解決高清音頻 IC 設(shè)計(jì)難題

強(qiáng)制性的藍(lán)光格式音頻編解碼器
藍(lán)光格式規(guī)范定義了兩套可在藍(lán)光播放器中實(shí)現(xiàn)的編解碼器。其中第一套是強(qiáng)制性的，必須用作藍(lán)光光盤(pán)的主要音頻聲道。這些編解碼器包括：

● DTS–一種用于商業(yè)/影院應(yīng)用和視頻游戲等消費(fèi)應(yīng)用的多聲道數(shù)字環(huán)繞聲格式。

● 杜比數(shù)字或AC-3–一種可容納多達(dá)6個(gè)分立式音頻聲道的編解碼器，最大編碼比特率為640kb/s，而35mm電影膠片使用320kb/s的固定速率，DVD視頻光盤(pán)則限于448kb/s。

● 線性PCM–一種采樣頻率為48kHz或96kHz、每樣本16，20或24位，可容納多達(dá)8個(gè)音頻聲道的無(wú)壓縮音頻格式。最大比特率為6.144MB/s。

藍(lán)光格式的可選音頻編解碼器
藍(lán)光格式的可選音頻編解碼器包括有損和無(wú)損編解碼器。有損編解碼器包括：

● 杜比數(shù)字 Plus–一種基于AC-3的增強(qiáng)型有損編解碼器，可支持高達(dá)6.144Mb/s的比特率和7.1音頻聲道。它還能提供更先進(jìn)的編碼技術(shù)，降低壓縮失真(compression artifact)，并后向兼容現(xiàn)有的AC-3硬件。

● DTS高清高分辨率音頻–一種可擴(kuò)展原始DTS格式的有損編解碼器，支持96kHz和24位深度分辨率的7.1聲道。DTS-HD高分辨率音頻可提供高達(dá)6.0Mb/s的恒定比特率。
無(wú)損編解碼器則有：
● 杜比數(shù)字TrueHD–一種主要用于高清家庭娛樂(lè)設(shè)備(如藍(lán)光光盤(pán))的高清多聲道音頻編解碼器。最大編碼比特率為18Mb/s(未壓縮速率)。這已顯示了高清音頻的高數(shù)據(jù)流量要求。

● DTS-HD主音頻–以前被稱為DTS++或DTS-HD，是原始DTS編解碼器的擴(kuò)展版本。這是一種無(wú)損音頻，具有高達(dá)24.5Mb/s的可變比特率，并支持192kHz采樣頻率和24位信號(hào)分辨率的7.1分立式聲道。

藍(lán)光高清音頻用例
一個(gè)高清音頻的計(jì)算密集型藍(lán)光使用案例包含主音頻(main audio)和子音頻(sub audio)流，以及一個(gè)音效流(effects stream)。主音頻流可結(jié)合DTS-HD 主音頻(見(jiàn)前述藍(lán)光光盤(pán)一節(jié))或杜比TrueHD 7.1聲道，用于播放光盤(pán)。子音頻流可采用DTS-HD Express或杜比數(shù)字Plus，以獲得額外的數(shù)據(jù)，例如，從互聯(lián)網(wǎng)下載電影中的導(dǎo)演加注。音效流則是一個(gè)簡(jiǎn)單的PCM音頻流，為屏幕菜單增添音效的選擇。

編碼流可使用DTS 5.1編碼器或杜比數(shù)字5.1編碼器，而編碼必須把數(shù)據(jù)以壓縮的格式傳送給一個(gè)兼容的音頻/視頻接收器(比如經(jīng)由S/PDIF電纜)?；旌闲盘?hào)在發(fā)送給揚(yáng)聲器之前可能需要后處理功能，以補(bǔ)償聲音失配播放環(huán)境或各種不同的音頻不完整性。

圖2 5.1編碼系統(tǒng)

高清音頻IC的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
在設(shè)計(jì)高清音頻IC時(shí)，有若干因素需要考慮。高清音頻最重要的特性是數(shù)據(jù)流量，因?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)的音頻應(yīng)用，高清音頻數(shù)據(jù)流量大大提高。僅對(duì) I/O而言，這種數(shù)據(jù)流量在某些編解碼器就可能達(dá)到24.5Mb/s的輸入速率和在27.6Mb/s的輸出速率下達(dá)致每秒96kHz×8×24位的輸出。這就需要一種新的IC設(shè)計(jì)方案來(lái)確保這些挑戰(zhàn)得到解決，同時(shí)保證音頻的質(zhì)量。

另外，一些采樣頻率達(dá)192kHz、帶6個(gè)或8個(gè)聲道，并且運(yùn)算精度很高的無(wú)損音頻編解碼器，如DTS-HD主音頻或杜比TrueHD，它們的計(jì)算要求極高。如果不予以改進(jìn)，單單一個(gè)編解碼器就可能消耗掉傳統(tǒng)DSP的全部MHz預(yù)算。

性能要求
如上所述，高清音頻實(shí)現(xiàn)方案(如藍(lán)光光盤(pán)應(yīng)用)的數(shù)據(jù)處理要求非常高。在如此高的數(shù)據(jù)率下，很多現(xiàn)有的單核DSP解決方案都無(wú)法保證高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理，故業(yè)界不少解決方案開(kāi)始傾向于采用能夠滿足視頻結(jié)合音頻的處理開(kāi)銷(xiāo)要求的雙內(nèi)核方案。

而且，在DSP解決方案的實(shí)現(xiàn)中，除了強(qiáng)制性及可選音頻編解碼器之外，還需要許多后處理功能，而這些后處理功能正是眾多實(shí)現(xiàn)方案的差異化因素。由于在處理最小的高清音頻編解碼器時(shí)，許多單核DSP都會(huì)有過(guò)載的情況，所以幾乎沒(méi)有什么剩余能力可言，即便有，也差不多都是用于強(qiáng)制性后處理。

芯片尺寸/功耗考慮
由于制造商和設(shè)計(jì)人員不得不應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，把所有必要的處理功能全部塞入尺寸越來(lái)越小的芯片中，這使現(xiàn)有的芯片尺寸也面臨著巨大的壓力。采用多核解決方案雖然可以提供這些處理能力，但芯片尺寸、相應(yīng)的價(jià)格增加和驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)所需的電能之間的權(quán)衡都可能往往令人望而卻步。特別在滿足具有特殊功率和外形尺寸限制的高清設(shè)備(如便攜游戲機(jī))要求時(shí)，這一點(diǎn)尤其關(guān)鍵。

即使對(duì)于非移動(dòng)設(shè)備，功耗也是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)樗绊懙皆O(shè)備的散熱性能。較高的功耗可能需要某些冷卻手段，從而對(duì)產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)造成影響。