最近在加利弗尼亚举行的模拟和混合信号会议上重点讨论了混合信号技术的三个主要应用,即通信、多媒体和电源管理。实话说多媒体发展的路径是相当倾斜的。数字化音频和MP3几乎支配了整个多媒体世界。更高的保真度是它们发展的趋势,随着更高分辨率的数字转换器被应用到消费类电子产品以及数字音频光盘提供越来越高的取样速率,这个趋势变得更加明显。因此数字放大器的发展以及串行总线如IEEE1394和USB的应用便理所当然地被提上了议事日程。
在这里我所能做的是介绍我所知道的一切,希望向采用多媒体芯片建立板级系统的亚洲工程师们提供一些可用的市场机遇。在数字化音频领域几乎所有产品都有Crystal Semiconductor (Cirrus Logic公司的Crystal Products Division)的名字。Analog Devices公司在数字音频领域方面也有所成就,但似乎与Intel的Platform Architecture实验室有关。National Semiconductor公司是支持Intel AC-9编解码规范的原始设备制造厂商之一(另外还有Crystal,Analog Devices和Yamaha Semiconductor公司)。采用ESS技术的编解码器开始是出现在多数亚洲制造的音频插卡中。它们最主要的优点是价格低,然而市场随后即向高质量要求发展。这样,Crystal Semiconductor在基于PC的数字音频市场上就占有绝对优势,这也是根据Mercury Research汇编的最新数据统计出来的结果。
位于新加坡的TriTech微电子公司在1999年1月份举行的消费类电子产品展示会(CES)上演示了一些有趣的音频DAC产品(例如具有多通道音频解码功能的产品)。但是随后就遇上了Crystal具有知识产权的机器并被安装在美国。这个事件表明Crystal在sigma-delta(准确地说是delta-sigma)转换技术方面拥有某些关键的专利技术,并且成功地控告了它的竞争者(有些大型公司如Analog Devices)侵犯专利。日本Asahi的美国分支机构AKM Semiconductor公司是一个很少有人知道的获得Crystal转换技术证书的厂商。因此在没有考虑Crystal将会如何做的情况下你最好不要向市场推出sigma-delta音频转换器。
Crystal公司高级产品技术顾问Steven Harris博士在指出了DVD论坛推荐的DVD音频光盘和Sony及Philips鼓吹的超级音频压缩光盘(SACD)之间的技术差异后感到非常轻松。两者都承诺在高保真记录和播放时采用光存贮技术来增大可用的频率范围(最大到96kHz)、取样速率(最大到2.88MHz)和动态范围(120dB-144dB)。
DVD格式将在DVD光盘上采用多层存贮功能以提供6个24位音频通道。问题是回放需要特殊的设备,而这种设备在今后几年中将是非常昂贵的。
而超级音频压缩光盘对光存贮容量的要求是适中的,它采用无失真压缩算法(被称为“直接数据流传送”)来增加容量和媒体带宽。高保真音响爱好者也许会埋怨这种压缩方法,因为他们担心会损伤原来用来记录的材料。但是Sony-Philips认为,SACD光盘是可以在传统的音频CD播放器上播放的(这也是它在消费品市场上可能成为赢家的原因)。采用专门的直接数据流数字(DSD)解码器和放大器高保真音乐爱好者就可以享受到SACD光盘所带来的宽频率响应和动态范围。
关于这场紧迫的标准之争让Steven Harris感到高兴的是他的公司所制造的DAC产品可以同时支持两个标准。24bit的CS4396和CS4397音频DAC支持192KHz的取样速率。Analog Devices公司的AD1853音频DAC的取样速率与之相同。这些产品展示了把专业音响质量带到家庭音响系统的发展趋势。你可以想象,这些产品所具有的120dB动态范围特性正在表现出令人惊讶的高级别音频质量。
新一代产品
今年9月Cirrus Logic宣布了一项与Microsoft公司签署的有关Windows多媒体音频格式的技术协议。Windows多媒体音频有望对在Internet上销售的版权资料提供更好的安全保护,并为CD音质的音频信号提供更好的压缩。采用Windows多媒体音频压缩的资料所占的存贮空间是MP3格式压缩资料的一半。
该公司的Maverick处理器(EP7212)可以实现单片Windows多媒体播放器。它集成了ARM芯片和Crystal的音频DAC,并将走入多种手持消费类产品,比如便携式管理器,电子记事薄和游戏平台。Maverick同时也支持MP3格式。
DSP在高保真音响爱好者认同的音乐回放和家庭影院系统潮流中扮演着重要角色。Sigma-delta DAC本身就是具有专门功能的DSP,它可以对CD中取来的数字音频比特流进行“噪声整形”。它能有效地对音频比特流进行重新整形,使之看上去象是在2.5MHz而不是44.1KHz处被取样了256次。用这种重建方法,可预期的量化噪声就只出现在音频频率范围以外(也即相对容易滤波的频带)。另外一个优点是提高了时间的精度(扩展时间分辨率),平滑了幅度方面的差异。这样在一个取样片段和后一个取样片段之间的差异不再巨大,并成为一个方向(上或下),它可以被转换成类似于一个带开关电容充电泵的模拟电压的东西。Philips把它称作为1-bit转换器,并相信该技术可以应用于SACD的解码。
但是我认为DSP在杜比(Dolby)AC-3(杜比数字)解码器中显得更重要。在家庭影院系统中该解码器回放5.1个声道(左前,右前,左后,右后,中心前置和无方向的超重低音)。杜比数字根据“声学屏蔽”效果(实际上就是假设有一定数量的音频信息你永远无法听到)在192Kbps的数据流中添加进上述6声道的信息。
根据Crystal公司音响分部的副总裁兼总经理Keith Essency提供的信息,Crystal公司的CS4923单片AC-3解码器开始对Motorola通用型DSP器件DSP56300构成威胁,并且已经在日本制造的AV接收器高端产品中得到了广泛应用。CS4923与108dB的CS4226 六通道编码器一起可以向用户提供一个六通道音频的完整解决方案。
当然六通道音频的回放技术除了应用于家庭影院外还有更多的用途。它可以帮助升级家庭中的二声道立体声系统,甚至车载音频回放系统。并不是有意降低公司所起的作用,Steven Harris相信多回放通道和扬声器的布置对于聆听者对声音质量的理解比任何先进的多媒体电子产品更有影响力。
