便携式与汽车压缩音视频解决方案

消费电子 2021-02-23118网络整理

今天,压缩音频娱乐的迅猛增长已经不只限于家庭和便携式设备市场。事实上,数字和“软”音频产品正在迅速进入汽车行业,卫星广播和MP3播放器的车载连接就是一个很好的例证。消费者期待在自己的汽车中也能得到与便携式设备和家庭娱乐设备相同的娱乐体验。因此,支持汽车与便携式设备之间的简单接口的单平台技术,将是满足娱乐需求的关键。本文将结合飞思卡尔半导体的SCF5250音频处理器以及新近推出的软件库和参考设计,介绍有助于实现新的便携式和汽车压缩音频和视频的解决方案,并展望数字音频从便携式设备转向汽车应用的市场趋势。

车载数字娱乐成新宠 近年来,电子技术的飞速发展极大地改善了汽车的各种性能。与此同时,消费者对安全、环保、舒适、娱乐的要求也越来越高。Strategy Analytics的预测表明,全球汽车半导体市场正在持续增长,2005年将达到163亿美元,比2004年增长7.2%。汽车娱乐需求是推动这一市场稳定增长的重要原因。未来几年,不仅车内便携式消费电子产品将持续增长,车载数字音频解决方案的需求也会增长。

随着汽车工业的蓬勃发展,娱乐驾驶的观念日渐深入人心,成为衡量现代汽车水平的重要标志之一。汽车电子设备特别是汽车娱乐电子产品不断吸收新技术和最新科研成果,使数字应用从便携式设备转向汽车应用,让人们在驾车途中也能享受“移动数字音响/影院”带来的娱乐体验。但是,汽车电子产品与普通消费电子产品相比,应用环境不同,对温度、抗震性、气候等的适应能力要求也更高。


数字音频从便携设备走进汽车

便携式媒体播放器和汽车娱乐系统制造商正在努力满足消费者对设备间无缝连接的需求。飞思卡尔半导体的SCF5250音频处理器已被广泛用于许多顶级数字音频播放器制造商的设计中。

SCF5250是基于集成的ColdFire V2核心的第二代音频处理器,是专门为压缩音频音乐播放器(MP3、WMA、OggVorbis等)设计的系统控制器和解码器。它是一种可支持基于CD和硬盘驱动器(HDD)播放器的便携式和汽车解决方案,可提供更大的存储空间和更好的功率管理能力。带有增强型乘法累加器(EMAC)单元的32位ColdFire核心,可为压缩音频解码、文件管理和系统控制所需的控制代码和信号处理提供最佳的性能和代码密度。该核心支持用于移动显示器的JPEG和MPEG4视频格式,以及微软的一系列Windows Media技术。

SCF5250采用先进的0.13 m CMOS工艺技术,有工业级的产品可供使用,具有低功率硬连接光盘(CD-ROM)解码器的特性SCF5250核心的电源电压为1.2V,片上128KB SRAM无需CD应用的外部DRAM即可实现Windows Media Audio(WMA)解码。此外,SCF5250的ADC集成了比较器,无需外挂比较器,既可降低功耗,又可减小系统尺寸,还可以省掉程序存储器。

SCF5250也是一个极具竞争价格优势的、在120MHz条件下具备超过107 Dhrystone 2.1 MIPS性能的出通用系统控制器。集成的外设和EMAC可使其在某些应用中取代微控制器和DSP。大多数外设引脚也能作为通用I/O引脚进行重映射。图1是SCF5250的结构图。

SCF5250具有以下特性

硬件模块

Coldfire V2处理器核心的工作频率为120MHz;

增强型乘法累加器(EMAC);

8KB直接映射指令高速缓存;

128KB SRAM(两个64K内存段),无需外部SDRAM,即可进行压缩音频解码(MP3,WMA);

利用内部或外部晶振运行;

支持16位宽SDRAM存储器;

后台和实时调试模块;

两个独立通用异步接收器和发送器(UART);
两个I2C模块;

排队串行外设接口(QSPI),主通道唯一;

符合IEC958音频协议的数字音频发送器(SPDIF)和两个接收器;
CD-ROM和CD-ROM XA区块解码和编码功能;

两个独立16位定时器; 系统集成(PLL、软件看门狗);

四通道直接存储器存取(DMA);

六通道12位模数转换器(ADC);

IDE接口或SmartMedia接口;

快闪存储器卡接口;

通用I/O;

1.2V核心电压,3.3V I/O电压;

软件模块

支持Microsoft Windows Media DRM10;
MP3、WMA、AAC、MP3PRO、Ogg Vorbis解码和MPEG1 Layer 2解码器(VCD);

MP3和ADPCM编码器;

自由无损音频编码解码器;

可变播放速度,支持MP3、WMA、MP3 Pro、Windows Media DRM10、MPEG2 Layer 1、AAC、Ogg Vorbis、ADPCM和FLAC;

JPEG和MPEG4解码(在QCIF分辨率下同步播放音频文件时速度为20fps);

SRS WOW和其他第三方算法;

ADPCM录音。

最近,飞思卡尔半导体又推出了SCF5250处理器软件库,在增加新的便携式和汽车压缩音频与视频功能的同时,还支持最新的数字版权管理(DRM)。丰富的软件库包括实时操作系统(RTOS);压缩音频编码解码器;用于CD-ROM、HDD和闪存的文件系统。它还具有录音功能,例如语音和音乐(电唱机)的实时MP3或自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)。此外,该软件库还支持USB大容量存储类软件堆栈和媒体传输协议(MTP),有助于实现数字版权管理。


创新工具实现成功设计


连通性是目前最热门的话题,在不降低汽车安全性的基础上提供优异的连通能力显得尤为重要。飞思卡尔半导体利用其在便携式音频市场及专门用于汽车的半导体解决方案方面的专长,以及提供深层次技术支持的能力,为车载数字娱乐提供了一整套系统解决方案。它可以帮助系统开发商更早地进入高价值、产品差异化应用的开发阶段,从而使他们能在更短的时间内以更低地成本提供更好的产品。这也正是飞思卡尔半导体成为汽车制造商可信赖合作伙伴的优势所在。

为了推动SCF5250在新兴市场中的应用,飞思卡尔半导体推出了SCF5250新型参考设计,见图2。它可以帮助产品设计师开发基于硬盘和闪存的全新数字音频设备。该参考设计包括M5250C3评估板(见图3)和M5250ADC插卡,这些插卡具有快速高效进行产品设计所需的全部组件和连接器。这些为用户提供的工具与SCF5250器件本身同样重要,能够帮助用户构建可以迅速推向市场的先进产品。参考设计可为产品开发商提供硬件和软件支持,使他们能将新概念转化为可满足消费者需求的创新而高效的产品设计。在120MHz频率下运行的SCF5250的存储总线速度为60MHz;2MB闪存监控器/调试器中的1.8MB可供用户使用;此外还包括车载10/100以太网连接,支持SCF5250软件模块、DRM、USB 2.0 HS OTG(需要M5250ADC插卡)、图形接口(需要M5250ADC插卡)和电源管理软件。

根据用户的要求,飞思卡尔半导体还可以免费提供1.8英寸、20GB硬盘驱动器的参考设计的图表、布局文件和组件列表。这些参考设计可以支持彩色液晶显示器(LCD)、JPEG和MPEG4与USB 2.0 HS OTG。


数字版权向我们走来

信息数字化是新经济时代的典型标志之一。从互联网诞生的第一天开始,就产生了免费共享与知识产权之间的矛盾。今天,这对日趋激化的矛盾在刺激经济利益的同时也推动了数字版权管理等先进技术的进展。数字版权管理技术可以在数字空间里既识别用户,又授予用户权限,规范用户的行为方式,以保障数字化信息的所有者和经营者的权益。

对播放器制造商来说,他们面对着提供灵活而受保护的硬件平台,以及消费者要求更多的播放器功能和更丰富的内容,还有内容拥有者希望通过各种许可模式实施内容权限保护等几个方面的巨大压力。

作为便携式音频领域领先厂商的飞思卡尔半导体正在以数字版权管理软件巩固自己的地位,目前,数字音频产品制造商已可采用飞思卡尔半导体的SCF5250音频处理器系列平台运行微软公司的Windows Media技术,包括Windows Media Digital Rights Management(数字版权管理)10、Windows Media Audio(WMA)9和Media Transfer Protocol(MTP,媒体传输协议)。这样,播放器制造商即可配合“即付即享(Pay as you go)”或包月无限下载等音乐服务推出自己的产品。

凭借丰富的软件库和参考设计经验,飞思卡尔半导体的SCF5249和SCF5250音频处理器已经帮助早期采用者将基于Windows Media DRM 10的播放器投放到新的市场。三星电子公司就采用SCF5250实现了YH-J70多媒体播放器所需的高性能和安全性。Windows Media DRM 10已成为三星电子产品的一个重要特性,为欧洲和北美市场的热卖打下了基础。


展望未来

汽车娱乐化是汽车电子技术的一次革命和必然趋势,诸如PC技术、蓝牙技术、GPS卫星导航等等,都将融入汽车娱乐领域。虽然中国汽车娱乐市场还不成熟,但随着成本的降低、技术的成熟和产量的增加,在不远的将来传统的汽车音响将被集成了Audio/Visual/Video的高科技娱乐功能如移动电话、闪存卡、硬盘等取代;未来还将具备PC的功能,实现与外界的通信、上网、游戏等诸多功能。

飞思卡尔半导体目前正在开发下一代音频处理器,计划在芯片上集成USB HS OTG技术、防篡改实时时钟(RTC)和高速UDMA ATA接口。这将有助于制造商减少芯片数量,使产品外型更加小巧。飞思卡尔半导体还将在芯片上集成车用网络接口,加快数字音频方案进入汽车音频市场的步伐。其ColdFire产品也会更加注重环保要求;在提供优异的主流数字(音频/视频)播放功能的同时,也将满足厂商所需的高集成和防震等方面的更高的要求。


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