智能手機中的音頻設計

當手機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，它已搖身變成一個多媒體應用的播放平臺，可說是朝細致而微的隨身型迷你計算機發(fā)展。在定位上，這樣的手機有別于既有的純粹語音的手機(Voice phone)或具備某些功能的手機(Feature phone)，而當屬于智能型手機(Smart phone)。

　　智能型手機除了具有較強的數(shù)據(jù)編輯管理能力，更能提供音、視頻、游戲等多媒體應用服務，也能同時處理多項工作。更進一步來看，它的功能面涵蓋了通信、信息與多媒體功能，即：

　　1. 通信功能：語音、訊息(messaging)、認證(Authentication)、計費(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、DRM等多媒體應用功能;

　　除了信息功能外，在通信與多媒體的應用上，音頻是必要的處理任務。在過去，手機只需要處理單純的語音通話信號，但今日的智能型手機中得處理的音頻任務繁重，除了多音調振鈴、MP3音樂外，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感體驗。

　　過去，數(shù)字音頻的世界是截然兩分的：一邊是Hi-Fi的世界，另一邊則是語音的世界。一般而言，Hi-Fi是指16bit立體聲質量、以44.1kHz取樣的音頻，也就是CD音樂的規(guī)格;電話語音則是8bit和8kHz的單聲道(mono)、低質量音頻。不過，進入智能型手機的時代，兩個音頻世界開始撞擊在一起了，如何將音頻子系統(tǒng)完善地與應用及通信處理平臺整合在一起，就成了便攜式設備工程師開發(fā)新產品時的關鍵性挑戰(zhàn)。

　　音頻編碼格式與接口

　　在進入系統(tǒng)架構的探討前，先來看看音頻編碼的現(xiàn)狀。目前音頻編碼的格式繁多，針對聲音的編碼就有PCM、ADPCM、DM、PWM、WMA、OGG、 AMR、ACC、MP3Pro以及MP3等;針對人類語音有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為自適應多碼率語音傳輸編譯碼器(Adpative Multi-Rate Speech Codec)，最初版是歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)為GMS系統(tǒng)所制定的語音編譯碼標準，而因頻寬又分為兩種—AMR-NB(AMR Narrowband)和AMR-WB(AMR Wideband)。以市場最大品牌Nokia來說，其多數(shù)手機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，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，是它并非受到版權保護的技術，所以任何人都可以使用。

　　MP3格式壓縮音樂的取樣頻率有很多種，可以用64kbps或更低的編碼來節(jié)省空間，亦可以用到 320kbps達到極高的壓縮音質。MP3在編碼速率上，又分為CBR(固定編碼)，與及“VBR”(可變碼率)技術，有些手機無法播放下載來的音樂，正是因為沒有支持“VBR”格式的MP3音樂。

　　AAC格式

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

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

　　(2) MPEG-2 AAC Main 主規(guī)格

　　(3) MPEG-2 AAC SSR 可變取樣率規(guī)格 (Scaleable Sample Rate)

　　(4) MPEG-4 AAC LC低復雜度規(guī)格(LowComplexity)，現(xiàn)在的手機比較常見的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 可變取樣率規(guī)格 (Scaleable Sample Rate)

　　(7) MPEG-4 AAC LTP長時期預測規(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，其音質是最好，而低復雜度規(guī)格(LC)則是比較簡單，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，是近來常用的一種編碼率方式。不過一般來說，Main規(guī)格和LC規(guī)格的音質相差不大，因此考慮手機目前的內存仍有限的情況下，目前使用最多的AAC規(guī)格是 LC規(guī)格。