音效codec芯片解決方案

計算機音效的發展其來已久,在PC剛出現時,音效只能依靠內部的PC喇叭發出單調的聲音,如果想要聽到美妙的音樂與聲音效果,就必須採購單價非常高的獨立聲卡。然而隨着處理器的速度加快、內存增加以及音效芯片的傳輸界面由ISA轉移到PCI,到現階段整合型的主機板音效,不論是企業用計算機或是家用計算機,多媒體已經成爲基本功能。爲了能順利處理多媒體數字數據,音效芯片也在個人計算機系統裏扮演重要的角色,而延伸到在消費性電子領域,音效芯片的表現則更爲亮眼,不論從MP3隨身聽、音響到DVD甚至是藍光播放器,我們都可以看到這一類音效芯片的存在,進入後PC時代之後,這一類多媒體芯片也隨之蛻變進入另一個階段,以各種不同的面貌出現在我們的生活當中。


音效codec芯片現況
消費性電子產品音效數字化衍生的IA概念產品,使得原本在PC平臺使用的音效控制芯片逐步跨出PC平臺。在IA領域方面,在PC領域不具利基的低階音效IC,可以和通訊產品或是影音播放機作進一步的整合,再現生機。例如已經有部分音效芯片廠商將軟件Modem整合到芯片裏了,或是整合到可攜式產品如PDA等,雖然只是小小一顆IC,卻大大地提高產品的附加價值,相信音效芯片未來大有可爲。


音效codec芯片的功能
由於應用在信息產品上的音效芯片必須處理2個部分,其一是主要芯片所負責的數字音效訊號,另外一個重點就是由模擬轉換到數字的過程。以目前來說,大部分的數字訊號階段的處理已經被整合到中央處理芯片或芯片組中,而模擬階段的聲音處理(把數字音效數據轉換爲可輸出的模擬訊號)則大多由音效codec芯片所負責。Codec芯片同時具有D/A(數字訊號轉換成模擬訊號)和A/D(模擬訊號轉換成數字訊號)轉換功能。我們在聽音樂的時候用到的是D/A轉換功能。在接收到數字訊號相同的情況下,D/A的好壞直接決定着聲卡的音質。某些高階音效裝置爲了提高音質,有時會選擇不使用Codec芯片,而是使用了單獨的DAC芯片來做D/A轉換,雖然在音質表現上會有比較好的效果,但是成本方面會高出codec芯片許多。


由於codec芯片肩負着採樣編譯碼工作,所以codec芯片的處理能力和訊噪比對最終的聲音輸出質量有很大的影響。筆者在此列出幾項主要的技術指標以供參考:
1.DAC訊噪比:DAC即「數字模擬轉換器」,它的訊噪比高低將直接關係到最終音效成品的訊噪比,可謂codec的核心參數。目前流行的codec芯片此項數值普遍在95db左右,但最終是否能夠達到標稱的數值還將受到其它很多因素影響。
 

2.Mixer訊噪比:codec也負責對聲音的迭加與混合處理。所以,Mixer(混音器)訊噪比也非常重要,一般此項性能參數與DAC訊噪比相同或相近,差距在-1db左右。


3.DAC通道數目:在多聲道趨於流行的時代,codec芯片是否具有多信道DAC功能就顯得尤爲重要。一般較新的codec產品已經普遍可以支持8通道的 DAC轉換。不過目前也有不少高階5.1甚至7.1聲道音效裝置採用多顆雙信道DAC codec協同工作的方式,主要就是因爲多聲道DAC在設計上較難避免干擾現象,音質表現可能較弱。而ADC主要負責聲音的錄製,所以一般都是2通道的。


4.PCM格式轉換時所支持的最高取樣分辨率和取樣頻率:眼下最新的codec芯片一般可以最高支持192KHz取樣頻率以及24Bit立體聲A/D轉換 和24Bit立體聲D/A轉換。取樣分辨率越高,對聲音數據的處理能力就越強;取樣頻率值越大聲音訊號的分辨率就越高,聲音轉換中的失真就越小。


5.A/D和D/A的頻率響應範圍:頻響範圍也是非常重要的指標,而目前大部分codec芯片都能夠支持20Hz~20KHz的頻響範圍,這已經是人耳所能聽到的最大範圍,再高其實並沒有多大意義。
其實對於codec芯片,使用者可選擇的餘地很小。一般廠商都會視主要處理芯片的能力以及產品的定位來選擇搭配使用的codec芯片。無論是採用公板設計還是自己的設計,一般都不會輕易去改動主芯片和codec的搭配模式,當然也有部分例外。codec芯片技術的進步以及妥善規劃運用,確實可以爲音質帶來相當大的改善作用。


Realtek ALC885
是一款高效能的7.1+2聲道HD音效處理芯片,本身具備有播放受版權保護的預錄音源內容,如DAD-audio、Blu-Ray DVD以及HD-DVD等格式。這款芯片提供了10個聲音通道,除了可以支持標準7.1聲道應用以外,多出來的2個聲道則是可以當作獨立的立體聲輸出(在支持多重串流的前提之下),至於在音效輸出入規格上,則是支持了16/20/24-bit SPDIF輸出入,在訊噪比上也有106dB SNR的表現。


美國國家半導體LM4931
是款屬於整合型的多功能音效處理芯片,支持一般通用的語音與數字音效支持。此芯片包含了1個高質量的18-bit立體聲DAC、語音譯碼以及立體聲耳機擴大機,並且具有1個高功率的單聲道喇叭擴大機,此芯片的擴大線路屬於D類擴大電路,在質量與功耗上取得了相當優秀的平衡。此款芯片是被設計爲專供手機、多媒體播放裝置等掌上型產品使用,也提供了I2S音效序列接口。


ANALOG DEVICES AD1835A
這一款codec芯片提供了8個輸出DAC通道,以及2個輸入ADC通道,支持到最高24-bit 96-KHz聲音分辨率,訊噪比最高可達108dB SNR,而每個DAC都提供了高效能的內插式聲音濾鏡。本芯片提供了高彈性的序列連接端子,可以無縫連接各種DSP與音效處理芯片。在ADC方面,提供了2個24-bit的轉換通道,具備了高級調變與過濾功能,可提供相當優秀的錄音質量。


SigmaTEL STAC9460
這款芯片具備了SigmaTEL的AudioUltra技術,除了可以提供最高達107dB SNR的訊噪比之外也支持了+3dBV的輸出等級。音效分辨率可高達24-bit 96-KHz的表現。STAC9460支持6的聲音通道,可以提供真實的杜比AC3輸出,因此也被普遍應用在家庭劇院、DVD播放機、卡拉OK以及音響等多種產品中。


Cirrus Logic CS42406
爲一款低成本的整合式codec,除了具有立體聲的ADC以外,也具備了6個DAC通道,且都具有24-bit分辨率以及最高達200KHz的取樣頻率,而DAC的整合式混音器也具備了多聲道音效混爲單音的功能,並且允許以1dB爲步進的音量調整能力。在ADC方面具備了高頻濾波能力,由於具備有高動態以及低破音能力,因此相當適用於一些影音家電使用。


wolfson WM8581
這一款codec芯片提供了4個立體聲DAC,以及1個立體聲ADC,此款產品主要是應用來作爲DVD以及家庭劇院的多聲道環境處理,內建的DAC聲音分辨率可達24-bit 192-KHz,並可支持其它聲音採樣頻率。至於獨立的聲音數據接口也是採用I2S,每個聲音接口都可以有獨立的主從模式。由於具有2個PLLs,因此可以產生2組不同的系統頻率,以供外部及內部使用。芯片具有硬件設定模式,透過針腳連接與否來決定功能的使用?


NXP UDA1384
飛利浦半導體在轉售之後,更名爲NXP半導體,並且繼續其半導體業務。圖7這款聲音codec芯片是多聲道的錄音/放音codec,除了具備有4+1組ADC以外,也提供了6個DAC作爲聲音輸出之用。UDA1384支持了I2S接口,並且支持特殊的DSD(Direct Stream Digital)播放模式,並且可以透過L3 BUS或者是I2S接口控制。
 

VIA VT1708
VIA這款音效codec芯片除了支持完整的HD音效規範以外內建的DAC可提供超過100dB的SNR值,4組立體聲DAC與2組立體聲ADC都具備有24-bit及192KHz的解析能力,除此之外也內建了高質量的耳機擴大電路,以及多組輸出入端子的設計,並且支持了電源管理模式,在封裝上也與舊版芯片完全兼容,方便廠商沿用設計。

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