便攜式和汽車壓縮音頻和視頻解決方案

　　今天，壓縮音頻娛樂的迅猛增長已經不只限于家庭和便攜式設備市場。事實上，數字和“軟”音頻產品正在迅速進入汽車行業(yè)，衛(wèi)星廣播和MP3播放器的車載連接就是一個很好的例證。消費者期待在自己的汽車中也能得到與便攜式設備和家庭娛樂設備相同的娛樂體驗。因此，支持汽車與便攜式設備之間的簡單接口的單平臺技術，將是滿足消費者和汽車娛樂需求的關鍵。本文將結合飛思卡爾半導體的SCF5250音頻處理器以及新近推出的軟件庫和參考設計，介紹有助于實現新的便攜式和汽車壓縮音頻和視頻的解決方案，并展望數字音頻從便攜式設備轉向汽車應用的市場趨勢。

　　車載數字娛樂成新寵

　　近年來，電子技術的飛速發(fā)展極大地改善了汽車的各種性能。與此同時，消費者對安全、環(huán)保、舒適、娛樂的要求也越來越高。Strategy Analytics的預測表明，全球汽車半導體市場正在持續(xù)增長，2005年將達到171億美元。汽車娛樂需求是推動這一市場穩(wěn)定增長的重要原因。未來幾年，不僅車內便攜式消費電子產品將持續(xù)增長，車載數字音頻解決方案的需求也會增長。

　　以往的經驗表明，汽車是多種前沿技術首先得到應用的行業(yè)。今天，汽車消費者希望他們的汽車信息娛樂系統能夠提供更多的功能和特性。這些娛樂應用是天天都要用到的，需求也在不斷發(fā)生變化。另外，過時的娛樂系統將成為新車銷售的主要障礙，而且會影響汽車的銷售價格。

　　隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，娛樂駕駛的觀念日漸深入人心，成為衡量現代汽車水平的重要標志之一。汽車電子設備特別是汽車娛樂電子產品不斷吸收新技術和最新科研成果，使數字應用從便攜式設備轉向汽車應用，讓人們在駕車途中也能享受“移動數字音響/影院”帶來的娛樂體驗。但是，汽車電子產品與普通消費電子產品相比，應用環(huán)境不同，對溫度、抗震性、氣候等的適應能力要求也更高。

　　數字音頻從便攜設備走進汽車

　　便攜式媒體播放器和汽車娛樂系統制造商正在努力滿足消費者對設備間無縫連接的需求。2003年投入生產以來，飛思卡爾半導體的SCF5250音頻處理器已被廣泛用于許多頂級數字音頻播放器制造商的設計。作為汽車半導體的領先供應商，飛思卡爾半導體具有獨特的優(yōu)勢，可將其音頻專業(yè)技術應用于汽車產品市場。

　　SCF5250是基于集成的ColdFire® V2核心的第二代音頻處理器，是專門為壓縮音頻音樂播放器（MP3、WMA、OggVorbis等）設計的系統控制器和解碼器。它是一種可支持基于CD和硬盤驅動器（HDD）播放器的便攜式和汽車解決方案，可提供更大的存儲空間和更好的功率管理能力。帶有增強型乘法累加器（EMAC）單元的32位ColdFire核心可為壓縮音頻解碼、文件管理和系統控制所需的控制代碼和信號處理提供最佳的性能和代碼密度。該核心支持多種通用串行總線（USB）接口，包括最新的USB 2.0高速（HS）便攜式（on-the-go，OTG）技術，還支持用于移動顯示器的JPEG和MPEG4視頻格式，以及微軟的一系列Windows Media技術。

　　SCF5250采用先進的0.13μm CMOS工藝技術，有工業(yè)級的產品可供使用，具有低功率硬連接光盤（CD-ROM）解碼器的特性；此前的SCF5249則是采用0.18μm工藝。SCF5250核心的電源電壓為1.2V，片上128KB SRAM無需CD應用的外部DRAM即可實現Windows Media Audio（WMA）解碼。此外，SCF5250的ADC集成了比較器，無需外掛比較器，即可降低功耗，又可減小系統尺寸，還可以省掉程序存儲器。

　　SCF5250也是一個極具競爭價格優(yōu)勢的、在120MHz條件下具備超過107 Dhrystone 2.1 MIPS性能的出眾的通用系統控制器。集成的外設和EMAC可使其在某些應用中取代微控制器和DSP。大多數外設引腳也能作為通用I/O引腳進行重映射。

　　SCF5250具有以下的特性：

　　l 硬件模塊：

　　• Coldfire V2處理器核心的工作頻率為120MHz

　　• 增強型乘法累加器（EMAC）

　　• 8KB直接映射指令高速緩存

　　• 128KB SRAM（兩個64K內存段），無需外部SDRAM，即可進行壓縮音頻解碼（MP3、AAC、WMA）

　　• 利用內部或外部晶振運行

　　• 支持16位寬SDRAM存儲器

　　• 后臺和實時調試模塊

　　• 兩個獨立通用異步接收器和發(fā)送器（UART）

　　• 兩個I2C模塊

　　• 排隊串行外設接口（QSPI），主通道唯一

　　• 符合IEC958音頻協議的數字音頻發(fā)送器（SPDIF）和兩個接收器

　　• CD-ROM和CD-ROM XA區(qū)塊解碼和編碼功能

　　• 兩個獨立16位定時器

　　• 系統集成（PLL、軟件看門狗）

　　• 四通道直接存儲器存?。―MA）

　　• 六通道12位模數轉換器（ADC）

　　• IDE接口或SmartMedia接口

　　• 快閃存儲器卡接口

　　• 通用I/O

　　• 1.2V核心電壓，3.3V I/O電壓

　　l 軟件模塊：

　　• 支持Microsoft Windows Media DRM10

　　• MP3、WMA、AAC、MP3PRO、Ogg Vorbis解碼和MPEG1 Layer 2解碼器（VCD）

　　• MP3和ADPCM編碼器

　　• 自由無損音頻編碼解碼器

　　• 可變播放速度，支持MP3、WMA、MP3 Pro、Windows Media DRM10、MPEG2 Layer 1、AAC、Ogg Vorbis、ADPCM和FLAC

　　• JPEG和MPEG4解碼（在QCIF分辨率下同步播放音頻文件時速度為20fps）

　　• SRS WOW和其他第三方算法

　　• ADPCM錄音

　　最近，飛思卡爾半導體又推出了SCF5250處理器軟件庫，在增加新的便攜式和汽車壓縮音頻和視頻功能的同時還支持最新的數字版權管理（DRM）。豐富的軟件庫包括實時操作系統（RTOS）；壓縮音頻編碼解碼器；用于CD-ROM、HDD和閃存的文件系統。它還具有錄音功能，例如語音和音樂（電唱機）的實時MP3或自適應差分脈沖編碼調制（ADPCM）編碼。此外，該軟件庫還支持USB大容量存儲類軟件堆棧和媒體傳輸協議（MTP），有助于實現數字版權管理。

　　創(chuàng)新工具實現成功設計

　　連通性是目前最熱門的話題，在不降低汽車安全性的基礎上提供優(yōu)異的連通能力顯得尤為重要。飛思卡爾半導體利用其在便攜式音頻市場及專門用于汽車的半導體解決方案方面的專長，以及提供深層次技術支持的能力，為車載數字娛樂提供了一整套系統解決方案。它可以幫助系統開發(fā)商更早地進入高價值、產品差異化應用的開發(fā)階段，從而使他們能在更短的時間內以更低地成本提供更好的產品。這也正是飛思卡爾半導體成為汽車制造商可信賴合作伙伴的優(yōu)勢所在。

　　為了推動SCF5250在新興市場中的應用，飛思卡爾半導體推出了SCF5250新型參考設計（見圖2）。它可以幫助產品設計師開發(fā)基于硬盤和閃存的全新數字音頻設備。該參考設計包括M5250C3評估板和M5250ADC插卡（圖3），這些插卡具有快速高效進行產品設計所需的全部組件和連接器。這些為用戶提供的工具與SCF5250器件本身同樣重要，能夠幫助用戶構建可以迅速推向市場的先進產品。參考設計可為產品開發(fā)商提供硬件和軟件支持，使他們能將新概念轉化為可滿足消費者需求的創(chuàng)新而高效的產品設計。在120MHz頻率下運行的SCF5250的存儲總線速度為60MHz；2MB閃存監(jiān)控器/調試器中的1.8MB可供用戶使用；此外還包括車載10/100以太網連接，支持SCF5250軟件模塊、DRM、USB 2.0 HS OTG（需要M5250ADC插卡）、圖形接口（需要M5250ADC插卡）和電源管理軟件。

　　根據用戶的要求，飛思卡爾半導體還可以免費提供1.8英寸、20GB硬盤驅動器的參考設計的圖表、布局文件和組件列表。這些參考設計可以支持彩色液晶顯示器（LCD）、JPEG和MPEG4與USB 2.0 HS OTG。

　　數字版權向我們走來

　　信息數字化是新經濟時代的典型標志之一。從互聯網誕生的第一天開始，就產生了免費共享與知識產權之間的矛盾。今天，這對日趨激化的矛盾在刺激經濟利益的同時也推動了數字版權管理等先進技術的進展。數字版權管理技術可以在數字空間里既識別用戶，又授予用戶權限，規(guī)范用戶的行為方式，以保障數字化信息的所有者和經營者的權益。

　　對播放器制造商來說，他們面對著提供靈活而受保護的硬件平臺，以及消費者要求更多的播放器功能和更豐富的內容，還有內容擁有者希望通過各種許可模式實施內容權限保護等幾個方面的巨大壓力。

　　作為便攜式音頻領域領先廠商的飛思卡爾半導體正在以數字版權管理軟件鞏固自己的地位，目前，數字音頻產品制造商已可采用飛思卡爾半導體的SCF5250音頻處理器系列平臺運行微軟公司的Windows Media技術，包括Windows Media® Digital Rights Management（數字版權管理）10、Windows Media Audio（WMA）9和Media Transfer Protocol（MTP，媒體傳輸協議）。這樣，播放器制造商即可配合“即付即享（Pay as you go）”或包月無限下載等音樂服務推出自己的產品。

　　憑借豐富的軟件庫和參考設計經驗，飛思卡爾半導體的SCF5249和SCF5250音頻處理器已經幫助早期采用者將基于Windows Media DRM 10的播放器投放到新的市場。三星電子公司就采用SCF5250實現了YH-J70多媒體播放器所需的高性能和安全性。Windows Media DRM 10已成為三星電子產品的一個重要特性，為歐洲和北美市場的熱賣打下了基礎。

　　展望未來

　　汽車娛樂化是汽車電子技術的一次革命和必然趨勢，諸如PC技術、藍牙技術、GPS衛(wèi)星導航等等，都將融入汽車娛樂領域。雖然中國汽車娛樂市場還不成熟，但隨著成本的降低、技術的成熟和產量的增加，在不遠的將來傳統的汽車音響將被集成了Audio/Visual/Video的高科技娛樂功能如移動電話、閃存卡、硬盤等取代；未來還將具備PC的功能，實現與外界的通信、上網、游戲等諸多功能。

　　飛思卡爾半導體目前正在開發(fā)下一代音頻處理器，計劃在芯片上集成USB HS OTG技術、防篡改實時時鐘（RTC）和高速UDMA ATA接口。這將有助于制造商減少芯片數量，使產品外型更加小巧。飛思卡爾半導體還將在芯片上集成車用網絡接口，加快數字音頻方案進入汽車音頻市場的步伐。其ColdFire產品也會更加注重環(huán)保要求；在提供優(yōu)異的主流數字（音頻/視頻）播放功能的同時，也將滿足廠商所需的高集成和防震等方面的更高的要求。