沉浸式汽车音频: 重塑驾驶体验的声学革命

从 1922 年车载收音机首次装配在车上开始，汽车座舱便开启了声学体验的进化史，同时也是汽车驾乘体验的演进史。

声学体验正成为定义汽车价值的新维度，音频已迅速成为不仅仅是一种交流和娱乐手段，更是改善人们生活的一种方式。

过去十年，汽车消费者对音响系统的期望值都大幅提升。性能良好的音响系统、更清晰的语音交互、定制化个性化的内容，有助于提升车主的使用体验，这也得到了众多 OEM 和市场的普遍认可。

音响系统往往由于成本高昂且需要额外的工程专业知识，门槛较高，因此优秀的声学体验往往只能在高端车型中出现。如今，随着硬件系统和软件系统技术的进步，越来越经济实用且效果良好的车载音频系统开始出现，同时音频设计也变得简单易用。

车载音频的创新带来的挑战

信号处理器 (DSP) 在音频处理中必不可少，它可以快速处理复杂的数学运算，可以精确控制均衡、压缩、分频和时间对齐等音频处理，以至于一直以来汽车市场都将外置功放音响系统命名为 DSP，可见在这其中 DSP 芯片的重要价值。

如今，车载音频在拾音端及播放端的创新及增强体验都在不断提升。这其中一方面是人机交互车载语音识别的性能越来越高，其次就是汽车有源噪声消除技术的应用，另外还包括车载麦克风阵列、车内通信等新一代应用，带来了更多的麦克风；而在播放端，扬声器的数量同样在“卷不停”，越来越多的扬声器被放置在车里、车外甚至头枕里，例如通过声音合成和警报增强安全性的 AVAS 技术。

这种越来越多的 MEMS 阵列和扬声器，以及对应的各类降噪、人声增强等等算法，也给处理系统带来了更多挑战。

对于不同的音频功能集，对处理器有着不同需求，其中 RNC 是道路噪声消除，ICC 是车内通信，AVAS 为声学车辆警报系统。

目前 DSP 芯片在音频系统中有几种拓扑类型，包括与音响主机 SoC 集成，在音响主机中作为分立式元件或者安装为外部功放中的分立式元件。

每类布局都各有其优缺点。当前汽车音频系统中最常见的 DSP 实现是在外部功放中。这种方法更具灵活性，可以将 DSP 系统设计与快速发展的主机技术分离，从而提高了可重用性和可扩展性。

如图所示，随着功放越来越重要，DSP 应该和主机分离从而实现超灵活的配置，可以更快满足车载音频处理的不同升级需求。

TI 新一代 DSP 重塑信息娱乐系统

为了应对 OEM 以及终端消费者的需求，德州仪器 (TI) 推出了新一代音频处理器，通过更高的集成度以及更高的算力，有助于简化音响系统设计，并提升系统的性价比。

新一代产品包括 AM62D-Q1 处理器和 AM275x-Q1 MCU，集成了包括 TI 的 C7x DSP 内核、存储器和其他组件，不止确保了系统的高性能，还可以有裕量支持今后的升级要求。

具体亮点如下：

· 异构且支持AI算法的强大处理器

AM62D-Q1 带有 4 核 Cortex-A53 处理器、单核 Arm Cortex-R5F、以及 C7x DSP 且带矩阵乘法加速器的 DSP；AM275x-Q1 则集成了双核或四核 Arm Cortex-R5F、以及 C7x DSP。

特别需要指出的是，新一代 C7x DSP 内核，支持基于 256 位的矢量运算架构，内核可以根据单周期访问 L2 的储存器，速度更快。同时主频达到了 1GHz，提供 40GFLOPS 算力，且其矩阵乘法加速器 (MMA) 性能高达 2TOPS。C7x 内核与矩阵乘法加速器结合，构成了一个片上神经处理单元。

利用 AI 加速器，不仅可以运行通用的音频算法，也可以支持各类 AI 算法。与基于标量的传统 DSP 架构相比，采用基于矢量架构的 DSP 内核具备更高的音频处理性能，同时具有出色的扩展性，在低端和高端音频处理上均表现良好。

· 更大容量的存储

高级实时音频对于算力的要求除了体现在 CPU 上，还体现在内存方面。实现高吞吐量音频处理需要 DSP 内核的功能单元每个周期访问内存。AM2754 是一款无 DDR MCU，MCU 包含高达 4.5MB 的单周期访问 L2 内存和高达 6MB 的 L3 内存。AM62D-Q1 是一款基于 DDR 的处理器，适用于需要高速外部存储器的优质音频设计。AM62D-Q1 包含 1.25 MB 的单周期访问 L2 内存，以及用于额外高速外部内存的 32 位 LPDDR4 控制器。

· 丰富的接口与外设

音频传输网络的关键是精确且低延迟的通信和同步，以太网音频视频桥接 (AVB) 标准是一种理想选择，因为车辆中已经存在用于连接其他 ECU 的以太网，从而可以简化布线架构并降低了系统电缆重量和成本。

TI 新的音频 DSP 集成了以太网交换机，并且支持 TSN，非常适合高速高带宽的现代音频数据传输应用。

另外，在音频接口方面，TI 还支持多个多通道音频串行端口 (McASP)，从而方便系统扩展。

· 硬件安全模块

如今，汽车的安全越来越重要，为了避免黑客入侵，需要有各种安全防护模块。TI 的处理器支持安全启动，TEE 以及各类加密算法，尤其是支持国密 SM3 和 SM4，满足车辆的信息安全要求。而在功能安全方面，系统能力达到 ASIL-D 目标，硬件完整性达到 ASIL-B 目标，符合 AEC-Q100。

TI DSP 内置的 HSM 模块，集成了安全存储、加密硬件加速、安全 CPU 和连接到系统其余部分的硬件接口，符合安全硬件扩展 1.1 和 EVITA（电子安全车辆入侵保护应用）的标准。

· 两种架构的平台化策略

TI 同时提供基于 DDR 的 AM62D 和不带 DDR 的 AM275x，这样客户可以根据自身成本和算力需求灵活选择，选择不同的产品，由于采用了相同的 DSP 以及 Arm 架构，客户的算法投资不会被浪费。

一站式音频解决方案

对于汽车音频系统而言，TI 有完整的嵌入式、模拟和电源产品及方案，为客户提供一站式解决方案。

TI 的放大器、数据转换器和 MPU 可以改善车内体验所需的低噪声、失真和延迟，从而确保高品质音质。放大器具有过流保护、实时 IV 检测、负载诊断、强大的 ESD 和 EMI 保护等高级保护特性。

同时，在减少电池消耗、提升续航里程上，TI 的 D 类放大器的高级调制方案与升压转换器的电源跟踪功能相结合，可实现更佳的电源效率。

另外，TI 还提供针对终端设备定制的参考设计、培训和支持，从而降低开发难度，加速系统的开发周期。

助力汽车成为“第三生活空间”

汽车行业正在经历一场重大变革，需要以驾驶员为中心，提供舒适的驾驶体验。从收音机开始，历经磁带机、CD 播放器的硬件迭代，到如今智能座舱革命，沉浸式汽车音频技术正在重塑用户体验。

音频正在重新定义人车关系的本质。汽车 OEM 不断更新其音频系统架构，通过整合几种新的音频技术来为用户提供丰富的体验和更高的安全性能。这些音频系统将使用多个麦克风、放大器和扬声器，更实时的互联技术以及更先进的 AI 算法，这些都需要先进且实惠的 DSP 技术，实现更多人与车之间的互动。

届时，汽车将不断进化，从而真正成为人类的“第三生活空间”。