音效codec芯片解决方案
2006-12-11 12:54:45
来源：半导体器件应用网
点击：1833
计算机音效的发展其来已久，在PC刚出现时，音效只能依靠内部的PC喇叭发出单调的声音，如果想要听到美妙的音乐与声音效果，就必须采购单价非常高的独立声卡。然而随着处理器的速度加快、内存增加以及音效芯片的传输界面由ISA转移到PCI，到现阶段整合型的主机板音效，不论是企业用计算机或是家用计算机，多媒体已经成为基本功能。为了能顺利处理多媒体数字数据，音效芯片也在个人计算机系统里扮演重要的角色，而延伸到在消费性电子领域，音效芯片的表现则更为亮眼，不论从MP3随身听、音响到DVD甚至是蓝光播放器，我们都可以看到这一类音效芯片的存在，进入后PC时代之后，这一类多媒体芯片也随之蜕变进入另一个阶段，以各种不同的面貌出现在我们的生活当中。
音效codec芯片现况
消费性电子产品音效数字化衍生的IA概念产品，使得原本在PC平台使用的音效控制芯片逐步跨出PC平台。在IA领域方面，在PC领域不具利基的低阶音效IC，可以和通讯产品或是影音播放机作进一步的整合，再现生机。例如已经有部分音效芯片厂商将软件Modem整合到芯片里了，或是整合到可携式产品如PDA等，虽然只是小小一颗IC，却大大地提高产品的附加价值，相信音效芯片未来大有可为。
音效codec芯片的功能
由于应用在信息产品上的音效芯片必须处理2个部分，其一是主要芯片所负责的数字音效讯号，另外一个重点就是由模拟转换到数字的过程。以目前来说，大部分的数字讯号阶段的处理已经被整合到中央处理芯片或芯片组中，而模拟阶段的声音处理（把数字音效数据转换为可输出的模拟讯号）则大多由音效codec芯片所负责。Codec芯片同时具有D/A（数字讯号转换成模拟讯号）和A/D（模拟讯号转换成数字讯号）转换功能。我们在听音乐的时候用到的是D/A转换功能。在接收到数字讯号相同的情况下，D/A的好坏直接决定着声卡的音质。某些高阶音效装置为了提高音质，有时会选择不使用Codec芯片，而是使用了单独的DAC芯片来做D/A转换，虽然在音质表现上会有比较好的效果，但是成本方面会高出codec芯片许多。
由于codec芯片肩负着采样编译码工作，所以codec芯片的处理能力和讯噪比对最终的声音输出质量有很大的影响。笔者在此列出几项主要的技术指标以供参考：
1.DAC讯噪比：DAC即「数字模拟转换器」，它的讯噪比高低将直接关系到最终音效成品的讯噪比，可谓codec的核心参数。目前流行的codec芯片此项数值普遍在95db左右，但最终是否能够达到标称的数值还将受到其它很多因素影响。
2.Mixer讯噪比：codec也负责对声音的迭加与混合处理。所以，Mixer（混音器）讯噪比也非常重要，一般此项性能参数与DAC讯噪比相同或相近，差距在-1db左右。
3.DAC通道数目：在多声道趋于流行的时代，codec芯片是否具有多信道DAC功能就显得尤为重要。一般较新的codec产品已经普遍可以支持8通道的 DAC转换。不过目前也有不少高阶5.1甚至7.1声道音效装置采用多颗双信道DAC codec协同工作的方式，主要就是因为多声道DAC在设计上较难避免干扰现象，音质表现可能较弱。而ADC主要负责声音的录制，所以一般都是2通道的。
4.PCM格式转换时所支持的最高取样分辨率和取样频率：眼下最新的codec芯片一般可以最高支持192KHz取样频率以及24Bit立体声A/D转换 和24Bit立体声D/A转换。取样分辨率越高，对声音数据的处理能力就越强；取样频率值越大声音讯号的分辨率就越高，声音转换中的失真就越小。
5.A/D和D/A的频率响应范围：频响范围也是非常重要的指标，而目前大部分codec芯片都能够支持20Hz～20KHz的频响范围，这已经是人耳所能听到的最大范围，再高其实并没有多大意义。
其实对于codec芯片，使用者可选择的余地很小。一般厂商都会视主要处理芯片的能力以及产品的定位来选择搭配使用的codec芯片。无论是采用公板设计还是自己的设计，一般都不会轻易去改动主芯片和codec的搭配模式，当然也有部分例外。codec芯片技术的进步以及妥善规划运用，确实可以为音质带来相当大的改善作用。
Realtek ALC885
图1是一款高效能的7.1+2声道HD音效处理芯片，本身具备有播放受版权保护的预录音源内容，如DAD-audio、Blu-Ray DVD以及HD-DVD等格式。这款芯片提供了10个声音通道，除了可以支持标准7.1声道应用以外，多出来的2个声道则是可以当作独立的立体声输出（在支持多重串流的前提之下），至于在音效输出入规格上，则是支持了16/20/24-bit SPDIF输出入，在讯噪比上也有106dB SNR的表现。
美国国家半导体LM4931
图2是款属于整合型的多功能音效处理芯片，支持一般通用的语音与数字音效支持。此芯片包含了1个高质量的18-bit立体声DAC、语音译码以及立体声耳机扩大机，并且具有1个高功率的单声道喇叭扩大机，此芯片的扩大线路属于D类扩大电路，在质量与功耗上取得了相当优秀的平衡。此款芯片是被设计为专供手机、多媒体播放装置等掌上型产品使用，也提供了I2S音效序列接口。
ANALOG DEVICES AD1835A
图3这一款codec芯片提供了8个输出DAC通道，以及2个输入ADC通道，支持到最高24-bit 96-KHz声音分辨率，讯噪比最高可达108dB SNR，而每个DAC都提供了高效能的内插式声音滤镜。本芯片提供了高弹性的序列连接端子，可以无缝连接各种DSP与音效处理芯片。在ADC方面，提供了2个24-bit的转换通道，具备了高级调变与过滤功能，可提供相当优秀的录音质量。
SigmaTEL STAC9460
图4这款芯片具备了SigmaTEL的AudioUltra技术，除了可以提供最高达107dB SNR的讯噪比之外也支持了+3dBV的输出等级。音效分辨率可高达24-bit 96-KHz的表现。STAC9460支持6的声音通道，可以提供真实的杜比AC3输出，因此也被普遍应用在家庭剧院、DVD播放机、卡拉OK以及音响等多种产品中。
Cirrus Logic CS42406
图5为一款低成本的整合式codec，除了具有立体声的ADC以外，也具备了6个DAC通道，且都具有24-bit分辨率以及最高达200KHz的取样频率，而DAC的整合式混音器也具备了多声道音效混为单音的功能，并且允许以1dB为步进的音量调整能力。在ADC方面具备了高频滤波能力，由于具备有高动态以及低破音能力，因此相当适用于一些影音家电使用。
wolfson WM8581
图6这一款codec芯片提供了4个立体声DAC，以及1个立体声ADC，此款产品主要是应用来作为DVD以及家庭剧院的多声道环境处理，内建的DAC声音分辨率可达24-bit 192-KHz，并可支持其它声音采样频率。至于独立的声音数据接口也是采用I2S，每个声音接口都可以有独立的主从模式。由于具有2个PLLs，因此可以产生2组不同的系统频率，以供外部及内部使用。芯片具有硬件设定模式，透过针脚连接与否来决定功能的使用？
NXP UDA1384
飞利浦半导体在转售之后，更名为NXP半导体，并且继续其半导体业务。图7这款声音codec芯片是多声道的录音／放音codec，除了具备有4+1组ADC以外，也提供了6个DAC作为声音输出之用。UDA1384支持了I2S接口，并且支持特殊的DSD（Direct Stream Digital）播放模式，并且可以透过L3 BUS或者是I2S接口控制。
VIA VT1708
VIA这款音效codec芯片除了支持完整的HD音效规范以外内建的DAC可提供超过100dB的SNR值，4组立体声DAC与2组立体声ADC都具备有24-bit及192KHz的解析能力，除此之外也内建了高质量的耳机扩大电路，以及多组输出入端子的设计，并且支持了电源管理模式，在封装上也与旧版芯片完全兼容，方便厂商沿用设计。
音效codec芯片现况
消费性电子产品音效数字化衍生的IA概念产品，使得原本在PC平台使用的音效控制芯片逐步跨出PC平台。在IA领域方面，在PC领域不具利基的低阶音效IC，可以和通讯产品或是影音播放机作进一步的整合，再现生机。例如已经有部分音效芯片厂商将软件Modem整合到芯片里了，或是整合到可携式产品如PDA等，虽然只是小小一颗IC，却大大地提高产品的附加价值，相信音效芯片未来大有可为。
音效codec芯片的功能
由于应用在信息产品上的音效芯片必须处理2个部分，其一是主要芯片所负责的数字音效讯号，另外一个重点就是由模拟转换到数字的过程。以目前来说，大部分的数字讯号阶段的处理已经被整合到中央处理芯片或芯片组中，而模拟阶段的声音处理（把数字音效数据转换为可输出的模拟讯号）则大多由音效codec芯片所负责。Codec芯片同时具有D/A（数字讯号转换成模拟讯号）和A/D（模拟讯号转换成数字讯号）转换功能。我们在听音乐的时候用到的是D/A转换功能。在接收到数字讯号相同的情况下，D/A的好坏直接决定着声卡的音质。某些高阶音效装置为了提高音质，有时会选择不使用Codec芯片，而是使用了单独的DAC芯片来做D/A转换，虽然在音质表现上会有比较好的效果，但是成本方面会高出codec芯片许多。
由于codec芯片肩负着采样编译码工作，所以codec芯片的处理能力和讯噪比对最终的声音输出质量有很大的影响。笔者在此列出几项主要的技术指标以供参考：
1.DAC讯噪比：DAC即「数字模拟转换器」，它的讯噪比高低将直接关系到最终音效成品的讯噪比，可谓codec的核心参数。目前流行的codec芯片此项数值普遍在95db左右，但最终是否能够达到标称的数值还将受到其它很多因素影响。
2.Mixer讯噪比：codec也负责对声音的迭加与混合处理。所以，Mixer（混音器）讯噪比也非常重要，一般此项性能参数与DAC讯噪比相同或相近，差距在-1db左右。
3.DAC通道数目：在多声道趋于流行的时代，codec芯片是否具有多信道DAC功能就显得尤为重要。一般较新的codec产品已经普遍可以支持8通道的 DAC转换。不过目前也有不少高阶5.1甚至7.1声道音效装置采用多颗双信道DAC codec协同工作的方式，主要就是因为多声道DAC在设计上较难避免干扰现象，音质表现可能较弱。而ADC主要负责声音的录制，所以一般都是2通道的。
4.PCM格式转换时所支持的最高取样分辨率和取样频率：眼下最新的codec芯片一般可以最高支持192KHz取样频率以及24Bit立体声A/D转换 和24Bit立体声D/A转换。取样分辨率越高，对声音数据的处理能力就越强；取样频率值越大声音讯号的分辨率就越高，声音转换中的失真就越小。
5.A/D和D/A的频率响应范围：频响范围也是非常重要的指标，而目前大部分codec芯片都能够支持20Hz～20KHz的频响范围，这已经是人耳所能听到的最大范围，再高其实并没有多大意义。
其实对于codec芯片，使用者可选择的余地很小。一般厂商都会视主要处理芯片的能力以及产品的定位来选择搭配使用的codec芯片。无论是采用公板设计还是自己的设计，一般都不会轻易去改动主芯片和codec的搭配模式，当然也有部分例外。codec芯片技术的进步以及妥善规划运用，确实可以为音质带来相当大的改善作用。
Realtek ALC885
图1是一款高效能的7.1+2声道HD音效处理芯片，本身具备有播放受版权保护的预录音源内容，如DAD-audio、Blu-Ray DVD以及HD-DVD等格式。这款芯片提供了10个声音通道，除了可以支持标准7.1声道应用以外，多出来的2个声道则是可以当作独立的立体声输出（在支持多重串流的前提之下），至于在音效输出入规格上，则是支持了16/20/24-bit SPDIF输出入，在讯噪比上也有106dB SNR的表现。
美国国家半导体LM4931
图2是款属于整合型的多功能音效处理芯片，支持一般通用的语音与数字音效支持。此芯片包含了1个高质量的18-bit立体声DAC、语音译码以及立体声耳机扩大机，并且具有1个高功率的单声道喇叭扩大机，此芯片的扩大线路属于D类扩大电路，在质量与功耗上取得了相当优秀的平衡。此款芯片是被设计为专供手机、多媒体播放装置等掌上型产品使用，也提供了I2S音效序列接口。
ANALOG DEVICES AD1835A
图3这一款codec芯片提供了8个输出DAC通道，以及2个输入ADC通道，支持到最高24-bit 96-KHz声音分辨率，讯噪比最高可达108dB SNR，而每个DAC都提供了高效能的内插式声音滤镜。本芯片提供了高弹性的序列连接端子，可以无缝连接各种DSP与音效处理芯片。在ADC方面，提供了2个24-bit的转换通道，具备了高级调变与过滤功能，可提供相当优秀的录音质量。
SigmaTEL STAC9460
图4这款芯片具备了SigmaTEL的AudioUltra技术，除了可以提供最高达107dB SNR的讯噪比之外也支持了+3dBV的输出等级。音效分辨率可高达24-bit 96-KHz的表现。STAC9460支持6的声音通道，可以提供真实的杜比AC3输出，因此也被普遍应用在家庭剧院、DVD播放机、卡拉OK以及音响等多种产品中。
Cirrus Logic CS42406
图5为一款低成本的整合式codec，除了具有立体声的ADC以外，也具备了6个DAC通道，且都具有24-bit分辨率以及最高达200KHz的取样频率，而DAC的整合式混音器也具备了多声道音效混为单音的功能，并且允许以1dB为步进的音量调整能力。在ADC方面具备了高频滤波能力，由于具备有高动态以及低破音能力，因此相当适用于一些影音家电使用。
wolfson WM8581
图6这一款codec芯片提供了4个立体声DAC，以及1个立体声ADC，此款产品主要是应用来作为DVD以及家庭剧院的多声道环境处理，内建的DAC声音分辨率可达24-bit 192-KHz，并可支持其它声音采样频率。至于独立的声音数据接口也是采用I2S，每个声音接口都可以有独立的主从模式。由于具有2个PLLs，因此可以产生2组不同的系统频率，以供外部及内部使用。芯片具有硬件设定模式，透过针脚连接与否来决定功能的使用？
NXP UDA1384
飞利浦半导体在转售之后，更名为NXP半导体，并且继续其半导体业务。图7这款声音codec芯片是多声道的录音／放音codec，除了具备有4+1组ADC以外，也提供了6个DAC作为声音输出之用。UDA1384支持了I2S接口，并且支持特殊的DSD（Direct Stream Digital）播放模式，并且可以透过L3 BUS或者是I2S接口控制。
VIA VT1708
VIA这款音效codec芯片除了支持完整的HD音效规范以外内建的DAC可提供超过100dB的SNR值，4组立体声DAC与2组立体声ADC都具备有24-bit及192KHz的解析能力，除此之外也内建了高质量的耳机扩大电路，以及多组输出入端子的设计，并且支持了电源管理模式，在封装上也与旧版芯片完全兼容，方便厂商沿用设计。
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