使用手機(jī)、無線耳機(jī)和集成網(wǎng)絡(luò)攝像頭麥克風(fēng)和語音IP (VoIP)附件的筆記本電腦等便攜通信設(shè)備的消費(fèi)者，都要求能在嘈雜環(huán)境下不用大聲通話和能聽到對(duì)方的說話，并且能不受回聲干擾。
影響音頻效果的因素眾多，如信噪比、動(dòng)態(tài)范圍、失真度和瞬態(tài)響應(yīng)等等，其中動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)相當(dāng)關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，如果動(dòng)態(tài)范圍過窄，就會(huì)使得整體的音頻表現(xiàn)力相當(dāng)有限。在通話噪聲方面，一個(gè)典型的例子是在汽車中用手機(jī)通話時(shí)，除了用戶本身的聲音，設(shè)備還會(huì)捕獲持續(xù)及動(dòng)態(tài)的背景噪聲，如風(fēng)噪聲、地面噪聲或發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲等，這些噪聲可能會(huì)給通話的另一方造成嚴(yán)重干擾。
另外，由于便攜設(shè)備日趨小巧，麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的位置正靠得越來越近，手機(jī)用戶也可能會(huì)面臨自己傳送給對(duì)方的語音又被對(duì)方的麥克風(fēng)傳送回來從而聽到回聲的窘境。
這些影響消費(fèi)者音頻體驗(yàn)的因素，使得他們要求制造商和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在便攜通信設(shè)備中集成包含軟、硬件在內(nèi)的更先進(jìn)音頻處理功能，令嘈雜環(huán)境下的語音通話即使聲音不大也可被聽清楚，以及消除回聲等。這帶動(dòng)了那些具有高保真(Hi-Fi)效果的音頻處理解決方案更受到消費(fèi)者的青睞。
這些要求為設(shè)計(jì)人員帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄兺ǔ１仨氃诟〉耐庑纬叽纾约安挥绊懝?電池壽命)、重量(電池大小)和成本(消費(fèi)類設(shè)備尤其敏感)等設(shè)計(jì)限制下完成。
先進(jìn)的BelaSigna 300音頻處理方案提供Hi-Fi音頻質(zhì)量
身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體的BelaSigna音頻處理解決方案系列，如BelaSigna250 和BelaSigna 300，正好為便攜系統(tǒng)提供更先進(jìn)的音頻處理硬件和軟件，使設(shè)計(jì)人員既可應(yīng)用復(fù)雜的音頻處理技術(shù)而不須犧牲電池使用時(shí)間或增大電池尺寸。
表1：安森美半導(dǎo)體BelaSigna系列音頻處理器主要指標(biāo)
最新的BelaSigna 300是尺寸僅為3.6 × 2.6 mm的24位超低功率Hi-Fi音頻處理器，它以固定功能專用集成電路(ASIC)的功耗和尺寸提供通用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的靈活性，增添的先進(jìn)模擬音頻輸入及24位信號(hào)通道可實(shí)現(xiàn)極佳的音頻質(zhì)量，獨(dú)特的專利雙核架構(gòu)實(shí)現(xiàn)回聲消除和噪聲消減等眾多先進(jìn)音頻算法同時(shí)運(yùn)行，而且功率消耗更低，適合于手機(jī)和無線耳機(jī)等便攜通信設(shè)備應(yīng)用。圖1是BelaSigna 300的功能模塊圖，各個(gè)功能模塊的簡要分析如下：
圖1：安森美半導(dǎo)體BelaSigna 300音頻處理器的功能模塊圖
輸入段(Input Stage)：提供信號(hào)選擇、信號(hào)放大、防混疊(anti-alias)濾波、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)和采樣率抽取功率。支持多種麥克風(fēng)和線路電平音頻輸入信號(hào)。四個(gè)獨(dú)立Sigma-Delta ADC能夠同時(shí)使用。還能結(jié)合其中兩個(gè)ADC組成一個(gè)輸入通道，使得動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)110dB。
輸入輸出控制器(IOC)：先進(jìn)的直接存儲(chǔ)器存取(DMA)處理器定制設(shè)計(jì)用于管理音頻信號(hào)移動(dòng)，而不需要加載任意一個(gè)DSP內(nèi)核(HEAR或CFX)。智能存取機(jī)制確保只需要最少的地址算法，簡化了整體系統(tǒng)的編程。
片上外設(shè)(On-chip Peripheral)：強(qiáng)大的電源管理模塊能夠處理多種電池或電源條件；時(shí)鐘產(chǎn)生和管理模塊提供優(yōu)化的計(jì)算效率/功率比；IP保護(hù)模塊防止未經(jīng)授權(quán)的軟件訪問。定時(shí)器和其它系統(tǒng)監(jiān)視模塊用于進(jìn)一步簡化系統(tǒng)編程。
HEAR可配置加速器：執(zhí)行超高效率的低延遲、高保真(Hi-Fi)濾波器組和矢量處理操作。濾波能夠工作在時(shí)域以及頻率，可以采用統(tǒng)一或非統(tǒng)一頻段設(shè)置。HEAR加速器的功能鏈高度可配置，具有專用軟件工具。
CFX DSP內(nèi)核：這個(gè)完全可編程的24位雙MAC DSP內(nèi)核是主數(shù)字處理器，用于配置系統(tǒng)和協(xié)調(diào)信號(hào)數(shù)據(jù)流。包括能夠?qū)崿F(xiàn)微控制器(MCU)功能的指令集。
輸出段(Output Stage)：提供上采樣(up-sampling)，直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，為耳機(jī)和耳筒提供適宜的輸出功率；采用單獨(dú)的直流解耦濾波器，確保即便在最高輸出功率下也能提供最低的失真。
接口：支持GPIO、I2C、LSAD、PCM/I2S、UART和SPI接口，確保無縫連接至其它系統(tǒng)和典型人機(jī)接口(MMI)器件，如按鍵、電位計(jì)和發(fā)光二極管(LED)等。
圖2： BelaSigna 300 Hi-Fi音頻處理器在手機(jī)和免提電話中的應(yīng)用電路圖
圖2所示的是BelaSigna 300音頻處理器在手機(jī)和免提電話中的應(yīng)用示例。需要說明的是，圖中的揚(yáng)聲器功能可以被集成為耳筒揚(yáng)聲器，但在大功率免提電話揚(yáng)聲器中仍然保持外置。
不同算法軟件與硬件相輔相成，滿足差異化需求
安森美半導(dǎo)體除了提供BelaSigna系列音頻處理器的硬件本身，還提供包括先進(jìn)的回聲消除算法、噪聲消減和其它音頻增強(qiáng)算法在內(nèi)的嵌入式軟件與硬件相輔相成，供設(shè)計(jì)人員選擇。這些嵌入式軟件涵蓋安森美半導(dǎo)體算法，ExAudio、2Pi 、dlab、SRS Labs和Alango等第三方合作伙伴提供的算法解決方案，客戶開發(fā)的算法，以及安森美半導(dǎo)體針對(duì)應(yīng)用需求開發(fā)的定制算法等。此外，安森美半導(dǎo)體還提供各種開發(fā)支持，如技術(shù)支持和培訓(xùn)、工程和設(shè)計(jì)服務(wù)、參考設(shè)計(jì)以及評(píng)估和開發(fā)工具(如硬件參考工具、DSP開發(fā)工具和通信工具)，方便應(yīng)用設(shè)計(jì)。
以BelaSigna 300為例，安森美半導(dǎo)體提供或規(guī)劃提供多種捆綁的算法軟件，滿足客戶的差異化需求。這些捆綁軟件包括：
·LP-AEC(采用AEC和SNE算法，用于免提電話和手機(jī))
·噪聲消減(采用SNE算法，用于便攜通信設(shè)備)
·TX捆綁軟件(采用雙麥克風(fēng)和AEC算法，用于手機(jī)和筆記本電腦)
·RX捆綁軟件(采用SNE、EQ、AAE算法，用于手機(jī)和手機(jī)附件)
·“綜合包”(包括RX捆綁軟件和支持AEC、SNE算法的TX捆綁軟件，用于手機(jī)和通信設(shè)備)
總結(jié)
消費(fèi)者對(duì)便攜通信設(shè)備的音頻質(zhì)量要求越來越高，且要求電池使用時(shí)間更長。這驅(qū)使制造商和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在便攜通信設(shè)備中采用先進(jìn)的低功率音頻處理技術(shù)，進(jìn)行更好的噪聲消減和回聲消除，提供更高的音頻再現(xiàn)效果。安森美半導(dǎo)體的具有Hi-Fi音效的BelaSigna 300音頻處理器，采用專利的雙核架構(gòu)，以ASIC的功耗和尺寸提供DSP的靈活性，支持先進(jìn)的噪聲消減、回聲消除和音頻增強(qiáng)算法，提供極高的動(dòng)態(tài)范圍，占用極小的電路板空間，并且典型功耗超低，僅需1～10 mW，非常適合于手機(jī)和無線耳機(jī)等便攜通信設(shè)備應(yīng)用。為了滿足可能的差異化需求及方便便攜系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的開發(fā)，安森美半導(dǎo)體更提供豐富的捆綁算法軟件包、參考設(shè)計(jì)和評(píng)估與開發(fā)工具，幫助他們縮短開發(fā)時(shí)間，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。