使用手機、無(wú)線(xiàn)耳機和集成網(wǎng)絡(luò )攝像頭麥克風(fēng)和語(yǔ)音IP (VoIP)附件的筆記本電腦等便攜通信設備的消費者，都要求能在嘈雜環(huán)境下不用大聲通話(huà)和能聽(tīng)到對方的說(shuō)話(huà)，并且能不受回聲干擾。

影響音頻效果的因素眾多，如信噪比、動(dòng)態(tài)范圍、失真度和瞬態(tài)響應等等，其中動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)相當關(guān)鍵的技術(shù)指標，如果動(dòng)態(tài)范圍過(guò)窄，就會(huì )使得整體的音頻表現力相當有限。在通話(huà)噪聲方面，一個(gè)典型的例子是在汽車(chē)中用手機通話(huà)時(shí)，除了用戶(hù)本身的聲音，設備還會(huì )捕獲持續及動(dòng)態(tài)的背景噪聲，如風(fēng)噪聲、地面噪聲或發(fā)動(dòng)機噪聲等，這些噪聲可能會(huì )給通話(huà)的另一方造成嚴重干擾。

另外，由于便攜設備日趨小巧，麥克風(fēng)和揚聲器的位置正靠得越來(lái)越近，手機用戶(hù)也可能會(huì )面臨自己傳送給對方的語(yǔ)音又被對方的麥克風(fēng)傳送回來(lái)從而聽(tīng)到回聲的窘境。

這些影響消費者音頻體驗的因素，使得他們要求制造商和系統設計人員在便攜通信設備中集成包含軟、硬件在內的更先進(jìn)音頻處理功能，令嘈雜環(huán)境下的語(yǔ)音通話(huà)即使聲音不大也可被聽(tīng)清楚，以及消除回聲等。這帶動(dòng)了那些具有高保真(Hi-Fi)效果的音頻處理解決方案更受到消費者的青睞。

這些要求為設計人員帶來(lái)挑戰，因為他們通常必須在更小的外形尺寸，以及不影響功耗(電池壽命)、重量(電池大小)和成本(消費類(lèi)設備尤其敏感)等設計限制下完成。

先進(jìn)的BelaSigna 300音頻處理方案提供Hi-Fi音頻質(zhì)量

安森美半導體的BelaSigna音頻處理解決方案系列，如BelaSigna 250 和BelaSigna 300，正好為便攜系統提供更先進(jìn)的音頻處理硬件和軟件，使設計人員既可應用復雜的音頻處理技術(shù)而不須犧牲電池使用時(shí)間或增大電池尺寸。

表1：安森美半導體BelaSigna系列音頻處理器主要指標。

最新的BelaSigna 300是尺寸僅為3.6 × 2.6 mm的24位超低功率Hi-Fi音頻處理器，它以固定功能專(zhuān)用集成電路(ASIC)的功耗和尺寸提供通用數字信號處理器(DSP)的靈活性，增添的先進(jìn)模擬音頻輸入及24位信號通道可實(shí)現極佳的音頻質(zhì)量，獨特的專(zhuān)利雙核架構實(shí)現回聲消除和噪聲消減等眾多先進(jìn)音頻算法同時(shí)運行，而且功率消耗更低，適合于手機和無(wú)線(xiàn)耳機等便攜通信設備應用。圖1是BelaSigna? 300的功能模塊圖，各個(gè)功能模塊的簡(jiǎn)要分析如下：

輸入段(Input Stage)：提供信號選擇、信號放大、防混疊(anti-alias)濾波、模擬-數字轉換(ADC)和采樣率抽取功率。支持多種麥克風(fēng)和線(xiàn)路-電平音頻輸入信號。四個(gè)獨立Sigma-Delta ADC能夠同時(shí)使用。還能結合其中兩個(gè)ADC組成一個(gè)輸入通道，使得動(dòng)態(tài)范圍高達110 dB。

圖1：安森美半導體BelaSigna 300音頻處理器的功能模塊圖。

輸入輸出控制器(IOC)：先進(jìn)的直接存儲器存取(DMA)處理器定制設計用于管理音頻信號移動(dòng)，而不需要加載任意一個(gè)DSP內核(HEAR或CFX)。智能存取機制確保只需要最少的地址算法，簡(jiǎn)化了整體系統的編程。

片上外設(On-chip Peripheral)：強大的電源管理模塊能夠處理多種電池或電源條件；時(shí)鐘產(chǎn)生和管理模塊提供優(yōu)化的計算效率/功率比；IP保護模塊防止未經(jīng)授權的軟件訪(fǎng)問(wèn)。定時(shí)器和其它系統監視模塊用于進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統編程。

HEAR可配置加速器：執行超高效率的低延遲、高保真(Hi-Fi)濾波器組和矢量處理操作。濾波能夠工作在時(shí)域以及頻率，可以采用統一或非統一頻段設置。HEAR加速器的功能鏈高度可配置，具有專(zhuān)用軟件工具。

CFX DSP內核：這個(gè)完全可編程的24位雙MAC DSP內核是主數字處理器，用于配置系統和協(xié)調信號數據流。包括能夠實(shí)現微控制器(MCU)功能的指令集。

輸出段(Output Stage)：提供上采樣(up-sampling)，直接驅動(dòng)揚聲器，為耳機和耳筒提供適宜的輸出功率；采用單獨的直流解耦濾波器，確保即便在最高輸出功率下也能提供最低的失真。

接口：支持GPIO、I2C、LSAD、PCM/I2S、UART和SPI接口，確保無(wú)縫連接至其它系統和典型人機接口(MMI)器件，如按鍵、電位計和發(fā)光二極管(LED)等。

圖2：BelaSigna 300 Hi-Fi音頻處理器在手機和免提電話(huà)中的應用電路圖。

圖2所示的是BelaSigna 300音頻處理器在手機和免提電話(huà)中的應用示例。需要說(shuō)明的是，圖中的揚聲器功能可以被集成為耳筒揚聲器，但在大功率免提電話(huà)揚聲器中仍然保持外置。

不同算法軟件與硬件相輔相成，滿(mǎn)足差異化需求

安森美半導體除了提供BelaSigna系列音頻處理器的硬件本身，還提供包括先進(jìn)的回聲消除算法、噪聲消減和其它音頻增強算法在內的嵌入式軟件與硬件相輔相成，供設計人員選擇。這些嵌入式軟件涵蓋安森美半導體算法，ExAudio、2Pi 、dlab、SRS Labs和Alango等第三方合作伙伴提供的算法解決方案，客戶(hù)開(kāi)發(fā)的算法，以及安森美半導體針對應用需求開(kāi)發(fā)的定制算法等。此外，安森美半導體還提供各種開(kāi)發(fā)支持，如技術(shù)支持和培訓、工程和設計服務(wù)、參考設計以及評估和開(kāi)發(fā)工具(如硬件參考工具、DSP開(kāi)發(fā)工具和通信工具)，方便應用設計。

以BelaSigna 300為例，安森美半導體提供或規劃提供多種捆綁的算法軟件，滿(mǎn)足客戶(hù)的差異化需求。這些捆綁軟件包括：

* LP-AEC(采用AEC和SNE算法，用于免提電話(huà)和手機)

* 噪聲消減(采用SNE算法，用于便攜通信設備)

* TX捆綁軟件(采用雙麥克風(fēng)和AEC算法，用于手機和筆記本電腦)

* RX捆綁軟件(采用SNE、EQ、AAE算法，用于手機和手機附件)

* “綜合包”(包括RX捆綁軟件和支持AEC、SNE算法的TX捆綁軟件，用于手機和通信設備)

總結

消費者對便攜通信設備的音頻質(zhì)量要求越來(lái)越高，且要求電池使用時(shí)間更長(cháng)。這驅使制造商和系統設計人員在便攜通信設備中采用先進(jìn)的低功率音頻處理技術(shù)，進(jìn)行更好的噪聲消減和回聲消除，提供更高的音頻再現效果。安森美半導體的具有Hi-Fi音效的BelaSigna 300音頻處理器，采用專(zhuān)利的雙核架構，以ASIC的功耗和尺寸提供DSP的靈活性，支持先進(jìn)的噪聲消減、回聲消除和音頻增強算法，提供極高的動(dòng)態(tài)范圍，占用極小的電路板空間，并且典型功耗超低，僅需1~10 mW，非常適合于手機和無(wú)線(xiàn)耳機等便攜通信設備應用。為了滿(mǎn)足可能的差異化需求及方便便攜系統設計人員的開(kāi)發(fā)，安森美半導體更提供豐富的捆綁算法軟件包、參考設計和評估與開(kāi)發(fā)工具，幫助他們縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。