今天，智能手機的主要賣點經(jīng)歷了電郵收發(fā)、高清視頻播放、全屏觸控、互聯(lián)網(wǎng)接入和Flash界面，那么下一個重要賣點是什么呢？本刊認為，除了裸眼3D顯示，高清音頻很有可能成為一個重要賣點。歐勝微電子全球應用工程總監(jiān)Nick Roche對此有同感，他說：“高清音頻將成為智能手機制造商提供差異化產(chǎn)品的一個關(guān)鍵途徑。”
歐勝微電子全球應用工程總監(jiān)Nick Roche |
為什么這么說呢？因為它可切實解決今天智能手機用戶在噪雜的應用環(huán)境(如廣場、車站、機場、酒吧、電梯、餐廳和馬路)中聽不清、講不清的真實煩惱。而且，隨著移動QQ或MSN進入智能手機，用戶(特別是商務用戶)希望隨時隨地能與朋友或同事進行視頻聊天或語音/視頻會議，此時使用方式與用手機接聽電話肯定不同，因為用戶需要在手機上輸入一些文字、瀏覽一些文件或觀看會議各方的面部表情，此時聽筒和話筒離開耳朵和嘴唇的距離就會比較長，此時不僅容易產(chǎn)生回聲，而且環(huán)境噪聲也更容易影響到接聽和講話聲音質(zhì)量，因此用戶對各種能有效消除回聲和環(huán)境噪聲的智能手機產(chǎn)品的需求越來越迫切。
Nick Roche說：“對于已習慣了公司會議室中現(xiàn)有Polycom語音會議系統(tǒng)通話質(zhì)量的用戶來說，他肯定希望在噪雜外部環(huán)境下也能體驗到像在寫字樓會議室一樣的感覺。事實上，目前主要智能手機制造商已經(jīng)開始對高清音頻提出需求。”
盡管高清音頻的定義通常要包括以下四個方面：第一，無論何時何地，也無論使用耳機還是不使用耳機，你都能聽得見和被聽見；第二，可與高端Hi-Fi相媲美的聲音質(zhì)量；第三，具有聲音增強效果，如環(huán)繞聲和揚聲器虛擬位置擴展；第四，在不同的多媒體設備上具有一致的聲音效果。但實際上，對于手機用戶而言，只要接收通道能消除回聲和環(huán)境噪聲、發(fā)送通道能消除環(huán)境噪聲，這就已經(jīng)是一部高清音頻手機了。
目前市場上能提供上述消噪解決方案的供應商主要有英國歐勝微電子、臺灣驊訊電子(C-Media)和美國NSC和，不管是回聲消除還是環(huán)境噪聲消除，前兩家均采用了DSP內(nèi)核。只有NSC采用了模擬解決方案來提供高清音頻。
全球首款高清音頻SoC方案
作為一家致力于提供高質(zhì)量音頻解決方案的供應商，歐勝微電子早在2010年底就為了滿足市場高清音頻要求推出了多通道超低功耗音頻中心解決方案WM8958，它在DAC回放期間可以提供100dB信噪比(SNR)，同時其內(nèi)置的立體聲D/AB類揚聲器驅(qū)動器、以及W類耳機驅(qū)動器能夠在音頻回放期間將功耗降到最低。
但由于它必須與歐勝的AudioPlus系列產(chǎn)品，如音頻MEMS麥克風陣列、噪音消除芯片、回聲消除/波束形成/虛擬環(huán)繞聲DSP芯片、以及電源管理芯片等配合使用，集成度不高，因此歐勝微電子在2011年2月和7月相繼推出了針對手機的完整噪聲消除解決方案WM2200和WM5100。
WM2200是一個低功耗音頻CODEC，它集成了歐勝增強級的myZone環(huán)境噪聲消除(ANC)技術(shù)，以及各種首開先河的功能：包括傳輸路徑(Tx)噪聲消除、聲學回聲消除(AEC)、風噪聲抑制和歐勝獨有的接收路徑(Rx)主動噪聲消除技術(shù)，所有這些技術(shù)結(jié)合在一起可以提供顯著提升的、清澈通透的語音通話，而不需要去理會包圍通話呼叫方和受話方的環(huán)境或背景噪聲。
WM5100則是業(yè)界首款音頻系統(tǒng)級芯片(SoC)，它在一顆芯片中集成了高性能、低功耗、多通道音頻中樞(Audio Hub)，并帶有完整的傳送路徑(Tx)噪聲消除、接收路徑(Rx)噪聲消除、全雙工聲學回聲消除(AEC)、以及myZone自適應環(huán)境噪聲消除(ANC)功能。它在WM2200的基礎上又集成了音頻放大器和Audio Hub，是目前業(yè)內(nèi)集成度最高的完整消噪解決方案。
對于消費電子制造商至關(guān)重要的是：WM5100將所有的這些性能集成在一個器件中，將帶來材料成本和電路板面積的縮減。其模組化的架構(gòu)設計、軟件兼容性和對不同操作系統(tǒng)的透明也使其設計應用可更快實現(xiàn)，確保了安裝該器件的新系統(tǒng)產(chǎn)品能夠更快地投入市場。WM5100還能通過增加其營業(yè)收入為網(wǎng)絡運營商帶來額外的利益，這個方案讓智能手機用戶在喧鬧環(huán)境中因接聽問題而終止通話的次數(shù)得以減少。
在給語音通話質(zhì)量帶來顯著提升的同時，WM5100也具有全雙工聲學回聲消除技術(shù)這一特點，它確保了免提和揚聲器模式下清澈通透自然語音對話。伴隨著環(huán)境噪聲的抑制、5.1虛擬環(huán)繞聲以及數(shù)字錄音的增強，WM5100還能夠?qū)崿F(xiàn)高清音頻捕捉和回放，確保了智能手機、平板電腦和其他手持多媒體設備的音頻質(zhì)量，同時與視頻和圖像質(zhì)量相匹配。
Nick Roche表示：“與基于WM2200的解決方案相比，WM5100方案可將BOM成本降低約30%，功耗也能從上一代的50mW左右降低到15mW。”
他強調(diào)，歐勝是目前市場上唯一一家能夠同時提供三種消噪功能(即Tx噪聲消除、Rx噪聲消除和自適應環(huán)境噪聲消除)的供應商，這使得我們的產(chǎn)品比競爭對手具有更高的性能表現(xiàn)。”
他特別指出，通過在智能手機揚聲器的正面和反面各安裝一個自適應MEMS麥克風和環(huán)境噪聲麥克風，無論用戶怎樣持握手機，總能準確地在揚聲器里產(chǎn)生一個180度的負向波來抵消外界噪聲，從而使得用戶能夠清楚地聽到發(fā)送方的聲音。
從1997年進入IC設計領(lǐng)域至今，歐勝微電子在高性能的混合信號音頻解決方案上頗有建樹，其音頻產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于移動電話、MP3播放器、平板電腦、數(shù)碼相機、便攜導航設備、高保真設備上。目前，歐勝的客戶不但涵蓋了三星、諾基亞、蘋果、索尼、東芝等國際大品牌，在中興、OPPO、朵唯、天語、步步高、金立等本土手機品牌中也頗有斬獲。
C-Media消噪解決方案
驊訊電子(C-Media)技術(shù)市場處協(xié)理梁進祥表示，音頻CODEC供應商整合DSP雖是自然的方向，但成本還是會面臨基頻或應用處理器芯片內(nèi)建處理的挑戰(zhàn)；另一方面效能、耗電與應用彈性，則會面對特殊應用DSP芯片的比較。他說：“我們相信在消費電子產(chǎn)品上系統(tǒng)級音頻芯片還是有必要性與很大發(fā)揮空間，但如何找到正確應用市場、以正確的規(guī)格取得優(yōu)勢，是大家都必須面對的問題。”
驊訊電子(C-Media)技術(shù)市場處協(xié)理梁進祥 |
驊訊電子以音效芯片起家，在噪音消除方面也頗有建樹。其CM7000雙麥克風環(huán)境噪音消除語音訊號處理系統(tǒng)單芯片因杰出的噪音消除能力、語音保真清晰度、彈性的算法與硬件架構(gòu)、以及小型化尺寸等特色在今年的2011 Computex獲得了IC與組件類最佳產(chǎn)品獎。
梁進祥表示：“雙麥克風環(huán)境噪音消除功能在高階藍牙耳麥、智能手機等產(chǎn)品上已經(jīng)越來越常見，從成本面與營銷面來分析，勢必未來會成為一項普遍必備之功能，只是目前市場上的產(chǎn)品大多只能局部抑制背景音，都還沒讓人有‘WOW’的感覺，甚至很多使用者沒有知覺到他們買的產(chǎn)品具備這功能。”
他進一步分析道，驊訊的優(yōu)勢即在于藉由算法的創(chuàng)新，采用空間濾波方式與頭型濾波系數(shù)來區(qū)別聲音源所在距離與方向，并且可以智能型自適應到最佳處理狀態(tài)以應付每個使用者不同與動態(tài)之使用情境，再結(jié)合小而巧的CM7000高整合度訊號處理系統(tǒng)單芯片，最高可消除噪音達40dB，約為一般產(chǎn)品10倍以上噪音消除量。
“在大多數(shù)的噪雜環(huán)境下，啟動后對方聽起來都變成靜悄悄，所以看過展示的客戶以及這次的評審相信聽過后都有WOW的感覺，這可能也是CM7000能得獎的主要原因之一，”梁進祥指出。
Xear VoClear雙麥克風環(huán)境噪音消除技術(shù)可應用于智能手機及耳麥等產(chǎn)品，利用兩顆成本低廉的全向性麥克風單體收音來做語音與背景音區(qū)辨分析，進而消除環(huán)境的背景音。使用者在任何吵雜的環(huán)境下，例如車水馬龍的街頭、吵雜的捷運上、比賽激烈的球場、展覽會場、甚至Pub、KTV，仍能傳遞給對方清澈無噪的高通訊質(zhì)量，不需要一直重復解釋或放大聲量，甚至另外找一個安靜的地方通話，也不必擔心有些時候不想讓對方知道自己所在之場所，增加消費者的通話方便性、隱密性，并可以大幅改善手機通話使用經(jīng)驗。
除高階藍牙耳麥和智能手機以外，CM7000還能應用到平板電腦等便攜設備上。“目前已有些平板電腦系統(tǒng)廠商與我們接觸，”梁進祥透露。除了環(huán)境噪音消除，回音消除(AEC)、麥克風數(shù)組波束形成等技術(shù)也會有市場需求，可以使用軟件或CM7000 DSP方式來實現(xiàn)。他表示，未來C-media會持續(xù)開發(fā)獨特的各種音效算法技術(shù)，用軟件或DSP實現(xiàn)出來。
據(jù)悉，CM7000在Q2底已經(jīng)量產(chǎn)，并陸續(xù)開始design-in。梁進祥表示，目前的CM7000已相當接近理想方案，下一代若有改善則會是在芯片本身設計上的精進，以及其它音頻算法的加入與整合。
帶消噪功能的模擬高清音頻方案
美國國家半導體公司(NSC)在2011年6月23日收購GTronix后，利用該公司專有的噪聲抑制技術(shù)，迅速推出了集成了噪聲抑制技術(shù)的模擬音頻子系統(tǒng)，適用于智能電話及多功能手機。這款型號為PowerWise LM49155的模擬音頻子系統(tǒng)的特點是：可以顯著改善談話者的語音信號/背景噪聲比，同時可確保傳送的語音清晰自然。無論撥打還是接聽，手機用戶即使身處嘈雜環(huán)境中也同樣能享受到更清晰的通話質(zhì)量。LM49155模擬音頻子系統(tǒng)可以盡可能地濾除背景噪聲，以提高語音識別系統(tǒng)的精度。
LM49155子系統(tǒng)的上行鏈路噪聲抑制技術(shù)利用獨特的雙麥克風放大器設計抑制遠場噪聲，通過提高手機耳機信號與環(huán)境噪聲之間的信噪比(SNR)，改善了下行鏈路語音信號的清晰度。LM49155子系統(tǒng)可以保存近距離范圍內(nèi)的上行鏈路語音信號，同時還會將距離麥克風0.5米之外的背景噪聲全部濾除。此外，該子系統(tǒng)還可連續(xù)調(diào)整下行鏈路信號，因此無論接聽者身處怎樣的環(huán)境，都能清晰聽到對方的聲音。
同時，LM49155模擬音頻子系統(tǒng)以最低的功耗實現(xiàn)了噪聲抑制功能。當手機處于靜態(tài)模式時，耳機放大器及麥克風放大器的信號路徑只耗用3.7mA的電流。據(jù)悉，LM49155模擬音頻子系統(tǒng)現(xiàn)已批量供貨，采購以1,000顆為單位，單顆售價為2.25美元。
CEVA DSP音頻解決方案
對于移動音頻應用，設計人員有時使用通用CPU來執(zhí)行普通控制任務和高清音頻處理。由于目前的移動音頻用例更為困難并需要較高的計算能力，所以這些基于CPU的解決方案的功耗遠高于基于CEVA DSP的解決方案。音頻基本上是數(shù)字信號處理上的挑戰(zhàn)，CEVA公司產(chǎn)品營銷總監(jiān)Moshe Sheier表示，基于CPU的解決方案并不適合處理繁重的音頻工作，而基于DSP的解決方案在這方面可更勝一籌。他指出，對于便攜設備的復雜HD音頻用例，使用CEVA的DSP內(nèi)核，功耗較基于CPU的解決方案降低多達五倍。
CEVA公司產(chǎn)品營銷總監(jiān)Moshe Sheier |
針對需要高清音頻處理的便攜設備，CEVA提供CEVA-TeakLite-III DSP內(nèi)核和CEVA-HD-Audio平臺。Moshe Sheier介紹，CEVA-TeakLite-III是一款高性能的天生的 32位DSP內(nèi)核，專為芯片生產(chǎn)商的系統(tǒng)級芯片集成而設。此類芯片客戶在多媒體芯片中使用CEVA-TeakLite-III內(nèi)核進行高端音頻處理，以處理先進的語音通信用例(如多麥克風聲音捕捉、波束賦形、視頻會議和噪聲減低)，以及高清音頻用例 (如用于移動設備的使用虛擬環(huán)繞的多通道音頻播放，低音增強及根據(jù)環(huán)境噪聲的自動音量調(diào)節(jié)和均衡)。
CEVA-HD-Audio包括 CEVA-TeakLite-III DSP、可配置的緩存子系統(tǒng)、一整套經(jīng)優(yōu)化和認證的HD音頻編解碼器 (如Dolby和DTS HD音頻編解碼器)，以及一套軟件開發(fā)套件，可讓客戶快速高效地建立完整的音頻芯片方案。
Moshe Sheier表示，用于高清音頻應用的CEVA-TeakLite-III具有更高的性能、更低的功耗，有助于達到更長的播放時間和電池使用壽命，這對于便攜設備來說都是至關(guān)重要的因素。重要的是，CEVA的DSP是完全可編程的，這意味著客戶還能夠為其目標設備開發(fā)專有的音頻/語音增強功能，實現(xiàn)真正的產(chǎn)品差異化。此外，CEVA還可以提供多種預先優(yōu)化的音頻和語音編解碼器，這樣，開發(fā)人員就能夠重新使用這些編解碼器，并專注于提升集成度和系統(tǒng)差異性。
CEVA的DSP內(nèi)核是完全可編程的，這意味著每個客戶都可以基于其HD音頻DSP平臺來開發(fā)和構(gòu)建其理想的音頻解決方案。用戶可以在產(chǎn)品內(nèi)配置CEVA在公司內(nèi)部開發(fā)和優(yōu)化的精選音頻和語音編解碼器 (可提供超過90種)，然后添加自身的專有軟件，以實現(xiàn)精確滿足其要求的解決方案。
Moshe Sheier透露，CEVA的客戶包括博通公司及凌陽科技，前者使用CEVA-TeakLite-III 用于智能手機和平板電腦的移動應用處理器；而后者則使用CEVA-TeakLite-III用于家庭娛樂設備如數(shù)字電視 (DTV) 和藍光播放器。CEVA的DSP用于目前最熱門的消費產(chǎn)品中，包括蘋果的iPhone和iPad、三星的Galaxy系列智能手機、愛可視 (Archos) 平板電腦等。據(jù)《CPU內(nèi)核和處理器IP指南》(The Linley Group于2010年3月發(fā)布) 指出，根據(jù)性能和硅成本來比較不同的解決方案，CEVA-TeakLite-III是“業(yè)界最佳的音頻處理器”。
SRS消噪解決方案
傳統(tǒng)的消費電子音頻信號處理廠商SRS Labs也正致力于提供無縫的、最佳的音頻/通信體驗。SRS Labs全球產(chǎn)品營銷總監(jiān)Steve Roney介紹，SRS Labs正在分析不同人的語音類型，以使其音頻解決方案更加有效和更加智能，進一步改善語音通信質(zhì)量。另外，由于SRS Labs提供的解決方案能覆蓋四種屏幕(電視、PC、移動設備和汽車)，因此他們將不斷優(yōu)化解決方案以滿足不同的環(huán)境和設備。SRS Labs在全球擁有150多項專利，被公認為音頻增強、環(huán)繞聲、音量控制、音頻傳輸和語音處理技術(shù)方面的事實性標準，被業(yè)內(nèi)視為基于人類聽覺原理的音頻后處理技術(shù)研究及應用方面的權(quán)威。
SRS Labs全球產(chǎn)品營銷總監(jiān)Steve Roney |
“SRS的目標是在從小會議室到大型起居室的各種環(huán)境中，讓手機、PC和電視等任何設備都能提供清晰的語音通信。”Steve Roney表示。SRS Premium Voice Pro在任何環(huán)境下賦予VoIP優(yōu)異的語音與通信可懂性，同時在智能手機、PC和多媒體平板上提供得到優(yōu)化的多媒體內(nèi)容立體聲收聽體驗。由于消費者期待語音通信的便捷性，所以提供清晰的語音變得日益重要。采用獲得專利的先進技術(shù)，SRS Premium Voice Pro使用了一種積極的周圍噪聲管理系統(tǒng)來增強每一個單詞，從而提供更加清晰和更加豐富的語音體驗，即使在嘈雜的環(huán)境中也能做到這點，使得雙方通信更加順利，同時也使筆記本揚聲器、臺式電腦揚聲器和耳機的聲音辨識度得到提高。
SRS Premium Voice Pro還使用了多種獲得專利的技術(shù)來增強筆記本電腦揚聲器的音量，并通過擴展音頻圖像的大小和生成深厚的低音響應，來改善壓縮及非壓縮多媒體內(nèi)容的動態(tài)音頻性能。最終結(jié)果是：音樂和視頻聲音更加自然逼真，深度和清晰度得到提升。
據(jù)悉，戴爾和東芝等領(lǐng)先OEM廠商均已在其PC和媒體平板電腦中采用SRS Premium Voice Pro音頻解決方案。SRS的解決方案已進入全球逾200萬個電子產(chǎn)品之中，包括平板高清電視、視聽產(chǎn)品、機頂盒、PC、手機以及汽車娛樂及遠程信息處理系統(tǒng)。
ST主攻消噪耳機市場
意法半導體（ST）則通過合作的方式增強其在高清個人音頻（HD-PA）領(lǐng)域的技術(shù)實力。2011年7月，ST與瑞士電子音響咨詢公司、HD-PA標準的創(chuàng)始公司Soundchip宣布雙方展開實質(zhì)性合作，通過各自在音頻系統(tǒng)和半導體技術(shù)、產(chǎn)品設計和制造方法、音頻軟件以及市場銷售方面的優(yōu)勢，攜手將HD-PA推向市場。高清個人音頻標準HD-PA兼容音響設備，例如各種形式的耳機，能夠給用戶帶來震撼的不受環(huán)境噪聲影響的高清音頻體驗。換句話說，無論用戶是在火車站還是在飛機場，或者在喧鬧的街道，HD-PA兼容音響設備能夠給人帶來完全相同的高音質(zhì)的聽覺體驗。
Soundchip SA公司是HD-PA標準的創(chuàng)始人，在從Soundchip SA授權(quán)的音頻系統(tǒng)技術(shù)基礎上，意法半導體開發(fā)出了HD-PA認證的音頻處理器芯片和MEMS話筒。“我們稱這些認證器件為HD-PA兼容音頻引擎和HD-PA兼容MEMS話筒”，意法半導體高級產(chǎn)品經(jīng)理Simone FERRI表示。HD-PA兼容音頻引擎采用了數(shù)字式編程主動降噪、閉塞管理、語音增強和音頻均衡等低延時方法實現(xiàn)高清音頻體驗，而HD-PA兼容MEMS話筒能夠讓HD-PA兼容音頻引擎向耳內(nèi)或耳邊輸出高信噪比(SNR)的音頻信號。
“HD-PA代表對個人音頻系統(tǒng)音質(zhì)的渴求，”Simone FERRI說，HD-PA兼容設備采用創(chuàng)新的音頻系統(tǒng)技術(shù)和最尖端的音頻組件，即便環(huán)境條件很差，仍然能夠在耳邊忠實地還原音頻信號。按照意法半導體與Soundchip SA合作開發(fā)的設計細則，設備廠商把意法半導體的HD-PA認證器件即HD-PA兼容音頻引擎和HD-PA兼容MEMS話筒安裝在HD-PA兼容音響設備內(nèi)，可獲得最佳的音頻性能。
TI音頻解決方案
TI中國區(qū)市場開發(fā)高性能模擬產(chǎn)品銷售經(jīng)理信本偉表示，TI也可以提供完善的音頻應用終端設備解決方案，包括一流的系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)、音頻編解碼器、DSP、D類放大器、PurePath數(shù)字音頻放大器、耳機驅(qū)動器、接口、采樣率轉(zhuǎn)換器等產(chǎn)品和軟件支持。從2011年初至今，TI發(fā)布的數(shù)字音頻新品就包含了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器、音頻編解碼器等。
2011年6月，TI宣布推出PurePath Wireless 音頻產(chǎn)品系列的第二款器件，為消費類、便攜式以及高端音頻帶來最新應用。該2.4 GHz CC8530 射頻 (RF) 片上系統(tǒng)不但可通過高穩(wěn)健RF鏈路傳輸未經(jīng)壓縮的無線音頻，而且還支持多達 4 個音頻通道的數(shù)字流。此外，TI還同步推出了作為 PurePath Wireless 音頻系列組成部分的 CC85XXDK-HEADSET 開發(fā)套件與參考設計。作為市場上成本最低的高品質(zhì)耳機及聽筒產(chǎn)品，該設計在大批量生產(chǎn)條件下整體電子材料成本不足5美元，在采用465 mAh電池情況下可工作22 小時，與現(xiàn)有耳機相比，電池使用壽命可延長100%。 |
