如何为音频应用设计选择合适的微处理器.doc
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1、如何为音频应用设计选择合适的微处理器目前正在要求为许多消费产品和嵌入式系统供电的MCU支持以前由DSP,ASSP或其他专用芯片处理的各种数字音频功能。幸运的是,许多16位MCU的功能和复杂性可以支持基本的音频处理功能,并允许它们执行诸如音频录制/回放,音频流转换和其他创新音频应用程序之类的任务。但是,您如何选择能够为您的产品提供所需价格,性能和设计灵活性的MCU呢?继续阅读这些设计问题的答案,以及最新的音频应用芯片和开发套件。音频特性您为音频应用选择的处理能力的类型和数量是解决方案成本,所需音频质量和可用存储空间之间关系网络中的一个方面。虽然特定应用程序使用的实际样本大小可以在8到24位之间,
2、但我们假设我们在这里处理的大多数使用12到16位样本。由于采样率是您将要处理的声音质量的主要决定因素)我们提供了有用的音频源细分和通常用于捕获或重现它们的采样率(表1)。音频源频率流行的采样率音调,蜂鸣器通常是3 kHz范围内的单频正弦波,具有最大频率的音调的2到4倍DTMF在500 Hz和3 kHz之间的特定标准频率下两个正弦波的加权和7.2 kHz或更高的报警通常是一系列频率的时变扫描最大频率的两倍人类语音/语音可以被视为300 Hz至3.3 kHz之间信号的加权和。人声能够产生8kHz,11.02kHz,16kHz音频和频率。乐器可以被视为20 Hz和20 kHz之间信号的加权和。人耳可
3、以感知这些频率32 kHz(大多数乐器足够好),44.1 kHz(CD质量),48 kHz(PC声卡)用于语音级应用的MCU由于存储空间(和传输带宽)通常在嵌入式系统中非常重要,因此数字压缩应用于数据流,要么丢弃部分它包含的信息或使用更复杂的编码算法以更紧凑的方式表示它。可以使用外部编解码器或在MCU本身上运行的软件编解码器来完成压缩/解压缩。图1说明了使用最常用的ITU(G.7xx)算法以及Speex开源编解码器压缩标准128-k/s音频流的质量/数据速率权衡。图1:常用语音编解码器的比特率与音频质量。 (由Microchip Technology提供。)特定编解码器所需的处理能力(MIPS
4、)与压缩比和它提供的音频质量大致成比例,如表2所示。幸运的是,即使是便宜的16-位通用MCU可以轻松支持用于语音处理的简单软件编解码器,例如自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)或更简单的G.7xx ITU标准。 G.711算法需要大约1MIPS来以2:1的压缩比处理中等质量的人类语音。 G.722宽带算法提供更好的音频质量和4:1压缩比,同时仅消耗5 MIPS。两种编解码器均可在16位MCU上轻松支持,例如飞思卡尔的HC12系列,Microchip的PIC24F/PIC24H系列或德州仪器广泛的MSP430 MCU系列,并为监控代码或其他应用提供足够的保留。除了通常的电话和VoIP应用之外,这
5、些廉价的技术还可以利用许多嵌入式系统中潜伏的多余MIPS来为烟雾探测器,报警系统或运动和工业设备添加音频警报(甚至语音合成)。算法G.711 G.726A Speex MIPS 1 13 20闪存(KB)3.5 6 30 RAM(KB)3.5 4 7存储1秒编码语音所需的存储器8 KB 2,3,4或5 KB 1 KB表2:常用语音编解码器的处理要求。 (由Microchip Technology提供)。用于音乐应用的MCU用于解码大多数流行媒体播放器中使用的MP3/4流的处理和内存要求明显高于前面讨论的语音级应用。对于光盘(CD)质量的音频,标准是16位分辨率,采样率为44.1 kHz,许多应
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