复杂的音频场景迎来了缓存相干的多核DSP

数字音频处理正在发展成为一种艺术形式，特别是在汽车、电影院和家庭影院等高端应用中。创新正在从空间音频技术转向环境校正和空间约束等概念。这些复杂的音景正在推动数字信号处理 （DSP） 性能需求的突然增加，包括在应用中使用多个 DSP 和 AI 推理。为协调音频处理对多个 DSP 进行编程的难度已经超过了好处——直到现在，随着缓存一致性多核 DSP 解决方案的推出。Cadence 的 HiFi DSP IP 产品营销总监 Prakash Madhvapathy 与我们讨论了正在发生的变化以及缓存一致性 DSP 如何解锁新应用程序。

填充或不填充空间的声音

空间音频方案使每个声源都具有独特的强度和方向性特性，并且多个声源可以同时在同一空间中移动。其结果可以在原始环境中为听众提供高度逼真的沉浸式 3D 体验。“理想情况下，你能够创造你的聆听环境，比如条形音箱、耳机、耳塞或你的汽车，”Madhvapathy 说。“你可能想增强来源，或者减少或完全删除它们。”（例如，在我家里，我们有一个没有低音炮的 Bose 5.1 条形音箱，因为我妻子的低音灵敏度更高。

然而，很少有聆听空间是原始的。“噪声可以有多种形式，而且它们并不总是统计静态的;他们一直在变化，“Madhvapathy 继续说道。可能有键盘点击、其他对话、交通噪音和更多噪音源。降噪变得越来越复杂，因为对一个听众来说，噪音对另一个听众来说可能是一个重要的对话，他们都在同一个空间里听到声音。“传统的 DSP 用例可以提供一些降噪效果，但 AI 正在不断发展，可以处理更复杂的降噪任务，在这些任务中，源比持续的背景嗡嗡声更难预测。”人工智能还可以在适应空间的声音、处理死点或混响方面发挥作用。

高端汽车声音处理也变得更加复杂。一些最新的汽车部署了多达 24 个扬声器来创建聆听区。驾驶员听到的可能与乘客听到的完全不同，因为取消技术为每个听众体验到的声音提供了空间限制，或者 Madhvapathy 亲切地称呼它们为“声泡”。“车辆中不同区域的复杂性使得在使用分布式音频处理时很难更新所有区域，”他观察到。“另一个问题是并发性——音乐、电话、交通降噪、通话消除，一切都必须同时无缝地发生，否则部分或所有听众的音质都会受到影响。”

基于成熟内核构建的低功耗、高性能 DSP

音频处理需求正在猛增，Cadence 已转向一种熟悉但引人注目的新解决方案来提高 DSP 性能。“以前，我们能够为我们的 HiFi DSP 系列之一增加性能，并为客户创造足够的空间，以满足他们在单个处理器中的音频要求，”Madhvapathy 说。“突然之间，客户要求性能是我们前几代 HiFi 的四倍、六倍或八倍，以应对新的 DSP 和 AI 算法。”多核已经从大多数设计师避免的 DSP 架构发展成为现在在高端音频市场竞争所必需的架构。

最新推出的是 Cadence Tensilica Cache-Coherent HiFi 5s SMP，这是一个建立在其第八代 Xtensa 内核之上的对称多处理器子系统，并集成了额外的 SIMD 寄存器和 DSP 模块。“无论如何，缓存相干性在计算机科学中并不是一个新概念，但它现在正在通过 HiFi 5s SMP 以 DSP 形式形成，”他继续说道。“当尝试跨内核对应用程序进行硬分区时，过度购买内核是一个问题，而这很少被证明是正确的大小。借助 HiFi 5s SMP，所有内核都可以访问共享的缓存内存空间，并且内核可以根据您的需求扩展或缩减，因此浪费的能源和成本更少，编程也容易得多。

音频应用获得更多优势。麦克风和扬声器可以连接到具有适量 DSP 内核和内存的单个处理块中。HiFi 5s DSP 内核提供多级中断处理，用于对在 FreeRTOS 或 Zephyr 中运行的任务进行实时优先级排序。它们还支持电源管理，包括三级电源关闭选项和时钟频率缩放。

Madhvapathy 以一些有趣的观察结束。虽然短生命周期在条形音箱和耳塞等消费类设备中很常见，但他发现汽车音频设计的生命周期急剧缩短，每两三年更新一次功能以保持竞争力。可扩展性和缓存一致性不仅使软件更加简单，而且还简化了测试并减少了故障，减少了与缓存相关的异常实例，这些异常直到设计进入现场并且客户不满意才会出现。

设计师才刚刚开始想象这些复杂音景的可能性，而更多的 DSP 性能以及易于编程和可扩展性的到来是及时的。