復雜的音頻場景迎來了緩存相干的多核DSP

數字音頻處理正在發展成為一種藝術形式，特別是在汽車、電影院和家庭影院等高端應用中。創新正在從空間音頻技術轉向環境校正和空間約束等概念。這些復雜的音景正在推動數字信號處理 （DSP） 性能需求的突然增加，包括在應用中使用多個 DSP 和 AI 推理。為協調音頻處理對多個 DSP 進行編程的難度已經超過了好處——直到現在，隨著緩存一致性多核 DSP 解決方案的推出。Cadence 的 HiFi DSP IP 產品營銷總監 Prakash Madhvapathy 與我們討論了正在發生的變化以及緩存一致性 DSP 如何解鎖新應用程序。

填充或不填充空間的聲音

空間音頻方案使每個聲源都具有獨特的強度和方向性特性，并且多個聲源可以同時在同一空間中移動。其結果可以在原始環境中為聽眾提供高度逼真的沉浸式 3D 體驗。“理想情況下，你能夠創造你的聆聽環境，比如條形音箱、耳機、耳塞或你的汽車，”Madhvapathy 說。“你可能想增強來源，或者減少或完全刪除它們。”（例如，在我家里，我們有一個沒有低音炮的 Bose 5.1 條形音箱，因為我妻子的低音靈敏度更高。

然而，很少有聆聽空間是原始的。“噪聲可以有多種形式，而且它們并不總是統計靜態的;他們一直在變化，“Madhvapathy 繼續說道。可能有鍵盤點擊、其他對話、交通噪音和更多噪音源。降噪變得越來越復雜，因為對一個聽眾來說，噪音對另一個聽眾來說可能是一個重要的對話，他們都在同一個空間里聽到聲音。“傳統的 DSP 用例可以提供一些降噪效果，但 AI 正在不斷發展，可以處理更復雜的降噪任務，在這些任務中，源比持續的背景嗡嗡聲更難預測。”人工智能還可以在適應空間的聲音、處理死點或混響方面發揮作用。

高端汽車聲音處理也變得更加復雜。一些最新的汽車部署了多達 24 個揚聲器來創建聆聽區。駕駛員聽到的可能與乘客聽到的完全不同，因為取消技術為每個聽眾體驗到的聲音提供了空間限制，或者 Madhvapathy 親切地稱呼它們為“聲泡”。“車輛中不同區域的復雜性使得在使用分布式音頻處理時很難更新所有區域，”他觀察到。“另一個問題是并發性——音樂、電話、交通降噪、通話消除，一切都必須同時無縫地發生，否則部分或所有聽眾的音質都會受到影響。”

基于成熟內核構建的低功耗、高性能 DSP

音頻處理需求正在猛增，Cadence 已轉向一種熟悉但引人注目的新解決方案來提高 DSP 性能。“以前，我們能夠為我們的 HiFi DSP 系列之一增加性能，并為客戶創造足夠的空間，以滿足他們在單個處理器中的音頻要求，”Madhvapathy 說。“突然之間，客戶要求性能是我們前幾代 HiFi 的四倍、六倍或八倍，以應對新的 DSP 和 AI 算法。”多核已經從大多數設計師避免的 DSP 架構發展成為現在在高端音頻市場競爭所必需的架構。

最新推出的是 Cadence Tensilica Cache-Coherent HiFi 5s SMP，這是一個建立在其第八代 Xtensa 內核之上的對稱多處理器子系統，并集成了額外的 SIMD 寄存器和 DSP 模塊。“無論如何，緩存相干性在計算機科學中并不是一個新概念，但它現在正在通過 HiFi 5s SMP 以 DSP 形式形成，”他繼續說道。“當嘗試跨內核對應用程序進行硬分區時，過度購買內核是一個問題，而這很少被證明是正確的大小。借助 HiFi 5s SMP，所有內核都可以訪問共享的緩存內存空間，并且內核可以根據您的需求擴展或縮減，因此浪費的能源和成本更少，編程也容易得多。

音頻應用獲得更多優勢。麥克風和揚聲器可以連接到具有適量 DSP 內核和內存的單個處理塊中。HiFi 5s DSP 內核提供多級中斷處理，用于對在 FreeRTOS 或 Zephyr 中運行的任務進行實時優先級排序。它們還支持電源管理，包括三級電源關閉選項和時鐘頻率縮放。

Madhvapathy 以一些有趣的觀察結束。雖然短生命周期在條形音箱和耳塞等消費類設備中很常見，但他發現汽車音頻設計的生命周期急劇縮短，每兩三年更新一次功能以保持競爭力。可擴展性和緩存一致性不僅使軟件更加簡單，而且還簡化了測試并減少了故障，減少了與緩存相關的異常實例，這些異常直到設計進入現場并且客戶不滿意才會出現。

設計師才剛剛開始想象這些復雜音景的可能性，而更多的 DSP 性能以及易于編程和可擴展性的到來是及時的。