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【知识帖,附图】关于数字音乐播放器的类型,元芳,你怎么看?

2012-10-22 20:49:56   作者:soundaware   评论:0 点击:

数字音乐播放器将成为主流是一个不争的事实,首先它能够支持各种各样的数字音乐,其次是声音将会达到或超越中高端CD的效果,更重要的是,它使用极其方便,支持各种接口以及控制方式。

然而数字播放的要求其实比CD还要高,以下为一些分析以及业内公开的信息供大家参考。

一般数播的要求:


1)数字音乐有多种码率,从32khz~192khz不等,从16bit~24bit不等。
2)数字音乐文件为了减少网络传输的时间,数据往往是经过无损压缩,特别是高保真的无损音乐,大部分被压缩成FLAC或APE格式。
3)使用要方便,最好USB,大硬盘,SD都能支持,如果网络直接播放更好,这样就可以完全网络控制以及音乐管理了。
4)更好的控制方式,如红外,网络控制将更佳。

从播放器的角度来看,其实数字音乐播放器与传统的CD机区别仅仅是数字部分(假如模拟部分都支持 24bit,192khz的情况下),即大家常说的数字转盘。

先谈一下好的CD转盘为何能达到好的效果,先从CD转盘重放的过程说起,从架构说起(仅画出音频相关主要部分,缓冲可选)。


 
    
如果说有一张好的CD加上好的转盘,基本上输出数据的准确度就可以达到非常高的水准,这样就可以基于时钟驱动的同步机制,也可是异步缓冲生成,同时解码合成处理芯片因为功能简单,可以做到极低的延时处理,这样出来的效果自然不在话下。

但是以上是理想情况,如果CD本身在刻录后,光盘的凹凸点不够精准(所谓的抖动),加上转盘的稳定度,精度又不高,同时时钟又一般,出来的效果自然就比较一般,所以CD转盘的效果直接依赖转盘的素质以及相关的时钟系统(当然电源是以上两者的基础)。

但对于数字播放来说,首先要达到如CD一样的架构,首先要解决的就是不同频率的音乐需要不同类型时钟的问题,即44.1khz,48khz两种频率时钟供应。其实因为没有了机械部分,那就需要对合成解码芯片,电源,时钟提出了更高的要求,还要满足方便性(上述所说的各种音乐以及接口的支持)。



  为此,市场上目前存在几种数字音乐播放器方案

一.  纯CPU方式

 

随着CPU功能越来越强大,特别是ARM CPU,Cortex A8 CPU最高可以支持32bit, 384khz的音乐播放。对于设计者来说,是非常简单,因为ARM内置IIS输出,可以直接输出到DAC或者解码器。可以做到很小的体积以及很低的成本。原理跟我们手机或电脑直接播放音乐的道理是一样的。
优点是功能强大,大硬盘,网播等都不是问题,而且软件都基本上是现成的,强大的处理能力能支持各种各样的音乐格式。

 但是这样的方式存以下问题:
1) 时钟如之前分析数字音乐所描述的那样,时钟要好,ARM内部只支持一路时钟输入,而且必需经过PLL锁相环分出不同的频率,分出不同的主时钟,因为集成PLL锁相环在ARM内部作为普通消费类使用还可以,如果作为HIFI的时钟系统相距甚远,无论精度还是相噪跟外置的直接晶振相比有不止一个数量级的差距。而且无论外面的单输入时钟有多好,PLL的素质成为了瓶颈。
2) 电源,因为ARM的供电除了核心供电外,其它的处理模块都是共用同一路供电,而且全集成,EMI不说,消费类的信噪比标准是70~90db,与HIFI要求 100db以上都相差甚远。这就是说外围供电性能再高,波纹再小,最后输出的数字信号相噪还是这样。这如同说在一个很多人拥挤的房间里面,外面空气再好,里面改善也不会太大的。
3) 还有,CPU内嵌的方式,毕竟是消费类电子使用,如同说IPod的声音在消费类里面是佼佼者的话,放在HIFI里面可能还很难入门,原因是因为CPU内嵌的音频模块并非为HIFI所设计,无论缓存大小,用料,电源设计,时钟设计与HIFI的要求相差较远。
二. MCU/单片机+硬核解码
这种方式是纯CPU的一个改进,用专门的硬核处理关键的解码合成过程,硬核完成时钟系统以及合成。


 

优点是:
1) 如果是优秀双晶振方案和优秀的硬件解码合成芯片,非单片机自带的IIS模块,数字输出质量是有一定保证的。
2) 电源可以接口MCU/单片机与解码分离,这样使得输出效果也可以不同。
不足的地方:
1) 接口受限,基本主要以SD为接口。母带音乐 24bit,192khz必需要求USB2.0高速模式才能支持,使得必需需要非常高端的MCU或者单片机。同时因为大硬盘往往采用各种各样分区模式以及NTFS文件系统,MCU或单片机支持难度非常大,这样即使有USB的话,基本上只能支持FAT32 格式的U盘。网络播放则更需要更高端以及巨量的研发工作。
2) 显示,因为普通单片机以及MCU显示屏的支持受限,只有高端的MCU或单片机才可能做出绚丽的显示效果,如IPOD使用了最新的Cortex M4才可以达到比较好的显示效果。 
3) 处理能力的问题,因为大量无损音乐需要实时解压后才后进行解码合成,解压工作需要单片机或者MCU完成,特别是24bit,192khz的FLAC音乐以及APE音乐,单片机以及MCU的性能基本不能胜任。这样只能支持低码率的FLAC或者APE,同时可以支持非压缩的WAV。
三. ARM+硬核解码:
                                              
  
                           
这个方案就是上述两个方案的集大成者,继承了方案一和方案二所有的优点,同时避免了上述两个方案的缺点,HIFI-END厂商Linn也是基于上述架构。
     众所周知,高端ARM跑操作系统的,硬解码芯片也没有任何现成通用的方案,需要各个厂家自行设计开发,也就是说没有标准。因为音频需要极低的延时,所以必需开辟专门的实时通道为硬芯片进行解码处理。基于上述的情况,意味着所有的播放软件,以及底层通讯,操作系统内核音频相关代码都需要修改或者完全重写。这样就需要以下部分工作要解决:
1) 硬解码芯片。
2) ARM的软件从底层到界面到播放,到控制全部要重写。
3) 要通过系统开辟实时传输通道,进行数据传输。

这个工作量有多大呢?所有软件上的工作量基本不亚于开发小型操

作系统,硬件上基本上是设计一个全新的音频芯片。

正因为巨大的研发量,为此Linn实际实现的时候只选择了网络播放
这个接口,通过网络进行显示与控制(意味着必需要一个终端进行
额外的显示与控制),大大减轻了控制,界面以及更多接口支持的
开发,然而就带来了使用也不方便的问题,必需要一台路由器以
及一台电脑作控制。

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    • ·(1970-01-01)
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