Playerele de muzică în format MP3 au dominat piaţa dispozitivelor audio portabile, iar majoritatea acestora pot reproduce şi alte formate de semnale audio de înaltă calitate, cum ar fi WAV, WMA, LC-AAC, dar şi formatul din ce în ce mai popular şi care nu necesită plata niciunei licenţe, Ogg Vorbis. Compania finlandeză VSLI Solution a fost una dintre primele din lume care a pregătit un decodor integrat MP3 şi, până în prezent, este unul dintre cei mai mari producători de circuite de acest tip.
Istoria decodoarelor mono-circuit MP3 disponibile pe piaţă la vânzare a început de la legendarul circuit VS1001, care a fost utilizat, printre altele, în playerul descris în paginile Electronicii Practice, yampp3. Acest circuit a fost pus pe piaţă în anul 2001 şi a iniţiat o întreagă serie de decodoare integrate de diferite formate audio, pentru care este celebră, până astăzi, firma VLSI Solution. Acest articol va cuprinde o trecere în revistă a decodoarelor integrate MP3 şi a altor formate audio, produse în prezent de VLSI Solution şi, lucru important, disponibile la distribuitorul naţional!
VS1003
Circuitul VS1003 (schema bloc este prezentată în figura 1) este un decodor al formatelor MP3 (flux de date cu o viteză de până la 320 kb/s), WMA, WAV şi poate fi folosit şi ca sintetizator polifonic audio conform cu SP-MIDI (format 0). Circuitul în versiunea VS1003b a fost prevăzut cu un tabel, implementat în memoria ROM, cu mostre de sunete (sample-uri) de la 36 de instrumente diferite, inclusiv de percuţie. În pista audio au fost implementate proceduri de reglare a başilor şi tonurilor înalte, regulatoare de nivel sonor şi convertor de 18 biţi C/A cu ieşiri pe tensiune adaptate conectării directe de căşti de impedanţă joasă.
O caracteristică interesantă a VS1003 este posibilitatea conectării acestuia într-un mod de lucru conform cu VS1001, care nu mai este fabricat, dar tradiţia rămâne puternică! Circuitul VS1003 este, de asemenea, prevăzut cu pistă de intrare audio care permite înregistrarea semnalelor cu ajutorul microfonului ataşat sau al intrării audio monofonice. Este posibilă înregistrarea de semnale audio cu bandă de până la 8kHz cu frecvenţa de eşantionare de 32,44 kb/s, cu conversie ADPCM (înregistrare în popularul format WAV).
Avantajul decodorului VS1003 îl constituie posibilitatea modificării, de către utilizator, a modului de funcţionare a pistei audio a acestuia, fapt care permite obţinerea de efecte sonore nestandard, modificarea culorii sunetului, obţinerea de reverberaţii etc. Modificarea poate fi realizată în două moduri:
• prin schimbarea reglajelor regiştrilor circuitului,
• prin pregătirea unui program pentru procesorul DSP integrat în circuit şi înregistrarea acestuia în memoria externă cu interfaţă SPI, de pe care circuitul bootează după pornirea alimentării.
Pregătirea aplicaţiei pentru cea de-a doua dintre modalităţile menţionate necesită folosirea kitului de proiectare oferit de firma VSLI Solution. Punerea în funcţiune şi testarea programului pregătit în mod independent pentru VS1003 sunt facilitate de interfaţa de diagnosticare, integrată în circuit, UART, cu ajutorul căreia utilizatorul poate influenţa funcţionarea DSP-ului intern şi poate monitoriza stările memoriei, regiştrilor, flag-urilor şi variabilelor alese. În scopuri de diagnosticare sau pentru aplicaţie se pot folosi şi cele patru linii universale GPIO, de care dispune VS1003.
Circuitul prezentat este produs în carcase BGA49 şi LQFP48.
VS1011
Decodorul VS1011 este o versiune simplificată, în special din punct de vedere al programării circuitului VS1003. Şi-a păstrat posibilitatea de funcţionare în modul VS1001 şi de reglare a parametrilor de bază ai sunetului, dar este adaptat decodării exclusiv a formatelor MP3 (flux de până la 320 kb/s) şi WAV şi nu are intrări: audio şi de microfon, nici interfaţă de diagnosticare UART. Circuitul VS1011 este fabricat în trei tipuri de carcase: LQFP48, BGA49 şi SO28.
VS1033
În ceea ce priveşte partea de hardware, circuitul VS1033 este identic cu VS1011 descris mai sus, dar programul său standard are mai multe posibilităţi. În afară de formatele MP3, WMA, WAV şi SP-MIDI (format 0) poate şi să decomprime semnalele audio înregistrate în formatul AAC (flux de date cu o viteză de până la 576 kb/s). În memoria ROM a circuitului VS1033 sunt înregistrate 128 mostre de sunete de la diferite instrumente şi alte sunete, cum ar fi: ciripit de păsări, respiraţie umană, aplauze, chiar şi împuşcături de la o armă automată. Un avantaj practic care nu poate fi trecut cu vederea al circuitului VS1033 este asistarea de către acesta a “derulării” rapide a bucăţilor reproduse înainte şi înapoi şi reproducerea cu viteză mărită, ceea ce minimizează volumul de muncă necesar (destul de mare!) în cazul utilizării unor decodoare care nu sunt prevăzute cu proceduri de acest tip.
În programul circuitului VS1033, producătorul a implementat încă o funcţie foarte utilă în echipamentele portabile, anume EarSpeaker Spatial Processing. Datorită acesteia, utilizatorii care folosesc căşti vor avea o percepţie mai bună a spaţiului şi a dispunerii instrumentelor în acesta (figura 2), ceea ce este, practic, imposibil de obţinut în pista audio tradiţională.
VS1053
Circuitul VS1053 este o propunere atractivă pentru fabricanţii care nu doresc să folosească decodoare ale formatelor comerciale, pentru că, în afară de toate formatele standard de compresie (MP3, WMA, WAV şi AAC), operează şi două formate open-source din familia Ogg: Vorbis, format cu pierdere şi formatul integral FLAC (Free Lossless Audio Codec).
Celelalte caracteristici şi posibilităţi ale sale sunt aproape identice cu cele oferit de circuitul VS1033, în plus fiind prevăzut cu un sistem avansat de reglare a nivelului sonor (cu detectare a “zero”-ului semnalului audio) şi ieşire I2S care permite conectarea unui convertor extern C/A. De asemenea, include un convertor stereofonic A/C care permite înregistrarea semnalelor audio.
În ciuda unor posibilităţi funcţionale atât de mari, schema de aplicaţie de bază a circuitului VS1053 nu este extinsă, ceea ce se poate vedea în figura 3. Producătorul oferă circuitul VS1053 în două versiuni de carcase: BGA49 şi LQFP48.
VS1000
Player complet cu NAND Flash
Circuitul VS1000 este din start diferit de cele descrise până acum: este un player audio complet integrat într-un singur circuit. El operează direct memoria NAND Flash şi are o tastatură de 6 butoane cu ajutorul căreia se poate controla funcţionarea playerului. De asemenea, este prevăzut cu interfaţă USB (firmware-ul operează în modul mass storage), cu ajutorul căreia pot fi înregistrate în memorie fişiere cu muzică. În versiunea de firmware disponibilă în prezent, sunt operate formatul Vorbis şi funcţia EarSpeaker Spatial Processing.
Tabelul 1: Lista caracteristicilor şi posibilităţilor de bază ale circuitelor VS1000
VS1103 Mixer digital
Circuitul VS1103 este puţin diferit, din punct de vedere funcţional, de cele descrise mai sus: el permite mixarea internă a semnalelor audio provenite de la trei surse digitale: MIDI, ADPCM (WAV) şi a semnalului convertit în format digital de la intrarea analogică. Semnalul sumarizat poate fi transmis spre prelucrare ca în cazul circuitelor descrise mai sus şi este operată, printre altele, funcţia de lărgire a spaţiului de receptare a sunetelor EarSpeaker Spatial Processing. Pentru fabricanţii mai pretenţioşi, producătorul oferă o serie de kituri de evaluare care prezintă caracteristicile cele mai importante ale fiecărui circuit. Plăcile disponibile cuprind întregul evantai de utilizări ale decodoarelor VLSI Solution: de la playerul HiFi, trecând prin reductorul de ecou pentru dispozitivele hands-free, până la Karaoke Kit de mixare şi înregistrare.
Rezumat
Decodoarele integrate şi codecurile produse de firma VLSI Solution au fost, în momentul apariţiei pe piaţă, o soluţie inovatoare, care a permis proiectarea rapidă şi facilă a playerelor de semnale audio codate digital, cu utilizarea unor algoritmi de compresie
avansaţi. În ciuda disponibilităţii tot mai mari a decodoarelor MP3, WMA, AAC şi a altora, circuitele prezentate în articol asigură un confort mai mare al fabricanţilor, pentru că realizează pe deplin procedurile, descrise de standarde, de decompresie şi recuperare a semnalelor, asigurând şi mecanismele de asistare a reproducerii sunetelor.
Uşor de utilizat de către fabricanţi sunt şi bibliotecile de programe demonstrative (plugin-uri), elaborate şi puse la dispoziţie pe pagina de internet de către VLSI Solution, cu ajutorul cărora pot adăuga echipamentului elaborat funcţii suplimentare (de exemplu filtrul loudness, analizatorul de spectru, pitch reglabil sau filtre cu bandă cu frecvenţă reglabilă a tăierii), fără necesitatea elaborării distincte de programe pentru DSP. Producătorul a pus la dispoziţie şi aplicaţii pentru microcontrolerele 8051 (scrise în limbaj C), care, împreună cu circuitele VS1011, VS1002, VS1003 şi VS1053 alcătuiesc playere audio complete.
Datorită suportului tehnic de calitate oferit de către producător şi marii elasticităţi a circuitelor din seria VS1000, acestea constituie o propunere atractivă pentru toţi fabricanţii care doresc să cunoască singuri secretele ascunse ale muzicii comprimate.
VS1033 este anunţat NRND (www.vlsi.fi/en/products/vs1033.html)
Transfer Multisort Elektronik s.r.l.
Str. B.P. Haşdeu nr. 8, Timişoara
Tel.: +40 356467401
Fax: +40 356467400
romania@tme.eu
www.tme.eu