软声卡

kontakt · 发表于 2004-6-24

软声卡
声卡大致可分为软声卡和硬声卡，软声卡一般是集成与主板之上，声音部分的数据处理运算由CPU来完成；硬声卡的声音处理芯片是独立的，声音数据由声音处理芯片独立完成，不需要CPU来协助运算，这样可以很大程度上减轻CPU的运算。
目录
1关于软声卡软声卡
2AC`97标准的规格
3传统的音效硬件加速方式
1关于软声卡软声卡
可能很多用户都会有这样一种感觉，一些IT媒体、硬件厂商或是硬件方面的专家们在介绍一块诸如INTEL810/815/815E、VIA693A/694X自带声卡的主板，或者其它相关硬件产品时，经常可以从他们的介绍中了解到其自带声卡是所谓的“软声卡”，且一般都是符合AC'97标准的，称之为AC'97软声卡。在很多用户的常规理解中，AC'97几乎已经成为软声卡的代名词，无法和高性能联系在一起，也是低档整合主板特有的一个名词。那么，究竟这“AC'97”是何物？其设计思路又是怎样的呢？ AC`97标准的提出1996年6月，5家PC领域中颇具知名度和权威性的软硬件公司共同提出了一种全新思路的芯片级PC音源结构，也就是我们现在所见的AC`97标准（AUDIO CODEC97）。这5家电脑公司包括了在主板芯片组领域占有举足轻重位置且市场占有率第一的INTEL公司、声卡业界的龙头大哥新加坡的创新科技公司（CREATIVE LABS）、在MIDI领域享有盛誉的日本YAMAHA公司、芯片组制造大厂美国国家半导体及专门制造信息处理器系统的美国ANALONG DEVICES公司。与此同时，AC`97标准同时也得到了国际上一些其它著名品牌厂商的大力支持和合作意向，其中包括比较著名的AZTECH LABS、CRYSTAL SEMICONDUCTOR、ESS TECHNOLOGY、OAK TECHNOLOGY公司等。从支持AC`97标准的各大公司阵容来分析，AC`97标准在当时的提出，其主要目的就是给未来的家用PC提供更出色、更高级的音源品质。AC`97标准作为一种全新的音源架构，主要就是针对于PC多媒体市场需求日益迫切的音源信号处理方式和音源硬件加速方式而强化的两项功能，并据此提出了一种切实可行的解决方案。这种解决方案简而言之，就是把它们全部集成在芯片组中，以此来形成一种全新的PC音源架构。可以想见，在不久的将来PC多媒体音效市场必将由此而引发一场深层次的革命，一如当年AGP标准对显示卡业界的冲击。
众所周知，以往电脑音效厂商为了能够在PC机上加强各种音效处理，特别是增强3D音效的部分，逐渐发展并提出了许多技术规格来借以加强3D音效。就象早期的ISA声卡，由于其集成度不高，声卡上散布了大量元器件，后来随着技术和工艺水平的发展，出现了单芯片的声卡，只用一块芯片就可以完成所有的声卡功能。如YAMAHA719、ALS007、AD1816等，由于数字部分和模拟部分同处在一块上，很难降低电磁串扰对模拟部分的影响，使ISA声卡信噪比并不理想，一般只能达到60-75分贝。只有少数象创新AWE系列的高档声卡信噪比能达到80分贝以上。从目前观之，发展最快、最成熟、最完善也是当前最重要的，当属模拟与数字两种处理技术。重要的模拟音效处理技术包括SRS（SOUND RETRIEVAL SYSTEM）-SRS LABS、SPATIALIZER-DESPER PRODUCTS、QXPANDER-QSOUND LABS等。而相对于数字音效技术，目前仍然主要利用DSP芯片来完成诸如3D立体音效的处理。尽管数字音效处理所花费的成本可能较之于模拟音效处理技术要高出很多，但其具备能够同时集成不同音源的优势，并将会逐渐成为新一代音效处理标准。
因此可以这样讲，由5家业内厂商共同推出的新一代AC`97标准规格，从根本上改进了传统的音源处理方式，首次采用了双芯片结构。AC`97标准结合了数字处理和模拟处理双方面的优点，一方面减少了由模拟线路转换至数字线路时可能会出现的噪声，营造出了更加纯净的音质；另一方面，将音效处理集成到芯片组后，可以进一步协助厂商降低成本。另外，从另一个角度来分析，随着USB标准和IEEE 1394的日趋流行，而目前的PC声音信号仍然只能通过PCI或ISA总线进行传输，也确实到了必须加以改进不可的时候了。时不我待，AC`97标准规格也正是面对这样一个形势应运而生的产物。对于最终用户的消费者而言，既能够得到比以前更为优质的高品质声音，同时又能够进一步降低自己的购置费用，一石而二鸟，何乐而不为呢？
97年后，市场上出现的PCI声卡大多已经开始符合AC'97标准规范，把模拟部分的电路从声卡芯片可中独立出来，成为一块称之为Audio Codec的小型芯片，如图所示，左上角那块WM9701就是Wolfson生产的AC'97芯片，中央的大芯片为FORTEMEDIA公司的FM801，可称之为Digital Control，是数字部分，简写为DC'97芯片。DC'97完成大部分声卡功能，如WAV回放，MIDI合成，音效处理等，再把PCM的数字信号通过与AC'97相连的5条引线送到AC'97芯片中，由AC'97芯片完成数字和模拟信号的转换后输出到音箱。别看AC'97芯片只有7X7mm见方，48脚的TQFP封装，它比普通DAC能完成更多的功能，还包含有把模拟信号转换为数字信号的ADC，多路模拟信号混合输入及输出，就象音响中的数字编码/解码器和前置功放的作用。如图1右上角的VIDEO的PHONE接口，可以联接第二只CDROM和电视卡的音频输出。不同AC'97芯片之间引脚兼容，原则上可以互相替代，购买声卡时可注意一下AC'97芯片的型号，因为AC'97芯片生产厂商众多，性能也大不一样。早期的PCI声卡售价高，材料也用得足，如YAMAHA724声卡上的AC'97芯片采用了SigmaTel的STAC97系列，而后期为了降低成本，采用了廉价的AC'97芯片，性能不升反降，购买时一定要注意。不妨先看看高档声卡上的AC'97芯片，记下其型号和厂商，以备在选购声卡时对照。SigmaTel的STAC97系列常用于高档声卡，如创新的PCI128 Digital采用了STAC9708芯片，支持四声道输出。SigmaTel最新的STAC9744芯片信噪比高达96分贝。象AD、Crystal、华邦等厂商生产的AC'97芯片性能比它低，但大多数能达到80分贝的信噪比，常见于中低档声卡和主板集成声卡中。有的声卡宣称信噪比是如何优秀，其实并不是采用何种主芯片的关系，是全仗采用AC'97芯片性能的优秀。普通AC'97芯片十万块售价为4美元左右，名牌的产品价格更高。这使有的声卡生产厂商改变电路设计，市场上常见售价低于100元的声卡就没有采用AC'97芯片，象CMI8738、ALS4000、VIBRA128等，是单芯片结构，数字部分和模拟部不分离，虽然降低了成本，不过信噪比是达不到80分贝的。现在可以回过头来看主板上的AC'97声卡是怎么回事了，自VIA和INTEL相继在南桥芯片中加入声卡的功能，通过软件模拟声卡，完成一般声卡上主芯片的功能，音频输出就交由一块AC'97芯片完成。所以这类主板看不到上面有较大的声卡芯片，只有一块小小的AC'97芯片。与直接集成的硬声卡相比，由于采用软件模拟，CPU占用率比一般声卡高，如果CPU速度达不到要求或因为驱动软件问题，就很容易会产生爆音影响音质。为解决类似问题和提高性能，有的主板采用了集成硬声卡的方式，较正规也符合AC'97标准，有一块较大的主流声卡芯片，还有一块较小的AC'97芯片。而低成本集成声卡往往采用不符合AC'97标准的声卡，如CMI8738等四声道音效芯片，其芯片成本与较高档AC'97芯片也高不到那里去，但用户更乐意接受硬声卡，而不去关心其是否另带AC'97芯片。 AC`97标准的规格采用双芯片的PC声音解决方案；两种标准的封装方式：48针和64针；数字/模拟信号分离，全面改善信噪比（>90db）； 16位立体声全双工codec、固定48K采样频率； 4种模拟立体声输入，分别来自LINE、CD、VIDEO、AUX；两种模拟单声道输入，分别来自麦克风和PC喇叭；可从两个外接音源交换的单声道麦克风进行输入；高品质的CD输入；立体声线性输出；电话单声道输出；支持电源管理；可选音调控制；可选高音控制；可选3D立体声增强；可选立体声耳机输出；可选18或20位DAC及ADC分辩；可选MODEM线性codec（ADC和DAC）；可为麦克风选择第三个ADC输入通道。
由上述不难看出，AC'97标准对于电路的要求更加严格。根据AC'97标准的规定，由于IC电路集成度较高，将DAC、ADC及其它相关的数字电路集成成为芯片形式后，不仅能够减少整个系统的设计成本，同时也可以获得更好、更有效的声音效果。这一点完全可以从其信噪比至少要求90db可以看出。此外，由于采用了双芯片的设计形式，厂商们在设计方面也可以更加灵活，更易于在整个系统中的集成。同时，从某种意义上讲，AC'97标准也为另外一个重要课题，即百分之百数字音效PC提供了一套完整的解决方案。那么，新的概念又来了，什么是百分之百数字音效PC呢？顾名思义，即在一部PC中，所有的声音来源或输出都是采用数字方式来处理的，即使是在电脑内部，所有声音也都将以数字的方式来传输。利用这种方式，用户们想来就可以得到更好的声音效果，避免了数字线路与模拟线路转换过程中可能产生的大量噪声。以前，受成本、保持向下兼容以及无法有效利用PC资源系统等诸多因素的影响（如CPU、RAM、总线），百分之百数字音效PC一直没有一套切实可行的解决方案。AC'97标准正是妥善考虑到了这一点，提出了“与总线无关”的声音输出概念。在这个方案中，声音信号仍然可以通过传统的总线方式传输，如ISA或PCI。但现在它也能重新导向至USB或IEEE 1394总线，所以无论模拟输出（DAC做在PC内部，声音输出到标准立体声音箱）还是数字输出（DAC做在PC外部，声音输出到USB或IEEEE 1394连接器，即所谓的USB音箱等）均可以随心所欲，任意左右。 AC'97的硬件加速机制
2AC`97标准的规格
采用双芯片的PC声音解决方案；
两种标准的封装方式：48针和64针；
数字/模拟信号分离，全面改善信噪比（990db）；
16位立体声全双工codec、固定48K采样频率；
4种模拟立体声输入，分别来自LINE、CD、VIDEO、AUX；
两种模拟单声道输入，分别来自麦克风和PC喇叭；
可从两个外接音源交换的单声道麦克风进行输入；
高品质的CD输入；
立体声线性输出；
电话单声道输出；
支持电源管理；
可选音调控制；
可选高音控制；
可选3D立体声增强；
可选立体声耳机输出；
可选18或20位DAC及ADC分辩；
可选MODEM线性codec（ADC和DAC）；
可为麦克风选择第三个ADC输入通道。
3传统的音效硬件加速方式
IN-LINE
以下笔者就以播放DVD为例，先来简单说明一下传统的音效处理加速方式。
众所周知，一部电脑在播放DVD-ROM时，CPU处理器肯定是先把编码过的杜比AC-3声音从MPEG-2影片中分离出来，并将其放置在DRAM缓冲区内，再通过AC-3硬件解压缩设备从DRAM的缓冲区内将音效数据提出、解码，最后与5.1声道混合成为双声道输出，最终达成IN-LINE音效硬件加速的目的。
明白了这一点，下面再让我们一起来对比看一看AC'97标准的音效硬件加速方式：multi-trip
符合AC'97标准规格的芯片组与传统的音效输出方式不同，此时的音效数据可以改向传至USB或IEEE 1394。其具体实现主要有以下几个步骤：第一步先由AC-3硬件加速装置从DRAM中提取出CPU处理器事先已经分离出的数据；第二步由AC-3执行解压缩与混音操作，把合成后的数据重新送入DRAM中的另一块缓存区。这时会产生一个中断信号，以此来告诉操作系统，合成声音数据已经准备完毕；第三步操作系统会协同CPU处理器将已经处理好的声音数据转移到新的缓冲区，然后将数据送入USB管道，等待输出；最后一步是USB控制器取得相关的声音数据后将其送至相对应的数字扬声器。如何在系统中实现AC'97的标准
为了让厂商真正将符合AC'97标准的芯片组顺利移植到主板上，INTEL公司建议设计者采用以下三种方式：
一是，将控制器和声音解码芯片全部都整合在主板上，让这二者通过AC-LINK加以沟通。这样做的好处在于，芯片组与主板之间的整合度可以达到最佳；二是，将控制器做在主板上，而将声音解码芯片做在接口卡上，让二者仍然通过AC-LINK进行沟通。这样一来，用户便可以比较灵活地选择解码芯片。另外，在接口卡上也可以选择性地添加modem语音部分的传输功能。
三是，将控制器和解码芯片全部都做在卡上，通过32或64位PCI总线与其它外设进行沟通。当然，采用IEEE 1394或USB与主板通信也是可行的，只要控制器能够支持IEEE 1394或USB接口便可以了。当然，除此之外还要搭配一条SIDEBAND HEADER的信号线，完成控制器与主板的连接。应该说，采用这种方式的设计难度最小，主板设计厂商们只要在自己的主板上预留出SIDEBAND HEADER的信号线插座及相关的电路便一切OK了。 AUDIO'98
在INTEL等公司制定的AC'97标准规格之后，针对进来的音源规格，INTEL又提出了一种新的构思，也就是这个AUDIO'98标准。在AUDIO'98标准中，大家不难看到以下功能和技术方面的增强：
一是，进一步增强了CPU处理器的效能利用。当CPU效能增加时，用户可以利用电脑软件提供更多的音效处理功能；
二是，集成了不同的功能需求。全面提高音效控制器与主板上其它设备的集成程度，将声音接口以低成本的方式纳入SUPER IO或者其它类似的芯片组之中；
三是，加入外接式装置的延伸总线。利用这种外接式装置的延伸总线可以进一步增大系统设计的灵活性，使用户更加方便地进行升级。最终要以USB总线取代现在的ISA总线。可以想见，用户对于PC声音的品质要求会变得越来越严格。通过各大厂商和设计公司的努力，相信总有一天，操作电脑会如家电一样更为简单、实用，新一代的信息家电就在眼前。

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