解決高清音頻 IC 設計難題

強制性的藍光格式音頻編解碼器
藍光格式規范定義了兩套可在藍光播放器中實現的編解碼器。其中第一套是強制性的，必須用作藍光光盤的主要音頻聲道。這些編解碼器包括：

● DTS–一種用于商業/影院應用和視頻游戲等消費應用的多聲道數字環繞聲格式。

● 杜比數字或AC-3–一種可容納多達6個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8個音頻聲道的無壓縮音頻格式。最大比特率為6.144MB/s。

藍光格式的可選音頻編解碼器
藍光格式的可選音頻編解碼器包括有損和無損編解碼器。有損編解碼器包括：

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

● DTS高清高分辨率音頻–一種可擴展原始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6.0Mb/s的恒定比特率。
無損編解碼器則有：
● 杜比數字TrueHD–一種主要用于高清家庭娛樂設備(如藍光光盤)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據流量要求。

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

藍光高清音頻用例
一個高清音頻的計算密集型藍光使用案例包含主音頻(main audio)和子音頻(sub audio)流，以及一個音效流(effects stream)。主音頻流可結合DTS-HD 主音頻(見前述藍光光盤一節)或杜比TrueHD 7.1聲道，用于播放光盤。子音頻流可采用DTS-HD Express或杜比數字Plus，以獲得額外的數據，例如，從互聯網下載電影中的導演加注。音效流則是一個簡單的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編碼器或杜比數字5.1編碼器，而編碼必須把數據以壓縮的格式傳送給一個兼容的音頻/視頻接收器(比如經由S/PDIF電纜)。混合信號在發送給揚聲器之前可能需要后處理功能，以補償聲音失配播放環境或各種不同的音頻不完整性。

圖2 5.1編碼系統

高清音頻IC的設計挑戰
在設計高清音頻IC時，有若干因素需要考慮。高清音頻最重要的特性是數據流量，因為相比傳統的音頻應用，高清音頻數據流量大大提高。僅對 I/O而言，這種數據流量在某些編解碼器就可能達到24.5Mb/s的輸入速率和在27.6Mb/s的輸出速率下達致每秒96kHz×8×24位的輸出。這就需要一種新的IC設計方案來確保這些挑戰得到解決，同時保證音頻的質量。

另外，一些采樣頻率達192kHz、帶6個或8個聲道，并且運算精度很高的無損音頻編解碼器，如DTS-HD主音頻或杜比TrueHD，它們的計算要求極高。如果不予以改進，單單一個編解碼器就可能消耗掉傳統DSP的全部MHz預算。

性能要求
如上所述，高清音頻實現方案(如藍光光盤應用)的數據處理要求非常高。在如此高的數據率下，很多現有的單核DSP解決方案都無法保證高質量的數據處理，故業界不少解決方案開始傾向于采用能夠滿足視頻結合音頻的處理開銷要求的雙內核方案。

而且，在DSP解決方案的實現中，除了強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現方案的差異化因素。由于在處理最小的高清音頻編解碼器時，許多單核DSP都會有過載的情況，所以幾乎沒有什么剩余能力可言，即便有，也差不多都是用于強制性后處理。

芯片尺寸/功耗考慮
由于制造商和設計人員不得不應對挑戰，把所有必要的處理功能全部塞入尺寸越來越小的芯片中，這使現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、相應的價格增加和驅動子系統所需的電能之間的權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備(如便攜游戲機)要求時，這一點尤其關鍵。

即使對于非移動設備，功耗也是一個重要的考慮因素，因為它影響到設備的散熱性能。較高的功耗可能需要某些冷卻手段，從而對產品的總體設計造成影響。