沉浸式汽車(chē)音頻：重塑駕駛體驗的聲學(xué)革命

從 1922 年車(chē)載收音機首次裝配在車(chē)上開(kāi)始，汽車(chē)座艙便開(kāi)啟了聲學(xué)體驗的進(jìn)化史，同時(shí)也是汽車(chē)駕乘體驗的演進(jìn)史。

聲學(xué)體驗 正成為定義汽車(chē)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(chē)消費者對音響系統的期望值都大幅提升。 性能良好的音響系統 、更清晰的語(yǔ)音交互、定制化個(gè)性化的內容， 有助于提升車(chē)主的使用體驗，這也得到了眾多 OEM 和市場(chǎng)的普遍認可。

音響系統往往由于成本高昂且需要額外的工程專(zhuān)業(yè)知識，門(mén)檻較高，因此優(yōu)秀的聲學(xué)體驗往往只能在高端車(chē)型中出現。如今，隨著(zhù)硬件系統和軟件系統技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越經(jīng)濟實(shí)用且效果良好的 車(chē)載音頻系統 開(kāi)始出現 ，同時(shí) 音頻設計也變得簡(jiǎn)單易用 。

車(chē)載音頻的創(chuàng )新帶來(lái)的挑戰

信號處理器 (DSP) 在音頻處理中必不可少，它可以 快速處理復雜的數學(xué)運算 ，可以 精確控制均衡、壓縮、分頻和時(shí)間對齊等音頻處理 ，以至于一直以來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)都將外置功放音響系統命名為 DSP，可見(jiàn)在這其中 DSP 芯片 的重要價(jià)值。

如今，車(chē)載音頻在拾音端及播放端的創(chuàng )新及增強體驗都在不斷提升。這其中一方面是 人機交互車(chē)載語(yǔ)音識別的性能越來(lái)越高 ，其次就是 汽車(chē)有源噪聲消除技術(shù)的應用 ，另外還包括 車(chē)載麥克風(fēng)陣列、車(chē)內通信等新一代應用 ，帶來(lái)了更多的麥克風(fēng)；而在 播放端 ， 揚聲器的數量同樣在“卷不?！?nbsp;，越來(lái)越多的揚聲器被放置在車(chē)里、車(chē)外甚至頭枕里，例如通過(guò)聲音合成和警報增強安全性的 AVAS 技術(shù) 。

這種越來(lái)越多的 MEMS 陣列和揚聲器 ，以及對應的各類(lèi)降噪、人聲增強等等算法，也給處理系統帶來(lái)了更多挑戰。

對于不同的音頻功能集，對處理器有著(zhù)不同需求，其中 RNC 是道路噪聲消除 ， ICC 是車(chē)內通信 ， AVAS 為聲學(xué)車(chē)輛警報系統 。

目前 DSP 芯片在音頻系統中有幾種拓撲類(lèi)型 ，包括與音響主機 SoC 集成，在音響主機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(lèi)布局都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。當前汽車(chē)音頻系統中最常見(jiàn)的 DSP 實(shí)現是在外部功放中。這種方法 更具靈活性 ，可以將 DSP 系統設計與快速發(fā)展的主機技術(shù)分離，從而提高了 可重用性 和 可擴展性 。

如圖所示，隨著(zhù)功放越來(lái)越重要，DSP 應該和主機分離從而實(shí)現超靈活的配置，可以更快滿(mǎn)足車(chē)載音頻處理的不同升級需求。

TI 新一代 DSP 重塑信息娛樂(lè )系統

為了應對 OEM 以及終端消費者的需求，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)化音響系統設計，并提升系統的性?xún)r(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 內核、存儲器和其他組件，不止確保了系統的高性能，還可以有裕量支持今后的升級要求。

具體亮點(diǎn)如下：

· 異構且支持AI算法的強大處理器

AM62D-Q1 帶有 4 核 Cortex-A53 處理器、單核 Arm Cortex-R5F、以及 C7x DSP 且帶矩陣乘法加速器的 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 內核，支持基于 256 位的矢量運算架構，內核可以根據單周期訪(fǎng)問(wèn) L2 的儲存器，速度更快。同時(shí)主頻達到了 1GHz，提供 40GFLOPS 算力，且其矩陣乘法加速器 (MMA) 性能高達 2TOPS。C7x 內核與矩陣乘法加速器結合，構成了一個(gè)片上神經(jīng)處理單元。

利用 AI 加速器，不僅可以運行通用的音頻算法，也可以支持各類(lèi) AI 算法。與基于標量的傳統 DSP 架構相比，采用基于矢量架構的 DSP 內核具備更高的音頻處理性能，同時(shí)具有出色的擴展性，在低端和高端音頻處理上均表現良好。

· 更大容量的存儲

高級實(shí)時(shí)音頻對于算力的要求除了體現在 CPU 上，還體現在內存方面。實(shí)現高吞吐量音頻處理需要 DSP 內核的功能單元每個(gè)周期訪(fǎng)問(wèn)內存。AM2754 是一款無(wú) DDR MCU，MCU 包含高達 4.5MB 的單周期訪(fǎng)問(wèn) L2 內存和高達 6MB 的 L3 內存。AM62D-Q1 是一款基于 DDR 的處理器，適用于需要高速外部存儲器的優(yōu)質(zhì)音頻設計。AM62D-Q1 包含 1.25 MB 的單周期訪(fǎng)問(wèn) L2 內存，以及用于額外高速外部?jì)却娴?32 位 LPDDR4 控制器。

· 豐富的接口與外設

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) 標準是一種理想選擇，因為車(chē)輛中已經(jīng)存在用于連接其他 ECU 的以太網(wǎng)，從而可以簡(jiǎn)化布線(xiàn)架構并降低了系統電纜重量和成本。

TI 新的音頻 DSP 集成了以太網(wǎng)交換機，并且支持 TSN，非常適合高速高帶寬的現代音頻數據傳輸應用。

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)，從而方便系統擴展。

· 硬件安全模塊

如今，汽車(chē)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模塊。TI 的處理器支持安全啟動(dòng)，TEE 以及各類(lèi)加密算法，尤其是支持國密 SM3 和 SM4，滿(mǎn)足車(chē)輛的信息安全要求。而在功能安全方面，系統能力達到 ASIL-D 目標，硬件完整性達到 ASIL-B 目標，符合 AEC-Q100。

TI DSP 內置的 HSM 模塊，集成了安全存儲、加密硬件加速、安全 CPU 和連接到系統其余部分的硬件接口，符合安全硬件擴展 1.1 和 EVITA（電子安全車(chē)輛入侵保護應用）的標準。

· 兩種架構的平臺化策略

TI 同時(shí)提供基于 DDR  的 AM62D 和不帶 DDR 的 AM275x，這樣客戶(hù)可以根據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，客戶(hù)的算法投資不會(huì )被浪費。

一站式音頻解決方案

對于汽車(chē)音頻系統而言， TI 有完整的嵌入式、模擬和電源產(chǎn)品及方案，為客戶(hù)提供 一站式解決方案 。

TI 的 放大器、數據轉換器和 MPU 可以 改善車(chē)內體驗所需的 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、實(shí)時(shí) IV 檢測、負載診斷、強大的 ESD 和 EMI 保護等高級保護特性。

同時(shí)，在 減少電池消耗 、 提升續航里程 上，TI 的 D 類(lèi)放大器的高級調制方案與升壓轉換器的電源跟蹤功能相結合，可實(shí)現更佳的電源效率。

另外，TI 還提供 針對終端設備定制的參考設計、培訓和支持 ，從而 降低開(kāi)發(fā)難度 ， 加速系統的開(kāi)發(fā)周期 。

助力汽車(chē)成為“第三生活空間”

汽車(chē)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。從收音機開(kāi)始，歷經(jīng)磁帶機、CD 播放器的硬件迭代，到如今智能座艙革命，沉浸式汽車(chē)音頻技術(shù)正在重塑用戶(hù)體驗。

音頻正在重新定義人車(chē)關(guān)系的本質(zhì)。 汽車(chē) OEM 不斷更新其音頻系統架構，通過(guò)整合幾種新的音頻技術(shù)來(lái)為用戶(hù)提供豐富的體驗和更高的安全性能。這些音頻系統將使用多個(gè)麥克風(fēng)、放大器和揚聲器，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)現更多人與車(chē)之間的互動(dòng)。

屆時(shí)，汽車(chē)將不斷進(jìn)化，從而 真正成為人類(lèi)的“第三生活空間”。