沉浸式汽車音頻：重塑駕駛體驗的聲學革命

從 1922 年車載收音機首次裝配在車上開始，汽車座艙便開啟了聲學體驗的進化史，同時也是汽車駕乘體驗的演進史。

聲學體驗 正成為定義汽車價值的新維度 ，音頻已迅速成為 不僅僅是一種交流和娛樂手段，更是改善人們生活的一種方式 。

過去十年，汽車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 、更清晰的語音交互、定制化個性化的內容， 有助于提升車主的使用體驗，這也得到了眾多 OEM 和市場的普遍認可。

音響系統往往由于成本高昂且需要額外的工程專業知識，門檻較高，因此優秀的聲學體驗往往只能在高端車型中出現。如今，隨著硬件系統和軟件系統技術的進步，越來越經濟實用且效果良好的 車載音頻系統 開始出現 ，同時 音頻設計也變得簡單易用 。

車載音頻的創新帶來的挑戰

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運算 ，可以 精確控制均衡、壓縮、分頻和時間對齊等音頻處理 ，以至于一直以來汽車市場都將外置功放音響系統命名為 DSP，可見在這其中 DSP 芯片 的重要價值。

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

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

對于不同的音頻功能集，對處理器有著不同需求，其中 RNC 是道路噪聲消除 ， ICC 是車內通信 ， AVAS 為聲學車輛警報系統 。

目前 DSP 芯片在音頻系統中有幾種拓撲類型 ，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。

每類布局都各有其優缺點。當前汽車音頻系統中最常見的 DSP 實現是在外部功放中。這種方法 更具靈活性 ，可以將 DSP 系統設計與快速發展的主機技術分離，從而提高了 可重用性 和 可擴展性 。

如圖所示，隨著功放越來越重要，DSP 應該和主機分離從而實現超靈活的配置，可以更快滿足車載音頻處理的不同升級需求。

TI 新一代 DSP 重塑信息娛樂系統

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，通過更高的集成度以及更高的算力，有助于簡化音響系統設計，并提升系統的性價比。

新一代產品包括 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問 L2 的儲存器，速度更快。同時主頻達到了 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，構成了一個片上神經處理單元。

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 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

高級實時音頻對于算力的要求除了體現在 CPU 上，還體現在內存方面。實現高吞吐量音頻處理需要 DSP 內核的功能單元每個周期訪問內存。AM2754 是一款無 DDR MCU，MCU 包含高達 4.5MB 的單周期訪問 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質音頻設計。AM62D-Q1 包含 1.25 MB 的單周期訪問 L2 內存，以及用于額外高速外部內存的 32 位 LPDDR4 控制器。

· 豐富的接口與外設

音頻傳輸網絡的關鍵是精確且低延遲的通信和同步，以太網音頻視頻橋接 (AVB) 標準是一種理想選擇，因為車輛中已經存在用于連接其他 ECU 的以太網，從而可以簡化布線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，汽車的安全越來越重要，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，TEE 以及各類加密算法，尤其是支持國密 SM3 和 SM4，滿足車輛的信息安全要求。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（電子安全車輛入侵保護應用）的標準。

· 兩種架構的平臺化策略

TI 同時提供基于 DDR  的 AM62D 和不帶 DDR 的 AM275x，這樣客戶可以根據自身成本和算力需求靈活選擇，選擇不同的產品，由于采用了相同的 DSP 以及 Arm 架構，客戶的算法投資不會被浪費。

一站式音頻解決方案

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

TI 的 放大器、數據轉換器和 MPU 可以 改善車內體驗所需的 低噪聲、失真和延遲 ，從而確保 高品質音質 。放大器具有過流保護、實時 IV 檢測、負載診斷、強大的 ESD 和 EMI 保護等高級保護特性。

同時，在 減少電池消耗 、 提升續航里程 上，TI 的 D 類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 降低開發難度 ， 加速系統的開發周期 。

助力汽車成為“第三生活空間”

汽車行業正在經歷一場重大變革，需要以駕駛員為中心，提供舒適的駕駛體驗。從收音機開始，歷經磁帶機、CD 播放器的硬件迭代，到如今智能座艙革命，沉浸式汽車音頻技術正在重塑用戶體驗。

音頻正在重新定義人車關系的本質。 汽車 OEM 不斷更新其音頻系統架構，通過整合幾種新的音頻技術來為用戶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麥克風、放大器和揚聲器，更實時的互聯技術以及更先進的 AI 算法，這些都需要先進且實惠的 DSP 技術，實現更多人與車之間的互動。

屆時，汽車將不斷進化，從而 真正成為人類的“第三生活空間”。