便攜式與汽車壓縮音視頻解決方案

今天，壓縮音頻娛樂的迅猛增長已經(jīng)不只限于家庭和便攜式設(shè)備市場。事實(shí)上，數(shù)字和“軟”音頻產(chǎn)品正在迅速進(jìn)入汽車行業(yè)，衛(wèi)星廣播和MP3播放器的車載連接就是一個很好的例證。消費(fèi)者期待在自己的汽車中也能得到與便攜式設(shè)備和家庭娛樂設(shè)備相同的娛樂體驗(yàn)。因此，支持汽車與便攜式設(shè)備之間的簡單接口的單平臺技術(shù)，將是滿足娛樂需求的關(guān)鍵。本文將結(jié)合飛思卡爾半導(dǎo)體的SCF5250音頻處理器以及新近推出的軟件庫和參考設(shè)計，介紹有助于實(shí)現(xiàn)新的便攜式和汽車壓縮音頻和視頻的解決方案，并展望數(shù)字音頻從便攜式設(shè)備轉(zhuǎn)向汽車應(yīng)用的市場趨勢。

車載數(shù)字娛樂成新寵 近年來，電子技術(shù)的飛速發(fā)展極大地改善了汽車的各種性能。與此同時，消費(fèi)者對安全、環(huán)保、舒適、娛樂的要求也越來越高。Strategy Analytics的預(yù)測表明，全球汽車半導(dǎo)體市場正在持續(xù)增長，2005年將達(dá)到163億美元，比2004年增長7.2%。汽車娛樂需求是推動這一市場穩(wěn)定增長的重要原因。未來幾年，不僅車內(nèi)便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品將持續(xù)增長，車載數(shù)字音頻解決方案的需求也會增長。

隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，娛樂駕駛的觀念日漸深入人心，成為衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標(biāo)志之一。汽車電子設(shè)備特別是汽車娛樂電子產(chǎn)品不斷吸收新技術(shù)和最新科研成果，使數(shù)字應(yīng)用從便攜式設(shè)備轉(zhuǎn)向汽車應(yīng)用，讓人們在駕車途中也能享受“移動數(shù)字音響/影院”帶來的娛樂體驗(yàn)。但是，汽車電子產(chǎn)品與普通消費(fèi)電子產(chǎn)品相比，應(yīng)用環(huán)境不同，對溫度、抗震性、氣候等的適應(yīng)能力要求也更高。

數(shù)字音頻從便攜設(shè)備走進(jìn)汽車

便攜式媒體播放器和汽車娛樂系統(tǒng)制造商正在努力滿足消費(fèi)者對設(shè)備間無縫連接的需求。飛思卡爾半導(dǎo)體的SCF5250音頻處理器已被廣泛用于許多頂級數(shù)字音頻播放器制造商的設(shè)計中。

SCF5250是基于集成的ColdFire V2核心的第二代音頻處理器，是專門為壓縮音頻音樂播放器（MP3、WMA、OggVorbis等）設(shè)計的系統(tǒng)控制器和解碼器。它是一種可支持基于CD和硬盤驅(qū)動器（HDD）播放器的便攜式和汽車解決方案，可提供更大的存儲空間和更好的功率管理能力。帶有增強(qiáng)型乘法累加器（EMAC）單元的32位ColdFire核心，可為壓縮音頻解碼、文件管理和系統(tǒng)控制所需的控制代碼和信號處理提供最佳的性能和代碼密度。該核心支持用于移動顯示器的JPEG和MPEG4視頻格式，以及微軟的一系列Windows Media技術(shù)。

SCF5250采用先進(jìn)的0.13 m CMOS工藝技術(shù)，有工業(yè)級的產(chǎn)品可供使用，具有低功率硬連接光盤（CD-ROM）解碼器的特性SCF5250核心的電源電壓為1.2V，片上128KB SRAM無需CD應(yīng)用的外部DRAM即可實(shí)現(xiàn)Windows Media Audio（WMA）解碼。此外，SCF5250的ADC集成了比較器，無需外掛比較器，既可降低功耗，又可減小系統(tǒng)尺寸，還可以省掉程序存儲器。

SCF5250也是一個極具競爭價格優(yōu)勢的、在120MHz條件下具備超過107 Dhrystone 2.1 MIPS性能的出通用系統(tǒng)控制器。集成的外設(shè)和EMAC可使其在某些應(yīng)用中取代微控制器和DSP。大多數(shù)外設(shè)引腳也能作為通用I/O引腳進(jìn)行重映射。圖1是SCF5250的結(jié)構(gòu)圖。

硬件模塊

Coldfire V2處理器核心的工作頻率為120MHz；

增強(qiáng)型乘法累加器（EMAC）；

8KB直接映射指令高速緩存；

128KB SRAM（兩個64K內(nèi)存段），無需外部SDRAM，即可進(jìn)行壓縮音頻解碼（MP3，WMA）；

利用內(nèi)部或外部晶振運(yùn)行；

支持16位寬SDRAM存儲器；

后臺和實(shí)時調(diào)試模塊；

兩個獨(dú)立通用異步接收器和發(fā)送器（UART）；
兩個I2C模塊；

排隊(duì)串行外設(shè)接口（QSPI），主通道唯一；

符合IEC958音頻協(xié)議的數(shù)字音頻發(fā)送器（SPDIF）和兩個接收器；
CD-ROM和CD-ROM XA區(qū)塊解碼和編碼功能；

兩個獨(dú)立16位定時器； 系統(tǒng)集成（PLL、軟件看門狗）；

四通道直接存儲器存取（DMA）；

六通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）；

IDE接口或SmartMedia接口；

快閃存儲器卡接口；

通用I/O；

1.2V核心電壓，3.3V I/O電壓；

軟件模塊

支持Microsoft Windows Media DRM10；
MP3、WMA、AAC、MP3PRO、Ogg Vorbis解碼和MPEG1 Layer 2解碼器（VCD）；

MP3和ADPCM編碼器；

自由無損音頻編碼解碼器；

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

JPEG和MPEG4解碼（在QCIF分辨率下同步播放音頻文件時速度為20fps）；

SRS WOW和其他第三方算法；

ADPCM錄音。

最近，飛思卡爾半導(dǎo)體又推出了SCF5250處理器軟件庫，在增加新的便攜式和汽車壓縮音頻與視頻功能的同時，還支持最新的數(shù)字版權(quán)管理（DRM）。豐富的軟件庫包括實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）；壓縮音頻編碼解碼器；用于CD-ROM、HDD和閃存的文件系統(tǒng)。它還具有錄音功能，例如語音和音樂（電唱機(jī)）的實(shí)時MP3或自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）。此外，該軟件庫還支持USB大容量存儲類軟件堆棧和媒體傳輸協(xié)議（MTP），有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)字版權(quán)管理。

創(chuàng)新工具實(shí)現(xiàn)成功設(shè)計

連通性是目前最熱門的話題，在不降低汽車安全性的基礎(chǔ)上提供優(yōu)異的連通能力顯得尤為重要。飛思卡爾半導(dǎo)體利用其在便攜式音頻市場及專門用于汽車的半導(dǎo)體解決方案方面的專長，以及提供深層次技術(shù)支持的能力，為車載數(shù)字娛樂提供了一整套系統(tǒng)解決方案。它可以幫助系統(tǒng)開發(fā)商更早地進(jìn)入高價值、產(chǎn)品差異化應(yīng)用的開發(fā)階段，從而使他們能在更短的時間內(nèi)以更低地成本提供更好的產(chǎn)品。這也正是飛思卡爾半導(dǎo)體成為汽車制造商可信賴合作伙伴的優(yōu)勢所在。

為了推動SCF5250在新興市場中的應(yīng)用，飛思卡爾半導(dǎo)體推出了SCF5250新型參考設(shè)計，見圖2。它可以幫助產(chǎn)品設(shè)計師開發(fā)基于硬盤和閃存的全新數(shù)字音頻設(shè)備。該參考設(shè)計包括M5250C3評估板（見圖3）和M5250ADC插卡，這些插卡具有快速高效進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計所需的全部組件和連接器。這些為用戶提供的工具與SCF5250器件本身同樣重要，能夠幫助用戶構(gòu)建可以迅速推向市場的先進(jìn)產(chǎn)品。參考設(shè)計可為產(chǎn)品開發(fā)商提供硬件和軟件支持，使他們能將新概念轉(zhuǎn)化為可滿足消費(fèi)者需求的創(chuàng)新而高效的產(chǎn)品設(shè)計。在120MHz頻率下運(yùn)行的SCF5250的存儲總線速度為60MHz；2MB閃存監(jiān)控器/調(diào)試器中的1.8MB可供用戶使用；此外還包括車載10/100以太網(wǎng)連接，支持SCF5250軟件模塊、DRM、USB 2.0 HS OTG（需要M5250ADC插卡）、圖形接口（需要M5250ADC插卡）和電源管理軟件。

數(shù)字版權(quán)向我們走來

信息數(shù)字化是新經(jīng)濟(jì)時代的典型標(biāo)志之一。從互聯(lián)網(wǎng)誕生的第一天開始，就產(chǎn)生了免費(fèi)共享與知識產(chǎn)權(quán)之間的矛盾。今天，這對日趨激化的矛盾在刺激經(jīng)濟(jì)利益的同時也推動了數(shù)字版權(quán)管理等先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)展。數(shù)字版權(quán)管理技術(shù)可以在數(shù)字空間里既識別用戶，又授予用戶權(quán)限，規(guī)范用戶的行為方式，以保障數(shù)字化信息的所有者和經(jīng)營者的權(quán)益。

對播放器制造商來說，他們面對著提供靈活而受保護(hù)的硬件平臺，以及消費(fèi)者要求更多的播放器功能和更豐富的內(nèi)容，還有內(nèi)容擁有者希望通過各種許可模式實(shí)施內(nèi)容權(quán)限保護(hù)等幾個方面的巨大壓力。

作為便攜式音頻領(lǐng)域領(lǐng)先廠商的飛思卡爾半導(dǎo)體正在以數(shù)字版權(quán)管理軟件鞏固自己的地位，目前，數(shù)字音頻產(chǎn)品制造商已可采用飛思卡爾半導(dǎo)體的SCF5250音頻處理器系列平臺運(yùn)行微軟公司的Windows Media技術(shù)，包括Windows Media Digital Rights Management（數(shù)字版權(quán)管理）10、Windows Media Audio（WMA）9和Media Transfer Protocol（MTP，媒體傳輸協(xié)議）。這樣，播放器制造商即可配合“即付即享（Pay as you go）”或包月無限下載等音樂服務(wù)推出自己的產(chǎn)品。

展望未來

汽車娛樂化是汽車電子技術(shù)的一次革命和必然趨勢，諸如PC技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航等等，都將融入汽車娛樂領(lǐng)域。雖然中國汽車娛樂市場還不成熟，但隨著成本的降低、技術(shù)的成熟和產(chǎn)量的增加，在不遠(yuǎn)的將來傳統(tǒng)的汽車音響將被集成了Audio/Visual/Video的高科技娛樂功能如移動電話、閃存卡、硬盤等取代；未來還將具備PC的功能，實(shí)現(xiàn)與外界的通信、上網(wǎng)、游戲等諸多功能。

飛思卡爾半導(dǎo)體目前正在開發(fā)下一代音頻處理器，計劃在芯片上集成USB HS OTG技術(shù)、防篡改實(shí)時時鐘（RTC）和高速UDMA ATA接口。這將有助于制造商減少芯片數(shù)量，使產(chǎn)品外型更加小巧。飛思卡爾半導(dǎo)體還將在芯片上集成車用網(wǎng)絡(luò)接口，加快數(shù)字音頻方案進(jìn)入汽車音頻市場的步伐。其ColdFire產(chǎn)品也會更加注重環(huán)保要求；在提供優(yōu)異的主流數(shù)字（音頻/視頻）播放功能的同時，也將滿足廠商所需的高集成和防震等方面的更高的要求。