Решения ESP32-S31 для аудиоустройств

Индустрия беспроводного аудио переживает существенное обновление. Требования к потребительскому и коммерческому аудиооборудованию сместились с базового воспроизведения звука на пять основных возможностей.: высокое качество звука, низкая задержка на уровне миллисекунд, точная синхронизация нескольких устройств, двустороннее голосовое взаимодействие в реальном времени, и полная совместимость с устаревшими и новыми экосистемами Bluetooth.

Чипы Single-BLE могут поддерживать только новейшие продукты LE Audio, но не соответствуют массивным стандартным мобильным телефонам., ноутбуки и автомобильные мультимедийные устройства. В чипах Pure Classic Bluetooth отсутствуют расширенные функции, необходимые для наушников TWS., слуховые аппараты, и общественное вещание Auracast. Тем временем, Устаревшие чипы полагаются на программное преобразование частоты дискретизации и ограниченную одноядерную вычислительную мощность.. При запуске акустических алгоритмов, таких как акустическое эхоподавление. (АЭК) и подавление шума (НС), или декодирование аудиопотоков AAC/LC3, они страдают от чрезмерного использования процессора и памяти, приводящее к заиканию, искажение звука, десинхронизированное воспроизведение, и сокращение срока службы батареи. Эти инженерные недостатки расширяют возможности R&D-циклы и значительно повышают затраты на спецификацию оборудования..

Новый двухъядерный беспроводной SoC RISC-V от Espressif ЭСП32-С31 идеально решает вышеуказанные болевые точки отрасли. Он оснащен улучшенными двухрежимными аудиоканалами Bluetooth., встроенный аппаратный преобразователь частоты дискретизации ASRC, и высокопроизводительное ядро ​​векторного ускорения 320 МГц.. Один чип поддерживает как Classic BR/EDR Bluetooth, так и BLE. 5.4 Аудио, возможность разработки полного спектра аудиотерминалов на одной унифицированной аппаратной платформе. Официальные стандартизированные демонстрации звука Bluetooth полностью подтверждают сквозные возможности: Классическое высококачественное воспроизведение музыки через Bluetooth A2DP, HFP громкая связь высокого разрешения, двунаправленное управление мультимедиа через AVRCP; а также одноадресная рассылка LE Audio CIS, Распространение трансляций BIS, и воспроизведение на нескольких устройствах с миллисекундной синхронизацией. Он комплексно решает основные задачи производителей, включая разработку многопродуктовой линейки., межпротокольная совместимость, и недостаточная вычислительная мощность для акустических алгоритмов.

я. Основные технические характеристики звука ESP32-S31

1. Полностью совместимая двухрежимная аудиоархитектура Bluetooth, соединяющая устаревшие технологии & Аудиоэкосистемы нового поколения

Предыдущий ESP32-S3 поддерживает только один BLE., создание барьеров совместимости с традиционными устройствами. В отличие, ESP32-S31 полностью интегрируется Классический Bluetooth BR/EDR + БЛЕ 5.4 двухрежимный Bluetooth, обеспечение беспрепятственного взаимодействия между старыми и новыми аудиоэкосистемами, одновременно значительно повышая производительность параллельных вычислений для локального кодирования и декодирования звука..

(1) Классический Bluetooth BR/EDR: Полный охват устаревших устройств, Идеально подходит для автомобильной промышленности & Коммерческое использование

Он изначально поддерживает полные протоколы, включая потоковое стереоаудио A2DP., двунаправленное управление мультимедиа AVRCP, и HFP 1.7 вызовы высокой четкости. Он может напрямую подключаться к миллиардам существующих смартфонов., блокноты, центральные органы управления, установленные на автомобиле, традиционные Bluetooth-динамики и настольные конференц-терминалы без внешних вспомогательных чипов Bluetooth, упрощение конструкции печатной платы и сокращение затрат на спецификацию.

Оснащен двухъядерным процессором RISC-V с частотой 320 МГц., Каждое ядро ​​объединяет 128-битный тракт данных и набор векторных параллельных команд SIMD для аппаратного ускорения основных аудиодекодеров SBC и AAC.. Загрузка ЦП во время декодирования остается однозначной, оставляя обильные вычислительные ресурсы для запуска параллельных акустических алгоритмов, таких как AEC, NS и улучшение голоса, обеспечивает значительно более четкий звук вызова, чем конкурирующие чипы с эквивалентными характеристиками.

(2) БЛЕ 5.4 Аудио: Базовый оператор связи для стандартов беспроводного аудио нового поколения

Он полностью реализует полный набор стандартов LE Audio., поддержка одноадресной передачи аудиосигнала CIS «точка-точка» и широковещательного аудиораспределения BIS, поставка передовых продуктов, включая стереонаушники TWS, умные слуховые аппараты, системы гидов по выставкам, синхронизированные громкоговорители для нескольких комнат и аудиоприемники общественного телевидения.

Он использует высокоэффективный кодек LC3 нового поколения., который обеспечивает более богатое, более точные детали звука при половине битрейта традиционного SBC. Низкая скорость передачи данных значительно снижает энергопотребление беспроводной сети и продлевает срок службы батареи устройства.. Облегченное кодирование LC3 высвобождает значительные ресурсы ЦП., позволяя чипу одновременно загружать алгоритмы многоканального шумоподавления и массива микрофонов., идеально соответствует строгим требованиям к четкости голоса для слуховых аппаратов и наушников открытого типа.

2. Унифицированный стандартизированный программный компонент esp_bt_audio сокращает R&D резко циклически меняется

Компания Espressif самостоятельно разработала esp_bt_audio унифицированный компонент абстракции звука Bluetooth, устранение основных различий в протоколах между Classic Bluetooth и LE Audio. Разработчикам больше не нужно отлаживать два отдельных набора аудиодрайверов Bluetooth.. Компонент единообразно управляет ролями «главный-подчиненный» Bluetooth., потоки аудиоданных, управление переключением треков, привязка тома, активация/деактивация звонка, подключение и отключение устройства во всех сценариях. Стандартизированные интерфейсы обратного вызова событий напрямую соединяют пользовательский интерфейс верхнего уровня и бизнес-логику., сокращение более 70% рабочей нагрузки по отладке протоколов низкого уровня. Даже производители, не имеющие профессиональных команд по стеку протоколов Bluetooth, могут быстро начать массовое производство аудиопродуктов..

3. Эксклюзивный аппаратный преобразователь частоты дискретизации ASRC значительно превосходит программный SRC

При разработке аудио часто встречаются несовпадающие частоты дискретизации в разных источниках звука.: 44.1кГц с мобильных телефонов, 48кГц местный звук, 16кГц микрофоны, и 24 кГц LC3 LE Аудиопотоки часто переключаются. Традиционные решения зависят от программного преобразования SRC., потребляют огромные ресурсы процессора и памяти и легко вызывают заикание звука, провалы и дрейф синхронизации.

ESP32-S31 включает в себя специальный аппаратный блок преобразования частоты дискретизации ASRC в сочетании с аппаратными каналами передачи данных DMA., полная разгрузка процессора от задач преобразования аудиосэмплов. Официальные данные испытаний в сотнях рабочих условий демонстрируют революционные преимущества в производительности.:

В 100 группы смешанной частоты дискретизации и одновременных тестов с несколькими аудиопотоками, пиковая загрузка ЦП ESP32-S31 остается ниже 2% с пиковым использованием памяти менее 1 КБ. Освободившиеся ресурсы ЦП и памяти можно выделить для задач с высокой нагрузкой, включая рендеринг экрана., Голосовое пробуждение с искусственным интеллектом, многоканальное шумоподавление и калибровка времени для синхронизации нескольких устройств, обеспечивает более стабильную работу и более низкое общее энергопотребление без дополнительных внешних микроконтроллеров..

4. Двойные независимые аппаратные каналы I2S обеспечивают точную синхронизацию звука на аппаратном уровне

Чип объединяет два автономных аудиоконтроллера I2S, поддерживающих аппаратную синхронизацию аудиосигналов Bluetooth без программной компенсации времени.. Он фундаментально решает проблемы всей отрасли, такие как несинхронизированное воспроизведение на нескольких устройствах., задержка аудио-видео и смещение левого и правого канала TWS, обеспечивает точность синхронизации на уровне миллисекунд с нулевым совокупным дрейфом синхронизации после длительного непрерывного воспроизведения, значительное улучшение качества звука многокомнатных динамиков, Наушники TWS и автомобильные мультимедийные системы.

II. Два основных сценария применения

Сценарий 1: Классический центр управления мультимедиа с поддержкой Bluetooth и экраном

(Информационно-развлекательная система в автомобиле / настольный конференц-терминал / Bluetooth-динамик с большим экраном)

На основе ESP32-S31, построен интегрированный мультимедийный интерактивный терминал, объединение двухрежимного звука Bluetooth, HD-вызовы, и возможности графического рендеринга пользовательского интерфейса экрана. С одним чипом, он обеспечивает сквозное взаимодействие, включая воспроизведение, управление музыкой, входящие звонки, и мультимедийная визуализация информации. Это оптимальное одночиповое решение для автомобильных информационно-развлекательных систем., коммерческие настольные устройства для конференц-связи, и домашние Bluetooth-колонки с экранами.

Прием и воспроизведение стерео без потерь A2DP
В качестве аудиоресивера A2DP, чип по беспроводной сети получает музыкальные потоки со смартфонов или компьютеров, и выводит звук на динамики через внешний аудиокодек I2S. Использование SIMD-декодирования AAC с аппаратным ускорением, он обеспечивает воспроизведение музыки в широком динамическом диапазоне без искажений и задержек., обеспечение длительного непрерывного воспроизведения при низкой загрузке процессора.

Дисплей визуализации мультимедийной информации
Поддерживает синхронизированный прием полных метаданных мультимедиа с мобильных устройств., включая название песни, художник, обложка альбома, и прокручивая тексты песен. В сочетании со встроенным 2D-графическим ускорителем чипа., он обеспечивает плавный рендеринг мультимедийных интерфейсов пользовательского интерфейса., обеспечение визуального восприятия, близкого к интеллектуальным терминалам потребительского уровня, и устранение ограничений традиционных устройств Bluetooth, которые поддерживают только воспроизведение звука без визуальной информации..

Двунаправленное управление мультимедиа AVRCP
Устраняет одностороннее ограничение традиционного воспроизведения через Bluetooth, обеспечивая двустороннюю синхронизацию между телефоном и устройством.. Сенсорное управление на экране устройства может напрямую запускать предыдущий трек. / плей-пауза / следующий трек, команды мгновенно отправляются обратно в мобильное музыкальное приложение. Статус воспроизведения, прогресс, и громкость синхронизируются в реальном времени в обоих направлениях. Когда телефон регулирует громкость мультимедиа, чип автоматически синхронизирует локальное выходное усиление, обеспечение бесперебойного интерактивного опыта.

Громкая связь HFP HD + местный набор номера
При получении или инициировании вызова на телефоне, аудиоканал автоматически переключается. Голос нисходящей линии связи воспроизводится через динамики, в то время как мульти-MEMS-микрофоны улавливают голос по восходящей линии связи. С оставшейся вычислительной мощностью, чип обеспечивает аппаратное ускорение эхоподавления AEC и подавление шума в режиме реального времени., устранение эха динамика и фильтрация окружающего ветра и дорожного шума в режиме громкой связи.

Он также поддерживает пользовательский интерфейс цифровой панели набора номера на стороне устройства., позволяя пользователям совершать звонки прямо с экрана управления, не используя телефон. Чип самостоятельно управляет каналом вызова Bluetooth., что делает его пригодным для автомобильных систем вызова Bluetooth и терминалов внутренней связи для конференц-связи на стойке регистрации..

Сценарий 2: Синхронизированное распределение звука LE Audio на несколько устройств

(TWS-наушники / слуховые аппараты / системы коммерческого вещания)

Основная ценность LE Audio заключается в низком энергопотреблении., высокое качество звука, и масштабируемое распределение звука между несколькими устройствами. ESP32-S31, с БЛЕ 5.4 полный стек протоколов, аппаратная синхронизация времени, и ускорение кодека LC3, охватывает как потребительские носимые, так и рынки коммерческого вещания.

Одноадресная передача звука в СНГ: базовое решение для наушников TWS и умных слуховых аппаратов
На основе двухточечных аудиоканалов CIS для стереопередачи с малой задержкой., каждый наушник в паре TWS оснащен чипом ESP32-S31.. Использование стандартных механизмов синхронизации LE Audio и двойной аппаратной синхронизации I2S., левый и правый аудиоканалы идеально выровнены, устранение задержки между ушами и обеспечение точности синхронизации губ.

Для умных слуховых аппаратов, низкобитрейтный и высокоэффективный кодек LC3 значительно снижает энергопотребление. Запасная вычислительная мощность чипа обеспечивает алгоритмы шумоподавления многоканального звука и прозрачности окружающего звука., баланс между четкостью слухового аппарата и временем автономной работы в течение всего дня.

Звук трансляции BIS Auracast: коммерческое совместное аудио «один ко многим»
Поддержка трансляции LE Audio BIS, позволяя одному источнику звука транслировать синхронизированные аудиопотоки на десятки терминалов ESP32-S31.. Принимающие устройства не требуют сложного сопряжения Bluetooth и могут присоединиться к трансляции одним действием.. Подходит для экскурсий по выставкам., синхронный перевод на мероприятиях, бесшумное прослушивание звука для публичных выставок в торговых центрах, синхронизированные аудиосистемы для всего дома с несколькими комнатами, и кампусное вещание, что значительно снижает затраты на развертывание коммерческих аудиосистем..

Полное управление синхронизацией нескольких устройств и калибровка воспроизведения
Соединение в реальном времени между несколькими терминалами: переключение треков с помощью телефона и регулировка громкости одновременно передаются на все приемники вещания. Все устройства синхронно обновляют информацию о треках и индикаторы громкости на своих экранах.. Тесты синхронизации формы импульсного сигнала проверяют, что формы выходного аудиосигнала на нескольких устройствах идеально совпадают при запуске., без дрейфа при длительном воспроизведении, решение общей проблемы непостоянного тайминга и фрагментированного звука в традиционных системах с несколькими динамиками.

III. Комплексные преимущества развертывания

Охват всех категорий одного чипа, снижение сложности аппаратного SKU
Один ESP32-S31 поддерживает традиционные динамики Bluetooth., автомобильные информационно-развлекательные системы, TWS-наушники, слуховые аппараты, и терминалы коммерческого вещания одновременно. Нет необходимости выбирать разные чипы для Bluetooth-продуктов устаревшего и нового поколения.. Разработка унифицированной печатной платы и встроенного ПО сокращает запасы в цепочке поставок, Р&Д, и стоимость тестирования.

Разгрузка вычислений на аппаратном уровне, снижение энергопотребления системы и стоимости спецификации
Аппаратное обеспечение ASRC, Ускорение декодирования SIMD, и двойная синхронизация I2S значительно сокращают использование процессора и памяти.. Дополнительный MCU не требуется., снижение периферийных компонентов и общего энергопотребления системы. Срок службы аккумулятора носимых и портативных устройств увеличивается более чем 30%.

Стандартизированная экосистема программного обеспечения, более быстрое массовое производство и более короткое время выхода на рынок
Унифицированный аудиокомпонент esp_bt_audio, полные официальные демоверсии, и зрелая среда разработки ESP-IDF инкапсулирует уровни протокола Bluetooth и аудиоконвейера.. Производители могут сосредоточиться на логике продукта и дизайне пользовательского интерфейса., значительное сокращение циклов разработки и ускорение выхода на рынок продукции LE Audio.

Обратная и прямая совместимость в экосистемах Bluetooth
Полностью совместим как с устаревшими устройствами Bluetooth, так и со стандартами LE Audio следующего поколения.. Продукты могут обслуживать как обычные старые телефоны, так и автомобильные системы, а также поддерживать расширенные функции TWS и вещания., расширение охвата пользователей и каналов продаж.

Стабильный, производительность коммерческого уровня для бытового и промышленного использования
Проверено на сотнях сценариев эксплуатации с низкой нагрузкой, низкое использование памяти, и высокоточная синхронизация нескольких устройств. Непрерывное воспроизведение остается стабильным, без пропаданий звука или дрейфа синхронизации.. Высокая температурная адаптация делает его пригодным не только для массовой бытовой электроники, но и для длительного коммерческого использования, например, на выставках., кампусы, и автомобильные системы.

Закрытие

Поскольку LE Audio постепенно становится унифицированным стандартом для индустрии беспроводного аудио, чиповые платформы, поддерживающие обратную/прямую совместимость, низкие вычислительные затраты, а синхронизация нескольких устройств станет основным конкурентным преимуществом для производителей.. Благодаря сочетанию двухрежимного Bluetooth, аппаратное ускорение звука, и единая среда разработки программного обеспечения, ESP32-S31 предоставляет производителям аудиоустройств недорогую, высокопроизводительный, полнофункциональное решение SoC, помогая брендам быстро внедрять системы высокой точности следующего поколения, с низкой задержкой, и высокоинтерактивные интеллектуальные аудиопродукты.