復(fù)雜的音頻場(chǎng)景迎來了緩存相干的多核DSP

數(shù)字音頻處理正在發(fā)展成為一種藝術(shù)形式，特別是在汽車、電影院和家庭影院等高端應(yīng)用中。創(chuàng)新正在從空間音頻技術(shù)轉(zhuǎn)向環(huán)境校正和空間約束等概念。這些復(fù)雜的音景正在推動(dòng)數(shù)字信號(hào)處理 （DSP） 性能需求的突然增加，包括在應(yīng)用中使用多個(gè) DSP 和 AI 推理。為協(xié)調(diào)音頻處理對(duì)多個(gè) DSP 進(jìn)行編程的難度已經(jīng)超過了好處——直到現(xiàn)在，隨著緩存一致性多核 DSP 解決方案的推出。Cadence 的 HiFi DSP IP 產(chǎn)品營銷總監(jiān) Prakash Madhvapathy 與我們討論了正在發(fā)生的變化以及緩存一致性 DSP 如何解鎖新應(yīng)用程序。

填充或不填充空間的聲音

空間音頻方案使每個(gè)聲源都具有獨(dú)特的強(qiáng)度和方向性特性，并且多個(gè)聲源可以同時(shí)在同一空間中移動(dòng)。其結(jié)果可以在原始環(huán)境中為聽眾提供高度逼真的沉浸式 3D 體驗(yàn)。“理想情況下，你能夠創(chuàng)造你的聆聽環(huán)境，比如條形音箱、耳機(jī)、耳塞或你的汽車，”Madhvapathy 說。“你可能想增強(qiáng)來源，或者減少或完全刪除它們。”（例如，在我家里，我們有一個(gè)沒有低音炮的 Bose 5.1 條形音箱，因?yàn)槲移拮拥牡鸵綮`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(tǒng)計(jì)靜態(tài)的;他們一直在變化，“Madhvapathy 繼續(xù)說道。可能有鍵盤點(diǎn)擊、其他對(duì)話、交通噪音和更多噪音源。降噪變得越來越復(fù)雜，因?yàn)閷?duì)一個(gè)聽眾來說，噪音對(duì)另一個(gè)聽眾來說可能是一個(gè)重要的對(duì)話，他們都在同一個(gè)空間里聽到聲音。“傳統(tǒng)的 DSP 用例可以提供一些降噪效果，但 AI 正在不斷發(fā)展，可以處理更復(fù)雜的降噪任務(wù)，在這些任務(wù)中，源比持續(xù)的背景嗡嗡聲更難預(yù)測(cè)。”人工智能還可以在適應(yīng)空間的聲音、處理死點(diǎn)或混響方面發(fā)揮作用。

高端汽車聲音處理也變得更加復(fù)雜。一些最新的汽車部署了多達(dá) 24 個(gè)揚(yáng)聲器來創(chuàng)建聆聽區(qū)。駕駛員聽到的可能與乘客聽到的完全不同，因?yàn)槿∠夹g(shù)為每個(gè)聽眾體驗(yàn)到的聲音提供了空間限制，或者 Madhvapathy 親切地稱呼它們?yōu)椤奥暸荨薄！败囕v中不同區(qū)域的復(fù)雜性使得在使用分布式音頻處理時(shí)很難更新所有區(qū)域，”他觀察到。“另一個(gè)問題是并發(fā)性——音樂、電話、交通降噪、通話消除，一切都必須同時(shí)無縫地發(fā)生，否則部分或所有聽眾的音質(zhì)都會(huì)受到影響。”

基于成熟內(nèi)核構(gòu)建的低功耗、高性能 DSP

音頻處理需求正在猛增，Cadence 已轉(zhuǎn)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?yàn)槲覀兊?HiFi DSP 系列之一增加性能，并為客戶創(chuàng)造足夠的空間，以滿足他們?cè)趩蝹€(gè)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(yīng)對(duì)新的 DSP 和 AI 算法。”多核已經(jīng)從大多數(shù)設(shè)計(jì)師避免的 DSP 架構(gòu)發(fā)展成為現(xiàn)在在高端音頻市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)所必需的架構(gòu)。

最新推出的是 Cadence Tensilica Cache-Coherent HiFi 5s SMP，這是一個(gè)建立在其第八代 Xtensa 內(nèi)核之上的對(duì)稱多處理器子系統(tǒng)，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(jì)算機(jī)科學(xué)中并不是一個(gè)新概念，但它現(xiàn)在正在通過 HiFi 5s SMP 以 DSP 形式形成，”他繼續(xù)說道。“當(dāng)嘗試跨內(nèi)核對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行硬分區(qū)時(shí)，過度購買內(nèi)核是一個(gè)問題，而這很少被證明是正確的大小。借助 HiFi 5s SMP，所有內(nèi)核都可以訪問共享的緩存內(nèi)存空間，并且內(nèi)核可以根據(jù)您的需求擴(kuò)展或縮減，因此浪費(fèi)的能源和成本更少，編程也容易得多。

音頻應(yīng)用獲得更多優(yōu)勢(shì)。麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器可以連接到具有適量 DSP 內(nèi)核和內(nèi)存的單個(gè)處理塊中。HiFi 5s DSP 內(nèi)核提供多級(jí)中斷處理，用于對(duì)在 FreeRTOS 或 Zephyr 中運(yùn)行的任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)排序。它們還支持電源管理，包括三級(jí)電源關(guān)閉選項(xiàng)和時(shí)鐘頻率縮放。

Madhvapathy 以一些有趣的觀察結(jié)束。雖然短生命周期在條形音箱和耳塞等消費(fèi)類設(shè)備中很常見，但他發(fā)現(xiàn)汽車音頻設(shè)計(jì)的生命周期急劇縮短，每兩三年更新一次功能以保持競(jìng)爭(zhēng)力。可擴(kuò)展性和緩存一致性不僅使軟件更加簡單，而且還簡化了測(cè)試并減少了故障，減少了與緩存相關(guān)的異常實(shí)例，這些異常直到設(shè)計(jì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)并且客戶不滿意才會(huì)出現(xiàn)。

設(shè)計(jì)師才剛剛開始想象這些復(fù)雜音景的可能性，而更多的 DSP 性能以及易于編程和可擴(kuò)展性的到來是及時(shí)的。