解决高清音频IC设计难题
高清音频IC的设计挑战
在设计高清音频IC时，有若干因素需要考虑。高清音频最重要的特性是数据流量，因为相比传统的音频应用，高清音频数据流量大大提高。仅对 I/O而言，这种数据流量在某些编解码器就可能达到24.5Mb/s的输入速率和在27.6Mb/s的输出速率下达致每秒96kHz×8×24位的输出。这就需要一种新的IC设计方案来确保这些挑战得到解决，同时保证音频的质量。
另外，一些采样频率达192kHz、带6个或8个声道，并且运算精度很高的无损音频编解码器，如DTS-HD主音频或杜比TrueHD，它们的计算要求极高。如果不予以改进，单单一个编解码器就可能消耗掉传统DSP的全部MHz预算。
性能要求
如上所述，高清音频实现方案(如蓝光光盘应用)的数据处理要求非常高。在如此高的数据率下，很多现有的单核DSP解决方案都无法保证高质量的数据处理，故业界不少解决方案开始倾向于采用能够满足视频结合音频的处理开销要求的双内核方案。
而且，在DSP解决方案的实现中，除了强制性及可选音频编解码器之外，还需要许多后处理功能，而这些后处理功能正是众多实现方案的差异化因素。由于在处理最小的高清音频编解码器时，许多单核DSP都会有过载的情况，所以几乎没有什么剩余能力可言，即便有，也差不多都是用于强制性后处理。
芯片尺寸/功耗考虑
由于制造商和设计人员不得不应对挑战，把所有必要的处理功能全部塞入尺寸越来越小的芯片中，这使现有的芯片尺寸也面临着巨大的压力。采用多核解决方案虽然可以提供这些处理能力，但芯片尺寸、相应的价格增加和驱动子系统所需的电能之间的权衡都可能往往令人望而却步。特别在满足具有特殊功率和外形尺寸限制的高清设备(如便携游戏机)要求时，这一点尤其关键。
即使对于非移动设备，功耗也是一个重要的考虑因素，因为它影响到设备的散热性能。较高的功耗可能需要某些冷却手段，从而对产品的总体设计造成影响。
任务切换的存储器交换
高清音频系统中必须执行大量并行任务，故需要非常频繁的存储器交换。这些交换必然会致使存储器带宽过载，让系统无法处理增加的总线流量，最终快速降低音质。另外因为指令集常常采用32位格式编写，这又使得指令更大，指令间间隔更长，进一步加剧数据过载问题，而 16位指令集可以减轻这种负载。在数据方面，某些高清音频编解码器需要100Kb以上的数据RAM外加相当大的数据表，也就是强制要求利用存储器交换以高效利用RAM存储器。
慢速外部存储器存取
许多在DSP上运行的音频算法传统上均以非序列(non-sequential)的方式对大容量缓存进行存取。一般而言，这些缓存都太大，无法驻留在处理器的片上存储器中，故它们必须置于速度较慢的外部存储器中，如DDR SDRAM。另外，非序列存取也给维持高性能的目标带来一个挑战。由于音频解码器常常与视频解码器争夺数据总线吞吐量，故存储器存取效率非常重要。要提供高质量的音频体验，就必须解决这个难题以实现稳定的性能。
解决难题
要解决影响高清音频DSP领域的众多问题，需要一个基于功能强大的数字信号处理器的系统，其中应包括合适的软件和外设。CEVA-HD-Audio就是这种高清音频系统的实例，它是一个全面完善的单核DSP解决方案，能够满足最严苛的高清音频使用案例的要求。
CEVA-HD-Audio是基于CEVA-TeakLite-III DSP内核的系统。CEVA-TeakLite-III拥有本地32位处理能力和双乘法累加(Multiply-Accumulate, MAC)架构，是需要先进音频标准的高清音频应用的理想DSP方案。另外，CEVA-TeakLite-III还具有良好平衡的10级管线，使其内核在 65nm工艺下的运作频率仍超过550MHz(在最差条件和工艺)。CEVA-HD-Audio集成了一个带有32位寄存器文件、64位数据存储带宽、 32×32位乘法器和自动32位饱和的本地32位SIMD DSP处理器。CEVA-TeakLite-III还具有一个带有完善MAC指令集的双16×16 MAC，可实现语音/VoIP和全面的流处理位操作(bit-manipulation)功能，这对流处理十分有用。除了带有多精度点的固有32位数据处理功能之外，单周期32位MAC单元还包括用于无损编解码器的72位MAC累加，和独特的单精度与双精度FFT蝶形指令(butteRFly instruction)，以及一个2/4周期内核。
图3 CEVA TeakLite-III结构框图
CEVA-TeakLite-III架构嵌入了CEVA-Quark指令集，是全面的独立式嵌入紧凑型指令集架构(ISA)。这种独特的 ISA旨在仅利用16位指令，减小芯片的尺寸和成本，同时降低功耗，减少存储器存取次数。CEVA-Quark ISA是一套完整的指令，包括存储器存取、算术与乘法运算、逻辑、移位和流处理位操作指令以及控制操作。应用程序开发人员还可以把CEVA-Quark指令与其他更先进的CEVA-TeakLite-III指令相混合，无须切换到不同的运作模式。这种组合特性可使代码量减少4倍，周期数减少了近9倍。
利用单核实现高性能高清音频
上面提到的处理效率，显示CEVA-TeakLite-III能够利用单核DSP，轻松提供完整的高清音频支持。由于它拥有更小的存储器，所以尺寸更小，性能更高，比市场上其他竞争解决方案更为优胜。单核实现方案也意味着不论从硬件还是软件的角度来看，应用开发和集成都更为容易。
本地音频处理
CEVA-HD-Audio具有32位本地处理能力，故能为高清音频算法提供很高的精度。此外，64位的数据存储器带宽可确保 DSP不断有数据样本与系数馈入，从而实现连续处理。为应对这些挑战，CEVA-HD-Audio解决方案还备有一套完整的音频编解码器。音频编解码器算法设计使用一个普通的DMA引擎，使数据传送和算法执行能够并行进行，有助音频算法和编解码流程。另外，CEVA-HD-Audio还包含了一个带有指令缓存的存储子系统、用于数据的紧密耦合存储器和AHB/APB系统接口(包括主和从接口)。这些特性能帮助CEVA-HD-Audio用户满足复杂音频使用案例、外部存储器存取的高延时和有限的系统速度等严苛要求。它们也易于集成到基于CPU的SoC中，可以实现完整音频系统的快速产量提升。
高清音频的软件开发
一套包括C编译器、汇编器、链接器、代码库、调试器和仿真器的完整的软件开发工具也是非常重要的，因为它们能够帮助用户迅速方便地进行系统的开发和集成。一个基于GUI的开发环境也让编程人员能够轻松遵循不同的处理流程，提高编程、编译和调试流程的效率。