基于DSP的車載娛樂系統(tǒng)設(shè)計

　　車載娛樂系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢正在變得日益復(fù)雜，通過銅纜發(fā)送音頻數(shù)據(jù)的簡單音頻系統(tǒng)已經(jīng)成為過去。為了滿足多通道音頻處理和分布式視頻的要求， 復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)處理變得越來越流行。特別是與數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(DTCP)加密和解密方法相關(guān)的面向媒體的系統(tǒng)傳輸(MOST)光網(wǎng)絡(luò)正在被許多高擋和中檔汽 車采用，這種趨勢以及車載音頻系統(tǒng)通常必須以變化的采樣頻率適應(yīng)多種輸入源(調(diào)幅和調(diào)頻、CD、DVD、蜂窩電話和導(dǎo)航系統(tǒng)輸入)這個事實給數(shù)字信號處理 器(DSP)供應(yīng)商增加了壓力，要求他們提供增強性能和更高集成度的處理器。

　　基于MOST的車載高端娛樂系統(tǒng)

　　MOST總線專門用于滿足要求嚴格的車載環(huán)境。這種新的基于光纖的網(wǎng)絡(luò)能夠支持24.8Mbps的數(shù)據(jù)速率，與以前的銅纜相比具有減輕重量和減小電磁干擾(EMI)的優(yōu)勢。

　 　MOST總線基于環(huán)形拓撲，從而允許共享多個發(fā)送和接收器的數(shù)據(jù)。MOST總線主控器(通常位于汽車音響主機處)有助于數(shù)據(jù)采集，所以該網(wǎng)絡(luò)可支持多個 主拓撲結(jié)構(gòu)，在一個網(wǎng)絡(luò)上最多高達64個主設(shè)備。為了確保數(shù)據(jù)安全，總線主控器在上電時將查詢總線上的每一臺從設(shè)備并且完成自動密鑰交換(AKE)。如果 從設(shè)備有一個有效的總線密鑰，那么允許它使用預(yù)定的協(xié)議發(fā)送和接收MOST總線上的數(shù)據(jù)。

　　MOST傳輸協(xié)議由分割成幀的數(shù)據(jù)塊組成，每 一幀包含流數(shù)據(jù)、分組數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。流數(shù)據(jù)與MOST時鐘同步并且不斷地在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)傳輸。分組數(shù)據(jù)與MOST時鐘異步，根據(jù)需要產(chǎn)生，其中一個例子就 是來自無線個人數(shù)字助理(PDA)設(shè)備的電子郵件。幀中分配給流數(shù)據(jù)和分組數(shù)據(jù)之間的帶寬是可變的，以滿足系統(tǒng)在特定的時間需求，并且其控制字包含數(shù)據(jù)類 型、在幀中什么地方可以找到數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)大小等流信息。控制信息可以在多個幀中分配，并且應(yīng)該在接收設(shè)備中重建。

　　音頻處理

　 　圖1給出了一個簡單的基于MOST總線的車載音頻娛樂系統(tǒng)。來自DVD播放器音頻源內(nèi)容，例如PCM、AC3和DTS通過SPDIF鏈路傳送到主機。 SPDIF鏈路將以音頻源的采樣頻率(FS_in1)工作，例如對于CD音頻為44.1kHz，對于AC3和DTS等DVD視頻內(nèi)容為48KHz。當要將 編碼的音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上時，在傳輸之前必須對傳輸內(nèi)容進行加密以阻止盜版拷貝。通常對于車載系統(tǒng)可選的加密機制是DTCP，該機制將在下面介紹。

?

圖1：基于MOST總線的典型車載高端娛樂系統(tǒng)

　 　ADI公司的BlackFin處理器架構(gòu)非常適合于這種功能，因為它具有豐富的外設(shè)和優(yōu)化的指令集，從而能使它完成類似微控制器(MCU)的工作以及傳 統(tǒng)DSP的工作。同時，導(dǎo)航系統(tǒng)公告(Navigation System Announcement)也必須通過MOST總線傳輸?shù)?a href="http://m.xsypw.cn/tags/放大器/" target="_blank">放大器，以允許駕駛員在駕駛時能夠聽到指令。這些基于PCM的信號通常基于12.24kHz立體 聲，我們稱之為FS_in2。MOST收發(fā)器可收發(fā)多種音頻源信號，并且重新將數(shù)據(jù)安排成數(shù)據(jù)塊以便在總線上傳輸(如圖2所示)。

?

圖2：基于MOST總線的車載音頻娛樂系統(tǒng)原理圖

　　一些音頻數(shù)據(jù)包中可能采用DTCP加密(如FS_in1)，它們通過總線傳輸?shù)椒糯笃鞑糠郑@部分通常位于汽車尾部(見圖3)。

?

圖3：放大器系統(tǒng)處理流程

　 　當音頻源數(shù)據(jù)通過MOST總線發(fā)送后，DSP必須重構(gòu)原始分組數(shù)據(jù)，并且如果數(shù)據(jù)是DTCP加密的，則需要將數(shù)據(jù)流解密為最初的形式。通過MOST總線 傳輸?shù)母弊饔镁褪莵G失了源音頻的原始采樣速率，即使采用時鐘重構(gòu)技術(shù)，原始的源采樣率也無法精確地重構(gòu)，這將導(dǎo)致DSP緩存器中可聽到的“pop”聲以及 聲音丟失。

　　為了進一步增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使用DTCP的加密技術(shù)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的必備條件，從而可為通過網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字數(shù)據(jù)提供安全。DTCP有四層拷貝保護機制：拷貝控制信息(CCI)、設(shè)備鑒別和AKE、內(nèi)容加密和系統(tǒng)更新。

　 　拷貝控制信息(CCI)是以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?nèi)容為基礎(chǔ)，并且它由內(nèi)容擁有者決定，例如“免費拷貝”、“禁止拷貝”、“不再拷貝”和“拷貝一次”。在交換 任何內(nèi)容之前，網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備必須確定是否它們是原始內(nèi)容。有完全鑒權(quán)和受限訪問鑒權(quán)兩個級別。在密鑰交換之后，可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸內(nèi)容。采用預(yù)定義基本密碼引 擎加密和解密內(nèi)容，并且放入MOST傳輸協(xié)議的保護內(nèi)容包中，該保護包具有包頭簽名以識別已經(jīng)加密的內(nèi)容。

　　下一代系統(tǒng)問題的解決方案

　　基于網(wǎng)絡(luò)的車載娛樂系統(tǒng)的系統(tǒng)相關(guān)問題日益增加，為了解決這些問題，ADI公司已經(jīng)開發(fā)出了SHARC ADSP-21365處理器。

?

圖4：ADI公司用于車載娛樂的ADSP-21365 SHARC處理器

　　ADSP- 21365是一款32/40b的浮點單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）信號處理器，它具有內(nèi)置4Mb的ROM，完全支持所有多聲道解碼器標準，例如Dolby Digital解碼器、DTS解碼器以及包括DPL2x、Neo6等后處理模塊。客戶專用后處理模塊可以在3Mb的內(nèi)部RAM上執(zhí)行，客戶利用 Visual Audio（見后文）這樣的音頻專用開發(fā)工具能夠在較短的時間內(nèi)增加他們后處理的類別。

?

圖5：定點和浮點處理器的SNR值

　 　為了解決多個音頻源采用不同基本采樣率的問題，ADI公司已經(jīng)將AD1896獨立的采樣率轉(zhuǎn)換器集成在到ADSP-21365中。它具有8個通道的采樣 轉(zhuǎn)換和高達140dB的性能，多個音頻源不需要存儲器和MIPS開銷，并且所有的輸出后處理都能運行在單采樣速率條件下，以進一步減少數(shù)據(jù)流的復(fù)雜度。

　　其它音頻專用外設(shè)包括6個串行端口，并且支持TDM和I2S，以及集成的SPDIF Tx/Rx端口以便直接與數(shù)字音頻源連接。

　 　ADSP-21365 SHARC DSP也包括一個基于DTCP M6密碼引擎(與DTLA兼容)的硬件。外設(shè)具有兩個專用的DMA總線，在不需要內(nèi)核干涉的條件下，允許高速傳輸?shù)組6或者從M6傳輸，并且具有對加密和 解密的本地支持。ADSP-21365實現(xiàn)了完成DTCP兼容系統(tǒng)的簡單設(shè)計途徑。密碼引擎支持密鑰動態(tài)更新的功能，用戶可以使用內(nèi)置定時器設(shè)置密鑰更新 和改變的間隔周期，以增加在網(wǎng)絡(luò)上的安全性。

　　文章詳情：基于DSP的車載娛樂系統(tǒng)設(shè)計