Aduio 音訊處理 DSP ADC

強化電子產品競爭優勢 彈性音訊架構重要性日顯

2010-10-01
由於目前消性電子生命週期普遍不長,加上消費者對於產品的語音品質要求越來越高,因此僅可支援單一產品的音訊處理器架構已無法滿足成本考量,促使可符合各種終端產品的彈性音訊架構重要性日增。
在消費性電子設計上,產品功能決策的時間若拖得太晚,往往會被大多數設計者和產品經理視為無法承受的奢侈行為。因應市場條件的突然變化、競爭者的威脅及法律或財務目標的變動而修改設計,常被認為是一件非常令人頭痛的事,然而,若擁有一個可以快速變更產品設計方向的彈性系統架構,就能將這些麻煩轉變為競爭優勢。

若能建立一個跨越多樣化外型架構和產品階層,並且內建一些保障未來彈性與延展能力的音訊架構,即使建構第一個產品須花費較長的時間,通常卻會是一項非常好的投資。相反的,若架構是由單個產品決定,而未能顧及產品系列及其未來衍生的可能樣式,那麼當該架構在往後世代必須適應一些原本未能包含在內的功能需求時,往往就會導致須耗費時間進行無窮盡的重新設計和除錯的結果。

投資一個彈性的音訊架構並不困難,只要力求簡單,並選擇只需要些許軟體的額外處理就能輕易整合的資料轉換器。藉此,較低階產品能夠透過減少這些元件更輕易地衍生;高階產品則可改採用更高效能的轉換器即可,而毋須針對核心硬體及軟體元件做任何變更。有一些低功耗立體音響類比數位轉換器(ADC),就是專為提供與這類系統的輕易整合而設計,並且還能透過其簡易的使用性,協助縮短產品上市的時程。此外,通盤考慮一些可能產生改變的設計案例,也有助於確保架構的未來適用性。

架構設計應適用於多種不同實體

工程師應該經常假設一個電子設計將被重複使用於多種實體構型上。如此一來,同時也會造成訊號可能跨越不同實體設計的電路板,進而採取不同的方式進行傳遞。因此,當設備內提供影音輸入時,合理的作法就是將這些訊號在靠近連接器的地方盡可能予以數位化,以確保當訊號線環繞或進入新系統時須重新建立另一條傳送路徑(Re-routed)的雜訊拾取(Noise Pickup)能減至最低。現在,已有一些解決方案可提供此種設計彈性的需求,如歐勝(Wolfson)的低功耗立體音響ADC就提供簡單的方法,能先將音源線輸入轉換成I2S格式,再由主機數位訊號處理器(DSP)進一步處理訊號。

這顆ADC因為僅占用較少的電路板面積,故能盡可能地靠近連接器部署,雖然這種方法會延長數位連接,可能導致些許輸入/輸出(I/O)功率消耗的增加,不過,轉換器本身的低功耗優勢足以提供遠大於此的補償,因此其消耗的功率就能達到僅相當於電池供電裝置(Battery-powered)所採用之典型ADC所消耗的程度。利用此種小型且成本效益元件建構的可延展架構,對於整合所有轉換器的單晶片主機元件而言,就可提供許多優勢。

一般而言,這種單晶片轉換器並不是以能適用於不同階層的產品為設計目標,因此通常都會有較長的產品更新週期,而且在建立差異性或者對於市場條件變化的快速回應上,就只能留給系統設計者些微的餘裕。

透過高品質ADC降低微小雜訊

了解效能表現的瓶頸所在絕對有助於提升設計成果。系統內的限制因素可能包括訊號處理、放大器或轉換器效能、系統硬體設計或音頻極限,然而更廣義的系統可能延伸到超越設備本身,因此在元件的選擇上也應一併被考慮。如透過外部高傳真音響設備播放電視音源輸出的做法並非不常見,因為那些從較小型電視喇叭輸出時不易察覺的噪音,一旦透過高傳真設備放大之後,即可能變得相當明顯。選擇一個良好品質的ADC將有助於通過較後級處理後,也能大幅減少那些原本幾乎不太會被察覺的雜訊。

連接性通常是音訊設備製造廠商的課題之一,並且在某些情形下,連接性也會提高語音通訊的可能性。行動電話產業曾經投注了數年的時間,致力為以語音通訊為主的裝置增加優質的多媒體功能,如今,同樣的問題反過來成為較大型娛樂裝置製造商必須克服的挑戰。語音將會面臨其特有的挑戰,尤其在新的系統雜訊源,以及當語音和其他音訊內容並存所形成的較複雜訊號鏈中。

或許會讓人覺得不公平的是,使用者對通話品質的期望有時候會被認為是依據其所使用的通話裝置而定,而非網路或通話另一端的環境因素。特別是視訊通話,若要改善語音通話品質以符合使用者期望,則往往須涉及麥克風的陣列處理,而在多重麥克風的電子雜訊處理上,確保資料轉換盡可能接近轉換器的基本原則依然非常重要。

如今,電視、個人電腦(PC)、平板電腦、電話和遊戲裝置間的界線日漸模糊,系統設計師便須面對一些有趣的挑戰。而對使用者而言,甚至可以說這些裝置的優劣越來越取決於其顯示尺寸而非硬體功能, 尤其在功能本身的聚合及更傾向軟體定義(Software-defined)的發展模式下,這樣的趨勢就變得更加明顯。因此,在這樣的環境驅使下,一個在功能、效能表現和連接性方面都能提供輕易延展能力的彈性音訊架構,對於希望維護競爭優勢的消費性電子設備廠商而言,已變得遠比以往更加重要。

(本文作者任職於歐勝)

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