Аудиопроцессор BP1048B2 с Bluetooth. Тех. описание.

Общие сведения о чипе.

Микросхема MVSilicon BP1048B2 – это высокопроизводительный 32-битный аудиопроцессор с поддержкой Bluetooth.

Разработчиком аудиопроцессора является компания MVSILICON (Shanghai Mountain View Silicon Co., Ltd.). Она специализируется на разработке систем на кристалле (SoC) и микроконтроллеров для обработки аудио и звука, беспроводной связи и устройств Интернета вещей.

Продуктовая линейка MVSilicon состоит в основном из процессоров для аудиоприложений, универсальных микроконтроллеров, аудиокодеков, цифровых сигнальных процессоров (DSP) для обработки звука в реальном времени.

Основные сведения об аудиопроцессоре BP1048B2 представлены далее:

• Особенности и функционал процессора;

• Рабочая среда ACPWorkbench;

• Функциональная блок-схема процессора BP1048B2;

• Радиомодуль Bluetooth;

• Обработка аудио и звука. Цифровой сигнальный процессор (DSP);

• Звуковые эффекты;

• Функциональная блок-схема DSP.

Особенности и функционал процессора.

Процессор BP1048B2 является специализированной системой на кристалле (SoC) с цифровым сигнальным процессором (DSP) для создания различных аудиоустройств с поддержкой технологии Bluetooth.

Вот лишь небольшой перечень того, где может применяться данный аудиопроцессор:

• Портативные Bluetooth-колонки и аудиосистемы;

• Звуковые панели с Bluetooth;

• Караоке-оборудование с Bluetooth;

• Bluetooth-наушники;

• Bluetooth-устройства для автомобильных звуковых систем;

• Системы с несколькими микрофонами для интеллектуальных голосовых устройств с Bluetooth;

• Иные аудио- и голосовые приложения (аппаратура и устройства) с поддержкой технологии Bluetooth.

Аудиопроцессор BP1048B2 есть в составе электронной начинки портативной аудиосистемы SVEN PS-650/PS-655, SVEN PS-720/PS-750, усилителе класса D с Bluetooth «BRU5», а также есть на платах усилителей мощности BDM3 и BDM9 с Bluetooth 5.0 («WONDOM», Sure Electronics Co., Ltd).

Также в продаже есть компактные аудио модули на базе процессора BP1048B2, например, EX201MAX (DSP Bluetooth 5.0) и Nvarcher Bluetooth 5.0 DSP. Параметры их сигнального процессора можно настраивать с помощью программы ACPWorkbench.

Микросхемы MVSilicon можно обнаружить и в таких устройствах, как «Яндекс. Станция мини». В ней применён DSP для обработки аудио – чип DU561.

Урезанной копией BP1048B2 без Bluetooth-модуля является процессор AP8248. Разрабатывался он под такие устройства, как караоке-микрофоны и оборудование для караоке, звуковые карты, авторесиверы, звуковые панели и колонки, модули обработки голоса для AIoT.

Рабочая среда ACPWorkbench.

Особенностью микросхем MVSilicon является возможность конфигурирования их DSP с помощью специальной рабочей среды – программы ACPWorkbench (Audio Codec Processor Workbench).

Данная программа поддерживает работу с микросхемами следующих серий: AP82xx (AP8248, AP8264, AP8224C2), DU56x (DU561, DU562), DU26x (DU261, DU262), BPxx (BP1048B2, BP1064L2, BP1032A2, BP1032B2).

Подключив микросхему к компьютеру посредством интерфейса USB (HID) или UART (serial) можно в реальном времени производить настройку аудио модулей и звуковых спецэффектов.

С помощью ACPWorkbench можно включать/отключать предварительные усилители, настраивать коэффициент их усиления, включать/выключать различные интерфейсы, менять настройки параметрического эквалайзера, включать/отключать звуковые эффекты и различные фильтры, менять их параметры.

Главное окно программы выглядит следующим образом.

Главное окно программы ACPWorkbench.

Оно содержит три больших вкладки:

• На вкладке «Audio Module» (Аудио модуль) производится настройка линейных и микрофонных входов, параметров предусилителей, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, интерфейсов I²S, S/PDIF, выводов GPIO;

• На вкладке «Audio Effect» (Звуковой эффект) производится настройка звуковых эффектов, параметрического эквалайзера и всевозможных фильтров;

• Во вкладке «Log» (Журнал) отображаются служебные сообщения о взаимодействии программы ACPWorkbench и подключенного аудиопроцессора. По умолчанию сообщения в журнале отключены, но их можно включить. Также можно очистить журнал или сохранить его данные.

Функциональная блок-схема процессора BP1048B2.

Функциональная блок-схема аудиопроцессора BP1048B2.

Пояснения к блок-схеме:

• RISC Core – 32-разрядное RISC ядро с максимальной частотой 288 МГц;

• FPU (Floating Point Unit) – блок аппаратного устройства для вычисления чисел с «плавающей точкой»;

• DSP (Digital Signal Processor) – цифровой сигнальный процессор;

• DMA (Direct Memory Access) – блок реализующий прямой доступ к памяти минуя центральный процессор. Имеет 8 каналов. Память может быть выделена любому периферийному устройству, кроме USB (OTG), IR и I²C;

• FFT (Fast Fourier Transform) – блок вычисления БПФ (Быстрого преобразования Фурье);

• SRAM (Static Random Access Memory) – оперативная память (ОЗУ). Встроенная память на 320 килобайт (КБ), а также 32 КБ I-кэш и 32 КБ D-кэш;

• FSHC – (предположительно) встроенная FLASH-память на 16 мегабит (Мбит) для хранения кода и данных;

• EFUSE (Electronic Fuse) – регистр конфигурации;

• DPLL/APLL – узлы, отвечающие за фазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ);

• RC12M – источник тактовой частоты 12 МГц;

• PMU (Power Management Unit) – блок управления питанием;

• POR (Power On Reset) – блок сброса питания при включении. Блок, удерживающий процессор в состоянии сброса до стабилизации напряжения питания при включении. Является супервизором питания или его частью;

• LVD (Low Voltage Detector) – детектор низкого напряжения. Блок контроля напряжения питания.

  При низком уровне питающего напряжения имеется несколько опций для работы в режиме с низким энергопотреблением: «снижение тактовой частоты CPU», «снижение системной тактовой частоты», «режим сна», «глубокий сон»;

• WatchDog (Watchdog timer) – Сторожевой таймер;

• SAR ADC (Successive Approximation Register ADC) – 12-ти битный АЦП последовательного приближения;

• BT RF, BT Baseband, BT modem – блоки радиоинтерфейса Bluetooth;

• TRNG (True Random Number Generators) – генератор истинных случайных чисел.

Процессор содержит большой набор узлов для работы с периферийными устройствами:

• BTIM1/BTIM2 – два базовых таймера;

• GTIM3/GTIM4/GTIM5/GTIM6 – четыре таймера общего назначения с функциями PWM и PWC;

• SDIO (Secure Digital Input/Output) – интерфейс SDIO. В основном используется для работы с картами памяти (SD-карты памяти);

• SPIM (SPI master, Serial Peripheral Interface Master) – интерфейс SPI (мастер);

• SPIS (SPI slave, Serial Peripheral Interface Slave) – интерфейс SPI (ведомый);

• S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface) – интерфейс S/PDIF. Процессор имеет один полудуплексный S/PDIF с поддержкой HDMI аудио и ARC;

• I2S0/I2S1 – интерфейс I²S (IIS, – Integrated Inter-chip Sound). I²S – это стандарт интерфейса для передачи ИКМ-аудиоданных между интегральными схемами цифрового устройства по последовательной шине.

  Аудиопроцессор поддерживает 2 полнодуплексных канала I²S и скоростью передачи данных 8 ~ 192 килобит в секунду (kbps), разрешением (разрядностью) 32 бит;

• Audio ADC 4 Channel – аудио аналого-цифровой преобразователь (4 канала);

• Audio DAC 3 Channel – аудио цифро-аналоговый преобразователь (3 канала);

• UART0/UART1 – два полнодуплексных интерфейса UART с максимальной скоростью 3 Мбит/с (3 Mbps);

• OTG (On to Go) – интерфейс USB 2.0 (OTG) для работы с USB-устройствами. Поддерживает 6 терминалов. Физическая реализация;

• I2C – двухпроводной интерфейс I²C (макс. скорость 400 Кбит/с);

• GPIO (General-Purpose Input/Output) – интерфейс ввода/вывода общего назначения;

• IR – ИК-интерфейс. Может использоваться для управления устройством с пульта дистанционного управления (ДУ). Поддерживается стандарт NEC и SONY.

Радиомодуль Bluetooth.

На структурной блок-схеме процессора радиомодуль Bluetooth отмечен тремя блоками:

• «BT RF» – радиочастотная приёмопередающая часть (входной фильтр, антенный переключатель, малошумящий усилитель, согласующие устройства и др.);

• «BT Baseband» – тракт основной полосы или контроллер несущей частоты;

• «BT Modem» – модем Bluetooth.

На самом деле блоки «BT RF» и «BT Baseband» входят в состав BT Modem.

Структура Bluetooth-модуля показана в ознакомительных целях и является сильно упрощённой.

Bluetooth-модуль аудиопроцессора BP1048B2 имеет следующие характеристики:

• Dual mode (двухрежимный) Bluetooth версии V5.0 совместимый с Bluetooth V4.2 и V2.1+EDR.

  Двухрежимный означает, что версия Bluetooth поддерживает, как обычный Bluetooth Classic (скорость до 2,1 Мбит/с), так и Bluetooth Low Energy (BLE), который имеет низкую скорость передачи данных до 25 Кбит/с и используется для беспроводной связи с различными маломощными устройствами с автономным питанием (часы, трекеры и т.п.);

• Максимальную мощность передатчика 10 дБм (dBm), то есть 10 милливатт (0,01 Вт), если считать в ваттах. Поддерживает три класса мощности передачи: class 1 (до 100 мВт), class 2 (2,5 мВт), class 3 (1 мВт);

• Поддерживает сетевые протоколы Bluetooth Piconet и Scatternet;

• Поддерживает Bluetooth-профили A2DP/AVRCP/HFP/HSP/OPP/HID/SPP/PBAP/GATT/SM и другие;

• Поддерживает PLC (Packet Loss Concealment). PLC – это метод сокрытия потери пакета (данных). Используется для компенсации потери данных при голосовой связи.

Типовая чувствительность приёма указана в таблице.

Обработка аудио и звука. Цифровой сигнальный процессор (DSP).

Как уже говорилось, аудиопроцессор разрабатывался для применения в различной аудио и звуковой аппаратуре, которая требует специфических узлов обработки звукового сигнала.

Например, усиление низких частот может быть востребовано в портативной акустике, где часто применяются малогабаритные динамики, которые плохо воспроизводят басы.

Различные звуковые спецэффекты, вроде эха, реверберации, изменения голоса нужны в оборудовании для караоке.

Всё это сможет обеспечить цифровой сигнальный процессор (DSP), параметры которого можно настроить с помощью специальной программы, а изменения настроек сохранить в памяти процессора.

В следующем видео таец демонстрирует работу платы DSP99-V2 для караоке со 100 эффектами, которая собрана на базе аудиопроцессора BP1048B2. К сожалению, понять, о чём он говорит не представляется возможным, но звучит очень весело.

Звуковые эффекты.

Цифровой сигнальный процессор микросхемы BP1048B2 поддерживает множество звуковых эффектов, которые могут быть включены и настроены с помощью программы ACPWorkbench.

Количество и перечень звуковых эффектов зависит от программного обеспечения, загруженного в память процессора.

Список звуковых эффектов:

• Auto Tune (Авто настройка) – это звуковой эффект, при котором тон голоса человека подстраивается под ближайшую ноту;

• DC Blocker – блокировка постоянного тока в сигналах (фильтр по постоянному току);

• DRC (Dynamic Range Compressor) – компрессор динамического диапазона. Работа компрессора заключается в регулировке усиления сигнала в условиях, когда входная амплитуда неизвестна или изменяется в широком диапазоне;

• Echo – звуковой эффект «Эхо». Эхо-сигнал можно регулировать по времени задержки и затуханию;

• EQ – параметрический эквалайзер. Он же упоминается, как MVEQ. Имеется несколько эквалайзеров, предварительных (Pre EQ) и выходных (Out EQ) в тракте обработки аудиосигнала.

  Также имеются эквалайзеры для эффекта «Эхо» (Mic Echo EQ) и «Реверберация» (Mic Reverb EQ) в тракте обработки звука (голоса).

  Возможно создание до 10 пресетов, например, Pop, Rock, Classic, Jazz и пр.;

• Noise Suppressor – шумоподавление. Настраивается с помощью таких параметров, как время атаки, время срабатывания, порог и др.;

• Frequency Shifter – Преобразователь частоты. Сдвигает все частоты вверх или вниз на заданную величину;

• Howling Suppressor/Howling Control – глушитель воя. Подавляет акустическое эхо, завывание и вой, вызванный обратной связью, когда звук с динамика улавливается находящимся поблизости микрофоном и многократно усиливается;

• Noise Gate – Шумоподавитель. Подавляет входной сигнал, который находится ниже порогового уровня и рассматривается как шум;

• Pitch Shifter – Регулятор высоты тона повышает или понижает исходную высоту звуковых сигналов;

• Reverb (Reverb Plate, Reverb Pro) – Звуковой эффект «Реверберация». Продвинутый «Reverb Pro» имеет больше параметров для настройки;

• Silence Detector – Детектор тишины;

• 3D – Звуковой эффект 3D. Упоминается также, как MV3D. Помогает расширить пространственное звучание стерео звука;

• Stereo Widener – Расширитель стереобазы;

• Virtual Bass – Виртуальный бас (он же MVBASS). Улучшает эффект низких частот (басы). Например, при воспроизведении музыки через малогабаритные динамики;

• Harmonic Exciter/Music Exciter (Эксайтер) – возбудитель. Изменяет тональные характеристики звука и добавляет новые гармоники. В устройствах для караоке с помощью эксайтера можно сделать голос более чётким, приятным и ярким;

• Voice Changer/Voice Changer Pro – Эффект изменения голоса. Меняет характеристики голоса таким образом, чтобы он звучал как целевой (например, мужской или женский). Продвинутый «Voice Changer Pro» обладает лучшей производительностью по сравнению с «Voice Changer»;

• Vocal Cut – Обрезка вокала. Данный эффект удаляет вокальную партию из песни, оставляя только фоновую музыку;

• Gain Control – Контроль усиления;

• Phase Control – меняет фазу сигнала на 0 или 180 градусов;

• Music Delay – задержка сигнала (для выбранного канала);

• Screaming detection and suppression – Обнаружение и подавление криков;

• AEC (Acoustic Echo Cancellation) – технология эхоподавления. Удаляет эхо, которое часто возникает в процессе теле- и видеоконференций.

Все звуковые и аудио эффекты, их параметры и настройка описаны в справочной документации "ACPWorkbench_AP82x_DU56x_DU26x_BPxx USER MANUAL".

Разобраться в возможностях ACPWorkbench по настройке различных звуковых эффектов и фильтров помогут следующие видео.

Они на немецком языке, но с закадровым переводом от Яндекса уловить основную суть станет проще.

Пошаговое руководство по работе с программой.

На этом видео показана настройка аудио модуля Nvarcher Bluetooth 5.0 DSP.

Функциональная блок-схема DSP.

Возможности обработки аудио и звука у процессора BP1048B2 весьма обширные. Благодаря наличию DSP становится возможным производить всевозможные операции над звуковым сигналом в реальном времени, а также сохранять изменения конфигурации во встроенную FLASH-память.

Внутреннее устройство тракта обработки звукового и аудиосигнала показано на функциональной блок-схеме DSP.

Функциональная блок-схема DSP микросхемы BP1048B2.

На блок-схеме изображено множество узлов и блоков, каждый из которых отвечает за определённый звуковой эффект или операцию над сигналом.

Аудио АЦП и ЦАП.

За преобразование звуковых и аудио сигналов в цифровую форму отвечают аналого-цифровые преобразователи (АЦП, они же ADC). Обратным преобразованием из цифры в аналоговый сигнал занимаются цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП, они же DAC). Именно АЦП и ЦАП связывают процессор с реальным миром.

Всего процессор имеет:

• Четыре 16-ти битных аудио АЦП;

• Три 24-ёх битных ЦАП.

Двое из четырёх АЦП преобразуют сигнал с линейного входа LineIn-R/L. Основные характеристики производительности данных АЦП приведены в следующей таблице.

Следующие два АЦП преобразуют сигналы с аналоговых микрофонных входов MicIn-1 и MicIn-2. Их характеристики приведены в таблице.

Предварительные усилители и переключатель сигналов.

Сигнал, поступающий с линейного или микрофонного входа сначала проходит через усилитель с программируемым коэффициентом усиления (PGA). Данные усилители обозначены на блок-схеме, как Line PGA, MIC1 PGA и MIC2 PGA.

Как видим, далее блок-схема состоит из двух больших частей.

Одна служит для обработки аудиосигналов, приходящих с таких внешних источников, как Bluetooth (BT-IN), USB-флэшка или SD-карта (USB/SD-IN), цифровой звуковой шины I²S (IIS) или линейного входа LineIn-R/L.

Вторая часть отвечает за обработку голоса, так как сигнал приходит с микрофонных входов MicIn-1 и MicIn-2.

Сигналы, приходящие с Bluetooth (BT-IN), USB-флэшки или SD-карты (USB/SD-IN), цифровой звуковой шины I²S или линейного входа LineIn-R/L коммутируются электронным переключателем, обозначенным на блок-схеме, как Switch (переключатель). Далее сигнал поступает на тракт обработки аудиосигнала.

На функциональной блок-схеме имеются такие блоки, как «Music Noise Suppressor», «MV3D», «Music PreEQ», «Music DRC», «Mic Howling Control», «Mic Reverb EQ» и др.

Каждый из этих блоков выполняет определённую операцию над сигналом, применяя конкретный звуковой эффект. Их список был рассмотрен ранее.

По названию конкретного блока нетрудно догадаться о его назначении.

Так, блок «Music DRC» осуществляет компрессию аудиосигнала, приходящего с внешних источников, вроде Bluetooth (BT-IN) или линейного входа.

Блок «Mic Howling Control» подавляет акустическое эхо в сигнале, поступающего с микрофонных входов.

«Mic Bypass EQ» – это цепь обхода эквалайзера, через который сигнал проходит без изменений.

На блок-схеме также имеются такие блоки, как «Music Out Gain», «Echo Gain», «Rev Gain», «Bypass Gain», «Mic Out Gain». Все они – регулируемые промежуточные усилители сигнала.

Выходной ЦАП.

После прохождения через тракт обработки звука или аудио, полученный сигнал поступает на смеситель (Mix) и далее на выходные ЦАП'ы.

Характеристики производительности аудио ЦАП при работе на частоте дискретизации 44,1 кГц показаны в таблице.

После цифро-аналоговых преобразователей стереосигнал поступает на выходной усилитель, аудиовыходы которого поддерживают прямое подключение рядовых наушников с сопротивлением звуковой катушки 16 или 32 Ом и обеспечивают максимальную выходную мощность до 40 мВт.

Справочная документация.

• Инструкция пользователя: "ACPWorkbench_AP82x_DU56x_DU26x_BPxx USER MANUAL Version 2.21.6" (.pdf).

Главная → Мастерская → Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Устройство усилителя «DL Audio Gryphon Lite 1.1500». Преобразователь напряжения.

• Датчики робота-пылесоса.

• Ремонт Bluetooth-колонки JBL Charge 3 (реплики).