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Prozessoren mit Hardwarebeschleunigern Der Vorteil von DSPs mit Hardwarebeschleunigern am Beispiel eines Audiosystems

| Autor/ Redakteur: Paul Beckmann* / Holger Heller

DSPs mit Hardwarebeschleunigern erleichtern die Implementierung dreier häufig verwendeter Signalverarbeitungsoperationen: FIR (Finite Impulse Response), IIR (Infinite Impulse Response) und FFT (Fast Fourier Transformation). Sie entlasten den Core-Prozessor und verfügen über genügend Potenzial, um den Prozessordurchsatz mehr als zu verdoppeln. Anhand eines Audiosystems soll dieser Vorteil verdeutlicht werden.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Warum Hardwarebeschleuniger? Die FIR- und IIR-Filter sowie die FFT-Operationen, die häufig in der digitalen Signalverarbeitung eingesetzt werden, weisen eine regelmäßige Struktur auf. Diese Struktur ermöglicht die direkte Implementierung in Hardware – speziell in Hardwarebeschleunigern. Dabei handelt es sich um Peripherie mit festen Funktionen, die zur kontinuierlichen Durchführung einer einzigen, rechenintensiven Aufgabe entwickelt wurden. Die Hardwarebeschleuniger entlasten den Hauptprozessor und ermöglichen ihm die Durchführung von General-Purpose-Aufgaben, die in ihrer Struktur nur wenige Regelmäßigkeiten aufweisen.

Hardwarebeschleuniger bieten eine kosteneffiziente Möglichkeit, die Gesamtrechenleistung eines Prozessors zu erhöhen. Entwickler können mit ihnen die Flexibilität eines General-Purpose-Prozessors zusammen mit den Vorteilen spezifischer Hardware bezüglich der Rechenleistung ausnutzen. Hardwarebeschleuniger sind deshalb besonders hilfreich, wenn die Anforderungen ständig komplexerer Systeme in vielen Anwendungsbereichen zu erfüllen sind. Einer dieser Anwendungsbereiche sind Audiosysteme, bei denen die Anzahl der Kanäle ständig steigt.

Bild 1: Funktion von Filteralgorithmen in einer Audio-Video-Ressource- (AVR-)Signalkette (Archiv: Vogel Business Media)

Heimkinosysteme wurden ursprünglich mit 5.1- und später mit 6.1-Kanälen angeboten und verfügen heute über 7.1- Kanäle. Automotive-Verstärker der Spitzenklasse nutzen normalerweise 12 oder mehr Lautsprecher, um Zuhörern ein optimales Klangerlebnis zu ermöglichen. Außerdem steht heute Audio-Quellenmaterial in High-Definition-Formaten (HD) zur Verfügung, deren zugehörige Decoder die Systemressourcen belasten. Ferner liefern HD-Algorithmen Inhalte bei höheren Abtastraten.

Room-Equalization-Algorithmen für Heimkinosysteme

In der Vergangenheit lag die Spitzenabtastrate von Inhalt selten über 48 kHz. Bei HD-Algorithmen beträgt die Abtastrate normalerweise 96 kHz und liegt in einigen Fällen sogar bei 192 kHz. Um besser zu verstehen, wie die Anforderungen an die Rechenleistung steigen, stelle man sich einen Empfänger für ein modernes Heimkinosystem vor, der mit „Room-Equalization“-Algorithmen arbeitet.

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