由於低成本DVD播放器/錄影機的普及，再加上家庭劇院系統價格的平民化，已經使得上百萬的消費者能夠享受到高品質的環繞音效音響裝置。曾經被認為是少數音響發燒友的專屬的多通道環繞音效，目前已經是家中常見的裝置，而且很快也會成為汽車中的配備。高性能且可編程的數位訊號處理器(DSP)技術已經在這個市場區塊的進展上扮演關鍵性的角色，而且依循現今的趨勢發展，它也將持續在未來市場成長上扮演不可或缺的角色。
由於低成本DVD播放器/錄影機的普及，再加上家庭劇院系統價格的平民化，已經使得上百萬的消費者能夠享受到高品質的環繞音效音響裝置。曾經被認為是少數音響發燒友的專屬的多通道環繞音效，目前已經是家中常見的裝置，而且很快也會成為汽車中的配備。高性能且可編程的數位訊號處理器(DSP)技術已經在這個市場區塊的進展上扮演關鍵性的角色，而且依循現今的趨勢發展，它也將持續在未來市場成長上扮演不可或缺的角色。
正如同在許多消費性市場中常見的狀況一樣，環繞音效音響設備的生產廠商必須持續地將新的特點以及能力整合在產品中，或是使產品更易於使用，以便提高附加價值。在家用音響產品中，持續增加的大量解碼器以及後處理(Post-processing)的格式必須能夠得到支援。此外，大多數主要的IP供應商已經在計畫要採用新的演算法，藉以增加音訊通道的數量以及取樣速率，並且運用像是HDMI以及IEEE 1394等新的高速介面。通常這些升級後的演算法，在運算上都會較先前版本更為複雜，因而更加重用於音訊處理的數位訊號處理器之負擔。
在車用音響系統的技術領域方面，一樣也變得相當複雜。除必需的多聲道音訊處理之外，由於高性能音訊與視訊系統對於頻寬需求的㎝提升，使得複雜的網路處理也變得更為普及。特別是媒體導向系統傳送(MOST)光纖網路以及與其相關的DTCP加密法則，也開始適用在許多高階與中階的汽車上。再加上車用音響系統通常都必須與更多樣的輸入源如AM/FM調諧器、CD、DVD播放器、行動電話、導航系統輸入等，以及取樣頻率相互配合，都為數位訊號處理器供應商帶來更多的壓力，促使其須提供更高性能及更高整合度的處理器。
兼具運行解碼器及可編程能力
現今的音訊處理引擎除須具備所有多通道音訊解碼器、虛擬環繞音效(Virtualizer)以及後處理格式的各種組合外，還必須非常具有彈性。高性能的數位訊號處理器很適合用來運行解碼器，同時具有可編程之能力與彈性，以便執行像是自動化房間等化(Automatic Room Equalization)的額外功能。不論訊號處理是在DVD元件還是AVR系統上執行，數位訊號處理器都是整個系統中的中央處理引擎。面對像是PCM、SACD、DVD Audio、DTS、AC3、AAC及WMA等的音訊源，以及像是DPLII、Neo6、Surround EX、ES Matrix、Bass及延遲等後處理演算法與自訂的後處理模組，處理器必須能夠支援其所可能產生的無數種組合，同時又能動態偵測輸入串流的變化，以便使用正確的解碼軟體。
為改善使用者的體驗，許多現今的A/V接收器都具備自動測定與等化的特點，直到最近，這項音響環境調節(Audio Environmental Tuning)都還得以手動方式來加以處理，通常限於家用及車用的客製化安裝系統。這些新的演算法會偵測房間內或是汽車中的喇叭位置、收聽環境的形狀與大小，以及收聽空間的反射和吸收品質。系統將會藉由改變喇叭的頻率特性以及建立音響環境之回應的模型來自動調整其聲音，以便將聆聽的體驗予以最佳化。許多經過調整的特點也能夠根據聆聽者的偏好來進行手動的設定，這其中包括獨立的通道增益(Independent Channel Gain)、可變交叉頻率(Variable Crossover Frequency)以及音訊延遲調整(Audio Delay Adjustment)等。
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| 圖1 系統複雜度驅使DSP系統朝向晶片內建開發系統 |
在圖1中展示的是音訊系統隨著技術演進的開發過程，隨著數量日增的編碼音訊內容以及對更高品質音訊的要求，數位訊號處理器系統之記憶體與處理能力的需求為設計工程師帶來相當大的挑戰。而為達到降低系統成本的相反需求，也驅使數位訊號處理器的設計朝向將周邊元件整合至數位訊號處理器內的方向發展。因此具有400MHz、以單指令多數據(SIMD)為基礎的浮點運算效能，內建6Mb的唯讀記憶體(ROM)、3Mb的隨機存取記憶體(RAM)、整合於內的S/PDIF、硬體取樣速率轉換器、延遲線直接記憶體存取(Delay Line DMA)功能以及其他的音訊系統特定周邊的數位訊號處理器才能滿足未來的設計需求。
IEC61937規範自動化輸入偵測
音訊數位訊號處理器必須能夠即時分辨各種不同的格式，並且盡快選出適用的解碼器，任何偵測上的錯誤都會使得輸出產生雜訊。這項自動偵測的處理程序必須採用逐格(Frame by Frame)進行的方式，與解碼處理程序並行運作才行，此自動處理程序乃是採用IEC61937國際標準為基礎，這個標準是針對非線性脈衝調制編碼(PCM)位元串流所制訂。這個標準定義如何將編碼串流經由Sony-Philips數位介面格式(S/PDIF)的接收器，傳送至數位訊號處理器。音訊處理器必須能夠判定其輸入串流究竟是已編碼串流如AC3、DTS、AAC及WMAPro等，還是PCM串流。
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| 圖2 音訊DSP的功能區塊中包含一組來源偵測器及多種解碼器 |
輸入音訊串流會經由內建的S/PDIF埠或是序列埠送到數位訊號處理器中，這些資料會藉由I/O處理器將其傳送到SHARC的內部記憶體中，這將使得數位訊號處理器可以在毋須中斷核心的狀況下，就能夠與其周邊來回的傳遞資料。這是一個很重要的系統考量，因為當音訊資料在轉換時，其解碼處理程序不能夠有任何中斷，因為這將造成出現音訊雜音或是間斷靜音。當自動偵測(Auto Detect)演算法已判定出輸入源為何後，相對應的解碼器就會從ROM中被讀取使用，而已編碼的串流就會被解碼為PCM，此時PCM會經過無數個後解碼器與後處理演算法的組合。採用SHARC處理器架構的DSP，內建的ROM包含許多如圖2所列舉的演算法則，可以用來使系統性能最佳化，並且能夠從SHARC的平衡架構中獲得好處。
音訊處理程序必須密集地使用有限脈衝響應濾波器(FIR)與無限脈衝響應濾波器(IIR)，在回覆運算中，導因於訊號之數位表示法的量化(Quantization)錯誤可能會造成音訊品質的降級。高階音訊處理器可使用浮點表示法來表示音訊訊號，以降低這類型的錯誤。
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| 圖3 定點與浮點處理器的SNR値 |
在高級的音響系統中，聲音的品質通常是以小振幅或是極恬靜的聲音能達到多精確的水準重新產生來衡量。當音訊訊號的振幅變得越小，定點處理器(Fixed Point Processor)能夠精確重新產生這個訊號的能力就會受到限制，但是對於浮點處理器來說，能夠維持音訊位準的精確度則是處於固定的界限之內，具有最少186dB的訊噪比(SNR)值(圖3)。
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| 圖4 對於浮點與定點處理器之動態範圍的比較 |
對於家庭劇院所使用的音訊處理器而言，另一個重要的特點就是其動態範圍(圖4)，動態範圍乃是以音訊處理器在不會發生欠位(Underflow)或是溢位(Overflow)的情況下，能夠重新產生訊號的最小與最大訊號振幅之比率來定義。如同前述的狀況一樣，浮點處理器遠遠超過定點處理器的極限。
隨著前置解碼器演算法以及後解碼器演算法的複雜度與日遽增，對於達到家庭劇院之體驗所需要的許多種組合而言，用以執行這些組合所需的MIPS數量或是執行週期也不斷的在增加。想要對抗這些問題，最明確的答案就是增加訊號處理器的時脈頻率，由於矽晶處理器有所限制，因此這個方法仍有許多障礙，而這也使得訊號處理器的供應商必須藉由改善架構來解決問題。
某些訊號處理器的供應商已經採用多指令多資料(MIMD)架構的方法，它會在單一週期內執行多重指令，並同時執行多重的資料搬移。這種架構需要更多的記憶體，而這也會直接影響到晶片的成本。SHARC處理器的架構則是採用新穎的方法－SIMD架構，在這種架構中，相同的指令可以在第二組平行的運算單元上執行。這樣所造成的結果就是密集的程式碼，因而使得執行演算法所需要的MIPS降低。藉由這樣的SIMD架構，音訊訊號處理器能夠以立體聲訊號平行運作，而且不會有多餘的處理負荷。
利用圖形環境 自訂音訊後處理設計
長期以來，數位訊號處理器使用者所面對的挑戰，就是要開發出能夠將處理器時脈週期之使用最佳化以及記憶體之使用效率化的軟體。使用組合語言(Assembly Language)手動編碼的音訊訊號處理演算法，這種麻煩且沿用已久的方法已經變得越來越不具實用性。特別是當大部分的努力都被放在建立標準化的「一覽表」以及「我也有」的特點上，而非致力於產品差異化使其具有附加價值。開發音訊產品軟體的較佳方法是有其必要性。為了要達成此需求，廠商已經開發出一個圖形環境，用來輔助設計與開發使用SHARC處理器之音訊系統。
該圖形環境為音訊系統開發者提供許多的軟體建構方塊與具有直覺化的圖形介面搭配，可以用來設計、開發、調校、以及測試音訊系統。同時，包含以個人電腦為基礎的圖形化使用者介面(GUI)、數位訊號處理器的核心架構、以及可擴充的音訊演算法函式庫(音訊模組)。若和Visual DSP++整合式開發與除錯環境(IDDE)搭配使用，還能產生對每秒百萬指令(MIPS)以及記憶體使用最佳化並且可用於量產的程式碼。藉由將開發複雜的數位訊號處理軟體流程予以簡化，降低開發的成本、風險、與時間。如此一來，音訊系統的開發者就可將注意力放在其附加價值上，以便使其音訊產品與競爭者有所差異。
次世代音訊系統對於更高速與具有更高度整合性之音訊處理器的需求不斷增加。為了要在市場上維持獨立自主的地位，音訊處理器的供應商必須要提供使其客戶在「Audio Feature Curve」中保持領先的高性能元件，同時提供易於使用的開發工具套件，以便讓客戶將產品上市的時間縮短。