解决高清音频 IC 设计难题

强制性的蓝光格式音频编解码器
蓝光格式规范定义了两套可在蓝光播放器中实现的编解码器。其中第一套是强制性的，必须用作蓝光光盘的主要音频声道。这些编解码器包括：

● DTS–一种用于商业/影院应用和视频游戏等消费应用的多声道数字环绕声格式。

● 杜比数字或AC-3–一种可容纳多达6个分立式音频声道的编解码器，最大编码比特率为640kb/s，而35mm电影胶片使用320kb/s的固定速率，DVD视频光盘则限于448kb/s。

● 线性PCM–一种采样频率为48kHz或96kHz、每样本16，20或24位，可容纳多达8个音频声道的无压缩音频格式。最大比特率为6.144MB/s。

蓝光格式的可选音频编解码器
蓝光格式的可选音频编解码器包括有损和无损编解码器。有损编解码器包括：

● 杜比数字 Plus–一种基于AC-3的增强型有损编解码器，可支持高达6.144Mb/s的比特率和7.1音频声道。它还能提供更先进的编码技术，降低压缩失真(compression artifact)，并后向兼容现有的AC-3硬件。

● DTS高清高分辨率音频–一种可扩展原始DTS格式的有损编解码器，支持96kHz和24位深度分辨率的7.1声道。DTS-HD高分辨率音频可提供高达6.0Mb/s的恒定比特率。
无损编解码器则有：
● 杜比数字TrueHD–一种主要用于高清家庭娱乐设备(如蓝光光盘)的高清多声道音频编解码器。最大编码比特率为18Mb/s(未压缩速率)。这已显示了高清音频的高数据流量要求。

● DTS-HD主音频–以前被称为DTS++或DTS-HD，是原始DTS编解码器的扩展版本。这是一种无损音频，具有高达24.5Mb/s的可变比特率，并支持192kHz采样频率和24位信号分辨率的7.1分立式声道。

蓝光高清音频用例
一个高清音频的计算密集型蓝光使用案例包含主音频(main audio)和子音频(sub audio)流，以及一个音效流(effects stream)。主音频流可结合DTS-HD 主音频(见前述蓝光光盘一节)或杜比TrueHD 7.1声道，用于播放光盘。子音频流可采用DTS-HD Express或杜比数字Plus，以获得额外的数据，例如，从互联网下载电影中的导演加注。音效流则是一个简单的PCM音频流，为屏幕菜单增添音效的选择。

编码流可使用DTS 5.1编码器或杜比数字5.1编码器，而编码必须把数据以压缩的格式传送给一个兼容的音频/视频接收器(比如经由S/PDIF电缆)。混合信号在发送给扬声器之前可能需要后处理功能，以补偿声音失配播放环境或各种不同的音频不完整性。

图2 5.1编码系统

高清音频IC的设计挑战
在设计高清音频IC时，有若干因素需要考虑。高清音频最重要的特性是数据流量，因为相比传统的音频应用，高清音频数据流量大大提高。仅对 I/O而言，这种数据流量在某些编解码器就可能达到24.5Mb/s的输入速率和在27.6Mb/s的输出速率下达致每秒96kHz×8×24位的输出。这就需要一种新的IC设计方案来确保这些挑战得到解决，同时保证音频的质量。

另外，一些采样频率达192kHz、带6个或8个声道，并且运算精度很高的无损音频编解码器，如DTS-HD主音频或杜比TrueHD，它们的计算要求极高。如果不予以改进，单单一个编解码器就可能消耗掉传统DSP的全部MHz预算。

性能要求
如上所述，高清音频实现方案(如蓝光光盘应用)的数据处理要求非常高。在如此高的数据率下，很多现有的单核DSP解决方案都无法保证高质量的数据处理，故业界不少解决方案开始倾向于采用能够满足视频结合音频的处理开销要求的双内核方案。

而且，在DSP解决方案的实现中，除了强制性及可选音频编解码器之外，还需要许多后处理功能，而这些后处理功能正是众多实现方案的差异化因素。由于在处理最小的高清音频编解码器时，许多单核DSP都会有过载的情况，所以几乎没有什么剩余能力可言，即便有，也差不多都是用于强制性后处理。

芯片尺寸/功耗考虑
由于制造商和设计人员不得不应对挑战，把所有必要的处理功能全部塞入尺寸越来越小的芯片中，这使现有的芯片尺寸也面临着巨大的压力。采用多核解决方案虽然可以提供这些处理能力，但芯片尺寸、相应的价格增加和驱动子系统所需的电能之间的权衡都可能往往令人望而却步。特别在满足具有特殊功率和外形尺寸限制的高清设备(如便携游戏机)要求时，这一点尤其关键。

即使对于非移动设备，功耗也是一个重要的考虑因素，因为它影响到设备的散热性能。较高的功耗可能需要某些冷却手段，从而对产品的总体设计造成影响。