電話(huà)耳機的消費市場(chǎng)一向以創(chuàng )新產(chǎn)品和快節奏著(zhù)稱(chēng)。幾乎每星期，都有公司推出新產(chǎn)品，且是全新功能推向市場(chǎng)。在這種環(huán)境下，耳機的市場(chǎng)生命周期越來(lái)越短，事實(shí)上，部分產(chǎn)品甚至只有半年左右的銷(xiāo)售期，這給產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間帶來(lái)很大的壓力。若要在市場(chǎng)競爭中搶得先機，必須提供競爭所沒(méi)有的耳機功能。Plantronics公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的設計平臺，幫助客戶(hù)加速創(chuàng )新、開(kāi)發(fā)和進(jìn)行驗證。

　　研發(fā)上的挑戰

　　一個(gè)消費性電話(huà)耳機由幾個(gè)交互式零件組成，每一項都擁有很大的差異。 例如，要能有效清除噪音取決于麥克風(fēng)、耳機、電子信號處理和人機互動(dòng)。因為要依靠所謂有著(zhù)”金耳朵”（golden ears）的聽(tīng)眾來(lái)評估音頻質(zhì)量，所以用戶(hù)相當程度上也是耳機研發(fā)過(guò)程的一部分。

　　為了提供更好的音頻質(zhì)量和更多的功能，添加更多的信號處理，這就需要更強大的嵌入式硬件和軟件，因此Plantronics將編譯-構建-下載延遲（compile-build-download delays）導入在研發(fā)過(guò)程中。

　　試想一個(gè)測試情景，某個(gè)金耳朵監測到一個(gè)音頻問(wèn)題，也許是使用適應性增益（adaptive gain），開(kāi)發(fā)人員使用計算機上的IDE來(lái)修改適應性增益算法、重新編譯并在軟件中建立算法；接著(zhù)將所建立好的軟件，下載并置入嵌入式硬件內，然后再重新來(lái)一次測試流程。每一個(gè)所偵測到的錯誤（bug）都會(huì )導致另一個(gè)成本增加，這使得編譯-構建-下載的循環(huán)流程昂貴且耗時(shí)。

　　分析這個(gè)過(guò)程，顯然更有效的方式是去”調整（tune）”信號處理算法，即在通話(huà)過(guò)程中機動(dòng)調整算法的參數，甚至完全改變所使用算法，這能夠大幅降低修正錯誤的時(shí)間及成本，且提高產(chǎn)品性能。在這個(gè)適應性增益的例子中，如果能在測試進(jìn)行中隨時(shí)修改增益算法，便能更加迅速地實(shí)現和測試我們的解決方法。

　　不幸的是，標準的嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)法提供或僅能有限度的提供這種實(shí)時(shí)（real-time）、動(dòng)態(tài)（on-the-fly）的修改。

　　雖然無(wú)法消除這種構建-編譯-下載的研發(fā)周期，但若能使用正確的研發(fā)平臺，便可以在嵌入式開(kāi)發(fā)開(kāi)始之前，迅速的建立及測試算法和系統，這能在開(kāi)始實(shí)現到嵌入式目標之前，提前修正系統中的錯誤。不過(guò)，要做到這一點(diǎn)，需要一個(gè)可以納入人類(lèi)聽(tīng)眾、音頻硬件和信號處理等不同系統的共同平臺，還需要一個(gè)在操作時(shí)可以改變及修正的研發(fā)平臺，當然，同時(shí)它還兼具靈活性及成本效益。

　　靈活且可負擔的研發(fā)平臺

　　在PC上可以進(jìn)行實(shí)時(shí)（real-time）音頻處理，其實(shí)已經(jīng)有一段時(shí)間了，然而，這需要定制化的軟件開(kāi)發(fā)或專(zhuān)用的音頻處理軟件才行，不過(guò)，定制化軟件雖提供了靈活性，卻非常昂貴；相比之下，專(zhuān)用音頻處理軟件便宜許多，但相當不靈活。

　　由于PC處理能力的改進(jìn)，通過(guò)可靈活使用與隨時(shí)可用的仿真軟件，PC最近也可以用來(lái)建立實(shí)時(shí)的音頻處理系統模型。而通過(guò)將仿真軟件與音頻硬件鏈接，可以建立一個(gè)開(kāi)發(fā)測試平臺，既靈活又實(shí)惠。

　　Plantronics的平臺包括三個(gè)要素：一臺標準PC、仿真軟件，和外部音頻硬件（見(jiàn)圖1）

　　圖 1. Plantronics研發(fā)及驗證的開(kāi)發(fā)平臺

　　個(gè)人計算機 包括一個(gè)音頻串流輸入/輸出（ASIO）聲卡。 ASIO是要保證采樣精確同步（sample-accurate synchronization）和固定處理發(fā)送和接收信號之間的延遲。聲卡主要處理音頻的輸入和輸出，且扮演仿真軟件和數字音頻數據數據的中介角色。

　　仿真軟件 Plantronics采用Mathworks Simulink軟件。選擇Simulink，是因為它為該研發(fā)項目提供了幾種關(guān)鍵優(yōu)勢。首先，它可以與許多外部硬件無(wú)縫連接，包括大部份的ASIO聲卡，這對于應用至關(guān)重要。其次，它是一個(gè)可可視化的設計環(huán)境，可使工程師能夠輕松地與他們建立的模型進(jìn)行互動(dòng)并交付執行。最后，它可以讓工程師在運行仿真時(shí)隨時(shí)改變模型的參數。

　　音頻硬件 鏈接仿真軟件、用戶(hù)和電話(huà)網(wǎng)絡(luò )。有線(xiàn)電話(huà)系統運行時(shí)，電壓比音頻電子高得多，所以需利用電壓隔離器將其余的系統隔開(kāi)。從電話(huà)網(wǎng)絡(luò )或從麥克風(fēng)來(lái)的模擬信號，通過(guò)MOTU FireWire 828mk2音訊I / O盒（使用ASIO軟件接口）轉換為數字形式（使用脈沖編碼調節器或PCM）；然后數字音頻數據通過(guò)FireWire連接匯入計算機。

　　這個(gè)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境所唯一需要定制化的部份是，需要一個(gè)Simulink模塊（Block），做為讀取和寫(xiě)入數據數據連接ASIO接口。

　　該平臺在Simulink內執行大多數的實(shí)時(shí)信號處理算法，為了提高效率，通常采用使用Simulink快速加速器模式（Rapid Accelerator mode），從而加快了仿真速度。當進(jìn)行仿真時(shí)， 可以與Simulink模型互動(dòng)、調整參數的變化，例如，可以在一個(gè)實(shí)際的通話(huà)中更改增益算法，在測試過(guò)程中，甚至可以切換到一個(gè)完全不同的音頻處理算法，例如，這種功能能夠比較多種不同的回聲消除算法（echo cancellation algorithms）。

　　在測試完成之后，若對信號處理系統運行正常感到滿(mǎn)意，就將這個(gè)系統實(shí)現到嵌入式目標系統中。使用和以前相同的編譯-構建-下載的周期，不過(guò)，這一次，在開(kāi)始嵌入式開(kāi)發(fā)之前，就已經(jīng)充份地仿真整個(gè)系統，并找出幾乎所有的錯誤。使用這種新研發(fā)流程，已經(jīng)大大降低了開(kāi)發(fā)和驗證時(shí)間。

　　發(fā)展和驗證的平臺

　　這個(gè)平臺不僅可以進(jìn)行音頻算法開(kāi)發(fā)，也可以進(jìn)行算法和系統的驗證。該平臺可用于有線(xiàn)耳機，以及藍牙兼容的耳機（通過(guò)Plantronics公司音頻I/O專(zhuān)用的藍牙USB加密器）。

　　Plantronics將在MATLAB或C開(kāi)發(fā)的個(gè)別算法，組合到Simulink系統中。利用Simulink產(chǎn)生測試信號（例如，正弦喳噪音），通過(guò)Simulink的圖形功能，可以快速地檢查信號的屬性，如能量譜密度（energy spectral density）等。

　　對音頻研發(fā)來(lái)說(shuō)，分析信號的音頻性能是相當標準程序開(kāi)發(fā)的工作，但該平臺能夠進(jìn)一步的對正在通話(huà)中的電話(huà)測試算法。在算法和系統的驗證過(guò)程中， 將硬件與仿真模型鏈接，隨著(zhù)模型的實(shí)時(shí)運行，使用該平臺進(jìn)行現場(chǎng)電話(huà)呼叫，例如，一位金耳朵聽(tīng)眾參加電話(huà)會(huì )議，隨之調整各種參數來(lái)改善電話(huà)中的音頻質(zhì)量。

　　回聲消除算法為該流程提供了一個(gè)很好的例子，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)信號處理，用戶(hù)會(huì )聽(tīng)到因為麥克風(fēng)和耳機的反饋而產(chǎn)生的回聲和嘯叫聲。消除回聲？？不是一件簡(jiǎn)單的事，有兩個(gè)音頻會(huì )輸入到系統中：一是電話(huà)網(wǎng)絡(luò )，另一是從麥克風(fēng)輸入的音頻�；芈曄�除必須同時(shí)考慮音頻信號來(lái)源，又要能適度地消除信號，這樣用戶(hù)才會(huì )只聽(tīng)到電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的音頻。有好幾種回音消除技術(shù)可以使用，而每種都有自己的參數可供微調。在Plantronics公司，Simulink實(shí)現了兩個(gè)不同的回聲消除算法（參見(jiàn)圖2），以及進(jìn)行模擬，看看哪個(gè)效果最好。

　　圖 2. 在Simulink中的一個(gè)回聲消除系統模型

　　為了測試回聲消除算法，可以在模型中實(shí)現它們，然后將研發(fā)平臺連接到電話(huà)網(wǎng)絡(luò )。在正在通話(huà)的電話(huà)會(huì )議上，通過(guò)修改算法設定以改善音頻質(zhì)量；在實(shí)時(shí)操作的各種情境下，評估通話(huà)系統的質(zhì)量，包括通話(huà)音量范圍。在同一通電話(huà)中，可以從一個(gè)回聲消除算法切換到另一個(gè)，比較在相同條件下的清晰度。這很容易比較兩種算法的清晰度，因為可以在它們之間切換，而無(wú)需重新編譯，也不需停止模擬或重打一通電話(huà)。

　　除了消除回聲，耳機也需要線(xiàn)路消除算法（line cancellation algorithms）來(lái)處理因為電話(huà)網(wǎng)絡(luò )所引起的回聲，以及需要動(dòng)態(tài)的范圍控制，如動(dòng)態(tài)改變音量，提高低音量的聲音，并限制高音量的聲音。而其他的各種算法也都需要以符合法規，例如，歐盟要求耳機具有抗驚嚇屬性，即限制耳機的音量不容許它們迅速提高音量。Plantronics正利用這個(gè)研發(fā)平臺，來(lái)快速開(kāi)發(fā)和驗證所有這些算法或更多算法。此外，還可以利用這個(gè)平臺來(lái)進(jìn)行更明智的的材料清單決策。例如，揚聲器和麥克風(fēng)均衡地使用較便宜的傳感器，看是否可提供更好的音頻質(zhì)量，新平臺能夠評估這些選擇。

　　本文結論

　　在市場(chǎng)的迫切驅動(dòng)下，Plantronics公司開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng )新的研發(fā)和驗證平臺，以縮短設計、開(kāi)發(fā)和測試的周期。該平臺本身具有成本效益，因為它以標準PC、Simulink仿真軟件，以及標準的音頻設備為基礎。更重要的是，能夠檢查和修正正在進(jìn)行通話(huà)的系統，該平臺提供了設計層級的洞察力，提高了以前所缺乏的對于系統屬性的認識，這使得大多數的設計問(wèn)題都能加以模擬，從而簡(jiǎn)化嵌入式目標開(kāi)發(fā)工作。

　　在一般情況下，研發(fā)速度的增加是來(lái)自于犧牲產(chǎn)品質(zhì)量或者是增加預算開(kāi)支。該平臺則能夠兼顧三個(gè)面向：加速研發(fā)速度，不斷降低成本，并開(kāi)發(fā)出更好耳機。