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车用DSP之发展与未来趋势
数位系统进军车用娱乐领域

【作者: Philips】2006年09月05日 星期二

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随着汽车导航系统、可携式音乐播放器及数位广播等日渐普及,在车用娱乐领域中,能支援多种媒体的数位系统也就越来越不可或缺。随着数位音响不断发展,可以预见今后数年内,类比讯号处理将被以数位讯号处理器(Digital Signal Processor;DSP)、数位IF调谐器(Digital IF turner)与数位媒体为特征的系统所取代。


对以DSP为中心的Mixed IC的需求,例如因可携式播放器等行动设备的普及进而需要与各种数位媒体连结的可连接性,对以美国卫星数位音讯广播服务(Satellite Digital Audio Radio Service; SDARS)及HD Radio等为代表的数位广播支援,或是如DVD与地面数位广播等今后将日益普及的视讯领域等,诸如此类的需求今后将会不断成长。


朝数位系统转变

从世界各国的需要来看,一般价位的设备目前以传统的汽车音响为主流,尤其在日本、欧美以外的国家中类比讯号处理IC的使用仍然相当广泛。这类产品虽然在性能与功能方面未来将不会有所提升或改善,但考虑到市售的商品通常以成本为主,这类商品依然会继续被使用。


在汽车导航系统日渐普及而成为标准配备的比例增加后,这类产品今后将不再仅是AV设备,还要能发挥车用智慧型终端机的作用,除了与各种数位媒体的连接性以及视讯播放功能外,还必须具备安全性技术等功能。虽然日本的汽车导航系统使用比例明显高于其他地区,但可以预见今后其他地区的车用产品,也会因汽车导航系统使用比率的增加而出现上述相同的倾向。


为满足上述各种需求,从今以后数年内,不仅汽车制造商,包括设备制造商(set maker)与半导体制造商在内,都期待市场大规模的扩展。


车载DSP市场现状

在目前以数位音响为主的市场上,与十年前相比,以高阶机型为中心并搭载DSP的汽车音响已经产品化,而且非常普及。主要透过对各种音效、音场控制等进行数位化,实现多样且音质较佳的音响处理。近年来包含导航系统的汽车音响中之高阶机型确实渗入市场,尤其在日本和欧美各国被作为标准配置的数量急速成长。


与以前类比讯号处理的IC相比,虽然在成本、价格方面并非占尽优势,但最近数年来由于DSP讯号处理性能的改善,加上类比电路与周边元件整合而降低系统成本等因素,相较于类比系统,DSP音响越来越有利,而成为持续扩大普及的重要原因。


就最近的车用DSP而言,不仅是音讯的处理,还有能够处理AM/FM的IF以下数位讯号之数位IF系统也颇受瞩目。其重要特点在于可透过数位化,根据情况进行动态控制,以改善邻近路径干扰(adjacent interference)及多重路径干扰(Multipath interference)等不良条件下的特性,并改善抗噪音性能等。


另外,透过共通的硬体,其可根据微电脑设定的不同而修改软体以衍生各种模型(model),这不但是与类比技术的不同之处,更逐渐成为目前汽车音响中使用的DSP主流。此外,能支援改善接收性能的双天线、双调谐器等多样化系统,也是一大特点。


《图一 需要改善的收音机接收性能情况》
《图一 需要改善的收音机接收性能情况》

在音响功能中,因DVD播放等后座娱乐的需要,对于多频道来源的要求日渐提高,相关的音响环绕处理(surround processing)、高采样率处理(high sample rate processing)等要求也随之而生,对​​于处理能力的要求今后势必将会更高。此外,随着可携式音讯播放器的普及,音响也将具备多种功能,如压缩音讯的解码与其音质处理,以及与以数位广播为首并预期今后将会大为普及的各种数位媒体的连接性等等。


另外,也必须对车用环境所要求的低功耗、抗噪音性与EMC的减少等严格标准加以考虑。另一方面,由于设备价格因应市场的需求而显著下跌,对设备的低成本要求将比目前更为严苛。因此,在改善性能与扩展功能的同时,无论数位还是类比系统,能够降低系统整体成本的IC开发今后将越来越重要。在透过因高度整合化而达到周边元件的减少、IC制程的细微化、​​类比电路的削减等方式而降低成本的同时,为了能支援各种平台,还必须考虑灵活且具高度可扩展性的适当系统划分,今后的课题仍不在少数。


多样化的车内媒体需求

最新的汽车娱乐需求趋势在于要求车用娱乐系统提供与家中相同的用户体验。从音响、导航系统、可携式音讯播放器、车用资通讯系统(telematic)到视讯,数位媒体不但朝多样化发展,还要求相互连接性,今后汽车中电子系统的重要性也将会与日遽增。随着汽车导航系统的普及,预计今后汽车将能搭载数个视讯显示器,处理多媒体资料,并引入宽频的车内网路。同时由于对大容量储存空间的需求​​,搭载硬碟驱动器和使用大容量的记忆体也将成为当务之急。


透过具有可充电优势的USB或各种储存设备与可携式播放器进行连接,尽管最初以可携式播放器直接播放内容为主,但在HDD等储存设备广泛普及,及与内容有关的数位著作权管理方法成熟之后,内容也可以透过下载来扩大使用范围。


在多媒体种类大增的同时,还必须能够支援多种标准和介面。例如,虽然个人可以将自己的播放内容保存在可携式播放器中并播放,但设备间未必具有规格和介面的相容性。各种可携式播放器及介面,虽然在各自的市场中广泛普及,但彼此之间的介面未必进行过标准化,因此随着使用范围从家庭扩展至汽车,这将成为技术上的重要问题。


由于车载应用在一定程度上受限于以往的标准和介面,因此要能支援所有的类型并非易事。除了用户带入车内的多媒体内容,下一代的系统选择必须能够支援以往由地面波传送的收音机与电视广播(terrestrial radio/TV broadcasting)、导航系统所使用的卫星讯息、卫星数位广播传送的数位媒体。同样地,它还必须能够进行无线连接。为了将行动电话以免手持(handsfree)的方式连接至汽车娱乐系统中,目前此系统已整合蓝芽技术,将来,只要把汽车停在自家附近,就应该能透过Wi-Fi进行连接。


最近,连接行动电话的功能开始被加装于汽车中,在发生事故时可提供自动进行紧急呼叫等先进的资料通讯服务。这样的连接将来可能必须发展为透过网际网路提供服务的形式,让汽车和驾驶员可藉由上网获​​得服务。关于地面广播,为了要能提供防止接收性能受到邻近路径干扰与多重路径干扰的系统技术以及必要水准的性能,软硬体双方的数位讯号处理功能逐渐受到广泛利用。


在谈到数位收音机广播时,由于标准视地面波、卫星广播及地域而异,目前为了接收各种标准的讯号,分别需要专用晶片组和软体。在下一阶段中,希望可透过通用处理器对各标准的讯号进行软体处理,实现在接收不同广播讯号时可立即重建的系统通用平台。


下一代设备的要求

能满足上述各项需求的下一代车用多媒体系统所要求的基本要素大致如下︰高性能的数位讯号处理,以及可重建、能处理数个多媒体资料的能力。这正如同日常所使用的设备,需要具有灵活性的平台,并可透过改变软体更轻松地实现系统重建与功能追加。因此将会采用能支援高度多媒体功能、具备足够的介面并结合DSP与处理器的高度整合媒体处理器。


除目前普及的数位音响与导航系统外,高品质的资料通讯服务、视讯功能及其他媒体将如何被导入,尚难做出正确的预测。由于汽车OEM的设计周期长,具备完美车用功能的汽车多媒体系统产品几乎不可能于一个周期内进军市场。首先会从汽车收音机的现有系统开始发展,透过系统升级来实现。虽然预计未来会出现在数位音响、导航系统、行动电话、数位视讯广播的接收功能,加入与多种数位媒体互连性的整合形式,但车用设备需要怎样的功能与系统划分,还需结合市场预测进行充分调查检讨。


《图二 期望车用系统支持的多种数字多媒体》
《图二 期望车用系统支持的多种数字多媒体》

结语

由于需要能够灵活处理的系统,预计以软体为基础运作的设备将会增加,今后软体的开发应将会逐渐成为重点。另一方面,导航系统的作用将不仅止于娱乐系统或智慧型终端机,考虑到今后安全性领域将会更加受到重视,而需要高度的视讯处理,以DSP为基础的媒体处理器或许也将会应用于该领域中。今后10年间,要向与车用电子业相关的所有人士,提出上述复杂体系架构与高性能的要求,虽然是十分严苛的挑战,背后却也孕育着巨大的市场。就用户而言,能把多媒体从家中带入汽车,将会获益匪浅。


(本文由Philips飞利浦半导体提供)


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