智能手機(jī)中的音頻設(shè)計(jì)

當(dāng)手機(jī)不斷地整合包括照相、游戲、數(shù)據(jù)、視頻等各種功能于一身時(shí)，它已搖身變成一個(gè)多媒體應(yīng)用的播放平臺(tái)，可說(shuō)是朝細(xì)致而微的隨身型迷你計(jì)算機(jī)發(fā)展。在定位上，這樣的手機(jī)有別于既有的純粹語(yǔ)音的手機(jī)(Voice phone)或具備某些功能的手機(jī)(Feature phone)，而當(dāng)屬于智能型手機(jī)(Smart phone)。

　　智能型手機(jī)除了具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)編輯管理能力，更能提供音、視頻、游戲等多媒體應(yīng)用服務(wù)，也能同時(shí)處理多項(xiàng)工作。更進(jìn)一步來(lái)看，它的功能面涵蓋了通信、信息與多媒體功能，即：

　　1. 通信功能：語(yǔ)音、訊息(messaging)、認(rèn)證(Authentication)、計(jì)費(fèi)(Billing)等等通信處理功能;

　　2. 信息功能：Email、行事歷、信息管理、Sync、安全性等信息處理功能;

　　3. 多媒體功能：視頻、照相、游戲、TV、串流、音樂(lè)、DRM等多媒體應(yīng)用功能;

　　除了信息功能外，在通信與多媒體的應(yīng)用上，音頻是必要的處理任務(wù)。在過(guò)去，手機(jī)只需要處理單純的語(yǔ)音通話信號(hào)，但今日的智能型手機(jī)中得處理的音頻任務(wù)繁重，除了多音調(diào)振鈴、MP3音樂(lè)外，可能還要有FM廣播及游戲音效，而且不能只是單聲道的效果，現(xiàn)在要求的是立體聲的臨場(chǎng)感體驗(yàn)。

　　過(guò)去，數(shù)字音頻的世界是截然兩分的：一邊是Hi-Fi的世界，另一邊則是語(yǔ)音的世界。一般而言，Hi-Fi是指16bit立體聲質(zhì)量、以44.1kHz取樣的音頻，也就是CD音樂(lè)的規(guī)格;電話語(yǔ)音則是8bit和8kHz的單聲道(mono)、低質(zhì)量音頻。不過(guò)，進(jìn)入智能型手機(jī)的時(shí)代，兩個(gè)音頻世界開始撞擊在一起了，如何將音頻子系統(tǒng)完善地與應(yīng)用及通信處理平臺(tái)整合在一起，就成了便攜式設(shè)備工程師開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)。

　　音頻編碼格式與接口

　　在進(jìn)入系統(tǒng)架構(gòu)的探討前，先來(lái)看看音頻編碼的現(xiàn)狀。目前音頻編碼的格式繁多，針對(duì)聲音的編碼就有PCM、ADPCM、DM、PWM、WMA、OGG、 AMR、ACC、MP3Pro以及MP3等;針對(duì)人類語(yǔ)音有LPC、CELP與ACELP等;其它還有MPEG-2、MPEG-4、H.264、VC-1 等視聽節(jié)目的編碼格式。

　　以下介紹三種常用的音頻格式：

　　AMR格式

　　AMR為自適應(yīng)多碼率語(yǔ)音傳輸編譯碼器(Adpative Multi-Rate Speech Codec)，最初版是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ETSI)為GMS系統(tǒng)所制定的語(yǔ)音編譯碼標(biāo)準(zhǔn)，而因頻寬又分為兩種—AMR-NB(AMR Narrowband)和AMR-WB(AMR Wideband)。以市場(chǎng)最大品牌Nokia來(lái)說(shuō)，其多數(shù)手機(jī)都支持上述兩種格式的音頻文件。

　　MP3格式

　　MP3是MPEG AudioLayer3的縮寫，這是一種音頻壓縮技術(shù)，其編碼具有10:1-12:1的高壓縮率，可以保持低頻部分不失真，但犧牲了音頻中12KHz -16KHz的高頻部份來(lái)降低文件大小，其“.mp3”格式文件一般只有“.wav”的10%。另外，MP3受到歡迎的一大原因，是它并非受到版權(quán)保護(hù)的技術(shù)，所以任何人都可以使用。

　　MP3格式壓縮音樂(lè)的取樣頻率有很多種，可以用64kbps或更低的編碼來(lái)節(jié)省空間，亦可以用到 320kbps達(dá)到極高的壓縮音質(zhì)。MP3在編碼速率上，又分為CBR(固定編碼)，與及“VBR”(可變碼率)技術(shù)，有些手機(jī)無(wú)法播放下載來(lái)的音樂(lè)，正是因?yàn)闆]有支持“VBR”格式的MP3音樂(lè)。

　　AAC格式

　　AAC即高級(jí)音頻編碼(Advanced Audio Coding)，它采用的運(yùn)算方式是與MP3不同，AAC可以同時(shí)支持多達(dá)48個(gè)音軌、15個(gè)低頻音軌、更多種取樣率和傳輸率、具有多種言語(yǔ)的兼容能力，以及更高的解碼效率?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，AAC可以在比MP3格式再縮小30%的條件下提供更好的音質(zhì)，而且聲音保真度好，更接近原音，所以被手機(jī)界視為是最佳的音頻編碼格式。AAC是一個(gè)大家族，他們是共分為9種規(guī)格，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要：

　　(1) MPEG-2AAC LC 低復(fù)雜度規(guī)格 (Low Complexity)

　　(2) MPEG-2 AAC Main 主規(guī)格

　　(3) MPEG-2 AAC SSR 可變?nèi)勇室?guī)格 (Scaleable Sample Rate)

　　(4) MPEG-4 AAC LC低復(fù)雜度規(guī)格(LowComplexity)，現(xiàn)在的手機(jī)比較常見的MP4檔中的音頻部份就包括了該規(guī)格音頻文件

　　(5) MPEG-4AAC Main 主規(guī)格

　　(6) MPEG-4 AAC SSR 可變?nèi)勇室?guī)格 (Scaleable Sample Rate)

　　(7) MPEG-4 AAC LTP長(zhǎng)時(shí)期預(yù)測(cè)規(guī)格(Long Term Prediction)

　　(8) MPEG-4 AAC LD低延遲規(guī)格(Low Delay)

　　(9) MPEG-4 AAC HE高效率規(guī)格(High Efficiency

　　上述的規(guī)格中，主規(guī)格(Main)包含了增益控制以外的全部功能，其音質(zhì)是最好，而低復(fù)雜度規(guī)格(LC)則是比較簡(jiǎn)單，沒有了增益控制，但提高了編碼效率，至于SSR與LC規(guī)格大致相同，但是多了增益的控制功能，另外，LTP/LD/HE都是用在低碼率下的編碼，其中HE采用NeroACC編碼器支持，是近來(lái)常用的一種編碼率方式。不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，Main規(guī)格和LC規(guī)格的音質(zhì)相差不大，因此考慮手機(jī)目前的內(nèi)存仍有限的情況下，目前使用最多的AAC規(guī)格是 LC規(guī)格。