數(shù)字高清音頻(HD音頻)解決方案市場(chǎng)發(fā)展迅速，競(jìng)爭(zhēng)激烈，具體應(yīng)用包括數(shù)字電視(DTV)、機(jī)頂盒(STB)、藍(lán)光播放器和家庭娛樂(lè)系統(tǒng)等等。HD音頻設(shè)備正在快速變得越來(lái)越受歡迎，并且市場(chǎng)對(duì)更低成本和更高性能的設(shè)備有著強(qiáng)勁的需求。而針對(duì)具有互聯(lián)網(wǎng)功能的DTV和STB設(shè)備，以及流媒體TV服務(wù)，比如Google TV，必須支持大范圍的音頻編解碼器；同時(shí)，現(xiàn)有音頻編解碼器也在不斷演進(jìn)，新的編解碼器不斷涌現(xiàn)。除了MP3、AAC、WMA、RealAudio等主流編解碼器之外，一些設(shè)備還需要支持計(jì)算密集型的有損和無(wú)損HD音頻編解碼器，比如杜比(Dolby)和DTS。某些HD音頻標(biāo)準(zhǔn)可支持高達(dá)24.5Mbps的比特率，而前代編解碼器只有不到1Mbps。這些市場(chǎng)要求意味著需要尺寸更小、功耗更低、同時(shí)又不影響音頻性能和質(zhì)量的高效音頻平臺(tái)。

家庭音頻市場(chǎng)帶來(lái)的新需求

就標(biāo)準(zhǔn)音頻規(guī)范和HD音頻規(guī)范而言，在處理的復(fù)雜性、音頻通道數(shù)目、比特率和精度要求等方面，兩者存在著顯著的差異。HD音頻系統(tǒng)提出的新要求影響到集成電路(IC)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，也帶來(lái)了一些巨大挑戰(zhàn)，即如何讓這類全新的家庭娛樂(lè)設(shè)備提供消費(fèi)者所期望的音頻質(zhì)量。例如，具有互聯(lián)網(wǎng)功能的DTV和STB設(shè)備以及流媒體TV服務(wù)，需要支持多個(gè)音頻編解碼器，故需兼容更大范圍的HD標(biāo)準(zhǔn)，并采用計(jì)算高度密集型的有損和無(wú)損HD音頻編解碼器。

而且，除了HD音頻編解碼器之外，DTV制造商還通過(guò)采用專門(mén)的音頻后處理算法來(lái)實(shí)現(xiàn)自己產(chǎn)品的差異性。音頻后處理主要是彌補(bǔ)數(shù)字電視揚(yáng)聲器體積小巧纖薄、功率較低，且放置位置欠佳等局限，滿足用戶對(duì)更高音頻體驗(yàn)的期望。這意味著DTV音頻處理器必須功能足夠強(qiáng)大，不但可以處理HD音頻編解碼器，更可以完成多個(gè)后處理工作，比如虛擬環(huán)繞聲(從立體聲到5.1環(huán)繞效果)、自動(dòng)音量調(diào)節(jié)、虛擬低音和動(dòng)態(tài)范圍壓縮。

有些應(yīng)用需要面對(duì)更復(fù)雜的情況，比如新式的STB需要同時(shí)解碼3個(gè)或更多個(gè)音頻流，具體來(lái)說(shuō)，用戶常常會(huì)在DTV上觀看一個(gè)流媒體碼流的時(shí)侯，在DVR中記錄第二個(gè)碼流 (可能涉及到編碼，以節(jié)省磁盤(pán)空間)，同時(shí)把第三個(gè)流媒體碼流轉(zhuǎn)碼 (將一種格式解碼，并以另一種格式編碼)到移動(dòng)設(shè)備中，以便可以外出攜帶 (這可能涉及到采用適合移動(dòng)設(shè)備的不同格式進(jìn)行解碼＋編碼)。這種同時(shí)音頻解碼和編碼的工作使得音頻處理器的負(fù)荷過(guò)重，所以要求它具有非常高的性能。另外一種情況有所不同，但同樣具有很大挑戰(zhàn)性，即支持多設(shè)備同時(shí)轉(zhuǎn)碼。

隨著新型家庭媒體網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn)，需要把音頻分配給家中多個(gè)設(shè)備，比如DTV、PC、互聯(lián)網(wǎng)平板電腦、智能手機(jī)等等。這些家庭媒體網(wǎng)關(guān)顯然必需支持多個(gè)音頻流媒體到不同設(shè)備的轉(zhuǎn)碼，并利用DLNA等方案對(duì)它們進(jìn)行分配。

家庭音頻處理IC面臨的新挑戰(zhàn)

從這些家庭音頻使用案例中，可以看出，在設(shè)計(jì)一個(gè)用于家庭娛樂(lè)的多媒體IC時(shí)，該IC的音頻處理器或子系統(tǒng)要面對(duì)的挑戰(zhàn)不會(huì)比視頻或圖形領(lǐng)域的更簡(jiǎn)單，這些挑戰(zhàn)包括：

第一，必須具備處理有損和無(wú)損HD音頻編解碼器的能力，滿足Dolby Digital Plus和DTS-HD High Resolution等有損編解碼器標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，以及Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio無(wú)損編解碼器標(biāo)準(zhǔn)的比特精準(zhǔn)要求。此外，這些音頻標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求使其必需使用很寬的動(dòng)態(tài)范圍，一般遠(yuǎn)大于音頻流原本固有的24位音頻采樣數(shù)據(jù)寬度。這些編解碼器屬于計(jì)算密集型，給計(jì)算能力和寬動(dòng)態(tài)范圍帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

第二，極高比特率編解碼器(如DTS-HD Master Audio等HD音頻標(biāo)準(zhǔn))的比特率高達(dá)24.5Mbps，致使數(shù)據(jù)量龐大，從而需要大容量且成本高昂的片上數(shù)據(jù)RAM。

第三，多任務(wù)用戶案例，比如在DTV或 STB中，必需處理多個(gè)流媒體(每一個(gè)都包含多個(gè)音頻通道)，并實(shí)現(xiàn)音頻后處理效果，這就需要任務(wù)間的切換，帶來(lái)代碼和數(shù)據(jù)交換的負(fù)荷。交換間隔對(duì)音頻子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有顯著的影響，例如，每幀交換與每10幀交換，會(huì)影響到所需的處理器速度(MHz)、所需的L1代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器大小，以及外部存儲(chǔ)器帶寬。

第四，系統(tǒng)限制。由于IC的音頻和視頻子系統(tǒng)訪問(wèn)外部DDR的時(shí)間及帶寬大有不同(一般而言，視頻的優(yōu)先級(jí)更高)，音頻子系統(tǒng)必須足夠穩(wěn)健，以處理很大的DDR延時(shí)，通常在100-500個(gè)處理器周期范圍。

第五，優(yōu)秀的軟件開(kāi)發(fā)能力。一個(gè)新的音頻處理器，需要通過(guò)Dolby 與 DTS HD音頻編解碼器的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，這個(gè)挑戰(zhàn)非常耗費(fèi)資源，且需要很多人年工作量。

最后是慣常的成本壓力，以及IC價(jià)格的不斷下跌，因此必需盡量減少片上處理器內(nèi)核的數(shù)目，使用小容量的L1存儲(chǔ)器和速度更慢(因此更便宜)的外部DDR存儲(chǔ)器。成本問(wèn)題也在推動(dòng)這些非便攜式設(shè)備降低功耗，不僅僅是因?yàn)榄h(huán)保原因，同時(shí)也為了減小散熱，以便能夠使用更廉價(jià)的IC封裝。