1存儲(chǔ)器和速度更慢(因此更便宜)的外部DDR存儲(chǔ)器。成本問題也在推動(dòng)這些非便攜式設(shè)備降低功耗,不僅僅是因?yàn)榄h(huán)保原因,同時(shí)也為了減小散熱,以便能夠使用更廉價(jià)的IC封裝。
從特性來看,音頻信號(hào)處理需要DSP,目前的最新發(fā)展趨勢(shì)是需要功能更為強(qiáng)大的DSP。這里舉幾款多媒體IC來說明上述趨勢(shì)是顯而易見的。比如,ST的FLI7510DTVIC使用了兩顆音頻DSP,每顆時(shí)鐘頻率均為450MHz;而SigmaDesign最新推出的SMP8910IC使用了三顆音頻DSP,每顆時(shí)鐘頻率為400MHz。這兩款I(lǐng)C使用的DSP都是廠商各自內(nèi)部開發(fā)的,并且由于需要執(zhí)行大量的音頻處理任務(wù),它們都采用了多核DSP設(shè)計(jì)。
CEVA提供了一種替代性單核解決方案,即CEVA-TeakLite-III系列,其包含了CEVA-TL3210內(nèi)核和全新的CEVA-TL3211DSP內(nèi)核。
CEVA-TeakLite-III系列擁有32位的本地?cái)?shù)據(jù)寬度和一個(gè)72位的算術(shù)累加器,可處理要求最嚴(yán)苛的HD音頻用戶案例。
CEVA-TL3211是下一代音頻DSP內(nèi)核,采用40nm工藝時(shí),運(yùn)行速率可達(dá)1GHz,硅片占位面積僅0.2mm2。這種單核可授權(quán)音頻處理器解決方案能夠完全滿足現(xiàn)在及未來的極高的HD音頻處理能力、具備設(shè)計(jì)與使用的靈活性、超低功耗且易于編程。CEVA-TL3211DSP內(nèi)核包含了一個(gè)高性能、低功耗、完全可綜合的CEVA-TeakLite-IIIDSP引擎;一個(gè)支持高速AXI系統(tǒng)總線的可配置L1程序/數(shù)據(jù)緩存及TCM;一個(gè)集成式功率調(diào)節(jié)單元(PSU);以及一整套已獲驗(yàn)證的最優(yōu)化Dolby與DTSHD編解碼器,把所有這些功能結(jié)合在一起,就能夠解決HD音頻IC設(shè)計(jì)在各方面的難題。
CEVA-TeakLite-IIIDSP內(nèi)核系列能夠幫助IC公司為其多媒體IC設(shè)計(jì)出同類最佳的音頻子系統(tǒng),采用一個(gè)功能強(qiáng)大的單內(nèi)核、小容量本地存儲(chǔ)器以及大延時(shí)DDR,即可實(shí)現(xiàn)高效的編解碼。CEVA-TeakLite-III是已經(jīng)業(yè)界驗(yàn)證的、先進(jìn)的音頻DSP。
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