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车载DSP技术推动汽车立体声技术的发展

http://cn.newmaker.com 7/6/2006 12:15:00 PM 佳工机电网

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随着MP3音频压缩技术和CD技术的日渐普及，消费者开始希望能在日常生活中使用的设备包括汽车中实现此类的功能，享受同样的便利性。因此，制造商开始在汽车内引入数字媒体处理技术，使司机和乘客能获得数字化地娱乐和信息，从而享受到丰富且愉悦的驾驶和乘车体验。

半导体技术是汽车数字多媒体处理技术的核心。随着技术的日臻成熟，制造商已经能够很好地改进车载数字音频设备的性能和增加设备的实用性。数字信号处理技术是一种将数字媒体渗透到车载无线电中的技术。数字信号处理器（DSP）由于可以处理车载娱乐系统中的边带和中频信号，从而使车载无线电从最初单纯的音频处理器发展成为复杂的高科技信息和娱乐中心。

一、为何采用数字信号处理技术

车载无线电产业正在从模拟信号处理向数字信号处理演进，因为这能帮助车载无线电设备制造商改进无线电性能，提高音频质量，给设备制造商提供更多的灵活性、缩短设计周期，以及加速产品上市时间，简化生产程序和稳定操作环境。与90年代开发的最早的车载DSP相比，今天的车载DSP能在一颗单芯片上提供更高水平的功能。另外一个行业趋势也显示了车载DSP日益增长的重要性，这就是无线电信号在更早的信号转换处理阶段就将转化为数字格式进行处理。

模数转换在信号处理流中越来越靠前，从基带端开始越来越接近提供射频信号的天线，紧接着即为信号输出。现在，复杂的交互模拟滤波器已被数字信号处理电路取代。数字处理的其它优点还包括能通过DSP架构实现更为灵敏的控制和完整的音频处理，从而改进无线电性能和音频质量，实现完全不受限制的线性化表现。采用复杂的数学算法通过相位差异能改善无线电的接收效果。

数字接收将日益成为一项重要的功能，将来某一天，RF信号很可能将直接通过电波进行数字化。虽然仍将受到传输系统模拟性能的限制，但是通过在数字域进行模拟信号处理，性能和信号质量将得到显著提高。为了改善各种环境下的性能，业界正在开发各种数字传输方案。数字无线电系统能优化各种传输中的模拟信号的接收。通过在数字域进行信号处理，可实现比目前的模拟接收器更高的性能。

二、飞利浦基于软件的车载无线电DSP

基于软件的DSP可方便的实现所需功能，帮助车载无线电设备制造商添加新的功能，实现更显著的差异化功能，而与重新设计的基于硬件处理的无线电解决方案相比，能节省设计时间并降低成本。

例如，如今的车载无线电制造商面临着无数的新型无线电功能和广播标准，他们要求改善多通道性能和适应天线的多样性。这些都能通过使用基于软件的DSP、无线电和音频软件库或中频（IF）概念轻松实现。制造商可以通过简单的软件升级增加具有新的特征、差异化和高性能的功能。

但是，软件无线电的应用需要强大的处理能力。例如，飞利浦已在一颗车载DSP，即DiRaNa （SAF7730）中嵌入了5个DSP内核，可以提供约650 MIPS 的处理能力。这一数字处理器针对音频效果进行了一系列的改进，包括音乐增强、自适应超重低音2代、LifeVibes “PureStudio”和SRS 环绕声2代等。通过均衡功能可对个性化汽车的音效进行优化。无线电信号和天线针对单个调谐器进行了改进，包括更显著的临近频道抑制和增强的多路抑制效果，而双高频头的相位差异是减少多路径影响的最有效途径，软件无线电算法可控制两个高频头输入的信号。

为了支持双高频头，飞利浦SAF7730可同时管理相位差异和RDS背景扫描，同时管理数字无线电和音频功能，实现了高度创新的集成度，在同一个车载DSP中混合了模拟和数字模块（混合信号），包括模拟IF输入、数字无线电信号接收和音频处理、取样率转换器和数字/模拟音频输出。信号处理则完全通过软件实现。这种高集成度对数字IF车载DSP市场而言非常独特，并可采用先进的高密度COMOS18 工艺打造成本经济的数字IF解决方案。

软件无线电DSP可实现软件解决方案所提供的所有灵活性。在这方面，飞利浦为客户提供了一套软件库，以提供先进的音频和无线电处理功能，这些软件都可以嵌入在SAF7730中。此外，客户可以灵活的集成自主知识产权的软件，以打造独特的产品。

飞利浦SAF7730提供自适应的超重低音2代、音乐增强、多路径衰减和天线相位差异等功能，可实现优异的无线电接收效果和音质。软件无线电DSP大大改善了目前传统无线电广播的音质，并为无线电制造商提供了调整现有无线电设计以适合未来数字无线电功能的发挥空间。使用IIS式的输入/输出可以实现HD或DRM的应用。

三、数字广播市场在全球兴起

高分辨率（HD）无线电、数字无线电广播（DRM）和卫星无线电都是新兴的数字传输与接收系统。HD 无线电（此前曾称为带内同频或 IBOC）用于在现有频谱的边带内数字化地传输地面 AM/FM广播信息，为广播公司提供简单升级到数字广播的途径。配备有 IF 车载DSP 的无线电接收器，只需外加一个HD 协处理器就能轻松实现数字广播功能的升级。

为满足市场对汽车HD无线电设备不断增长的需求，飞利浦的SAF3550 HD无线电处理器为我们完整的车载无线电产品系列增加了高质量数字AM和FM功能。飞利浦最新的创新技术能助您与高质量音效领域的最新进展同步俱进，为帮助各种信息服务实现无干扰的车载CD级音效铺平道路。

SAF3550芯片集成了HD无线电解码功能，对硬件和软件进行了优化，以提供专用的单片解决方案，将来还可灵活增加新的HD无线电功能。此外，飞利浦SAF3550可支持未来新的功能，如增加一个音频通道，或针对未能收听到的广播信息添加重放设备，或者增加定制电台/节目内容、新闻和当地交通信息等数据服务。与现有器件相比，SAF3550可提供最高的集成度和最小的尺寸，以非常经济高效地方式进行信号解调和处理。它独特的设计能帮助制造商采用飞利浦的高频头和车载DSP轻松扩展现有设计。实际上，首批采用飞利浦解码芯片的成本经济的HD无线电已经实现量产并投放市场。

DRM已经发展成为通用的非专属数字音频和数据广播系统，可在长波、中波和短波三个波段运行，其音质可与FM音频相媲美，目前已在全球上市。2003年，DRM通过了国际电联（ITU）、国际工程联合会（IEC）和欧洲电信标准学会（ETSI）的一致认可，它能利用现有的AM广播频段，而不像其他数字系统那样需要新的频段。DRM联盟（www.drm.org）的最初目标是建立一个频率低于30 MHz的广播标准。根据最近达成的一项协议，联盟计划将运行频率扩展至108 MHz。除提供近乎FM级的音质外，DRM还可集成数字和文本，并在兼容的收发器上播出，从而提升收听体验。飞利浦的专用DRM协处理器将发展成为完整系统概念的一部分，可与我们的高性能AM/FM无线电解决方案共用一个平台。这样，数字无线电解码器就可以很轻松地设计成完整的车载无线电解决方案，从而简化将数字无线电投放到汽车市场的过程。与飞利浦先进的RF前端TEF6730之类的高频头前端和SAF7730车载DSP集成在一起，DRM协处理器可为整个系统增加专用的处理功能。这样生产商就可以从现有的成熟的无线电设计设备轻松升级到具有DRM功能的设备，并迅速将DRM和数字无线电接收的所有益处一并提供给消费者。

卫星无线电信号是通过XM和Sirius等供应商提供的2.3GHz S band传输的。卫星无线电广播公司可将触角深入到全球范围内的听众，而在信号质量上相差无几。和HD无线电一样，卫星传输可实现随需应变的功能，如根据汽车所处的不同位置调整信号的接收，这样驾驶者就可以获得他即时面临的天气和交通状况的信息。飞利浦是数字无线电技术领域的领导者，目前正与数字广播供应商密切合作，开发卫星无线电相关的解决方案。

另外一个重要的发展趋势是更高的集成度以及车载DSP中由于软件功能的实现使硬件模块数量的不断减少。飞利浦SAF7730就是一种软件无线电 DSP，它在一个芯片内集成了5个DSP内核，并完全依赖软件实现信号处理。最新的基于IF的车载DSP能在 IF级完全实现处理，并通过系统内的软件模块完成主要任务。这些芯片集成了射频前端、放大器、MP3 和CD 应用，并能以更低的物料成本实现高性能的无线电接收。大量的稳定的软件库能给产品设计提供强大的灵活性，从而使车载无线电供应商在相同的基本平台上设计出不同的组合功能，以满足用户的各种需求。这样不仅可以提高产品的产量，还可增强可靠性。此类芯片还将满足今后十年内车载音频系统主流市场对CD和MP3 功能的需求。

据预计，未来的DSP 将进一步提高集成度并实现主要的车载音频功能。音频压缩处理和32位单片机将被集成到其中。大部分功能可在不改变硬件应用的同时，通过修改内部系数或修改的ROM代码实现。利用一个基础单平台的设计，系统设计师无需再耗费精力去解决主要由硬件产生的质量问题。虽然由于处理能力的限制，硬件功能有所局限，但是某些新功能可通过ROM代码开发轻松实现。

四、铺就未来之路

下一代DSP将支持压缩音频，基本架构与现有产品相同，但IF输入会更少，且SRC、ADC和DAC会实现更高的集成度，此外还将集成一个单片机，从而将CD机械设计的复杂性和系统控制难度降至最低。该单片机可能会内嵌一个32位ARM内核处理器，集成无线电和音频信号处理功能、USB、蓝牙和Wi-Fi接口，此外还将支持外接解码压缩音频的设备，更轻松地实现软、硬件设计和应用开发，并内嵌flash memory。ARM单片机将实现对车载DSP的宏观控制。然而，目前车载DSP在市场上的应用仍然仅限于高端汽车，主流车载无线电仍需要模拟解决方案的支持，这种DSP目标将是针对主流的车载无线电市场。

鉴于目前传输系统在处理模拟信号方面的性能有限，不久的将来，随着IC的进一步微型化和车载DSP性能的提高，RF信号将直接通过电波实现数字化。这样，模拟无线电信号最终将完全在数字域进行处理。DSP将继续为车载无线电提供更广泛的收听范围，使消费者在更宽的频段接收到更多的电台信号，而不再需要不断调整无线电设备以达到更好的接收效果。在DSP的支持下，传统的模拟AM和FM广播将变得更加清晰，音质将大大改进，抗干扰功能也将更为强大。

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