1877年,以愛迪生發(fā)明留聲機(jī)為起點(diǎn),現(xiàn)代音頻產(chǎn)品開始出現(xiàn),并充滿活力,不時(shí)地引領(lǐng)時(shí)尚風(fēng)潮;1964年卡帶機(jī)首次面世,80年代傳入中國(guó),和牛仔喇叭褲一起成為80年代中國(guó)最時(shí)尚icon;1982年,第一臺(tái)CD機(jī)出現(xiàn),開啟音樂數(shù)字化先河;2001年,蘋果發(fā)布第一款iPod。這100多年間,音頻產(chǎn)品的發(fā)展主要集中在存儲(chǔ)介質(zhì)的進(jìn)化以及模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變。

在2001年之后,音頻產(chǎn)品進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期,主要變化聚焦于網(wǎng)絡(luò)的音頻傳輸,包括近年的智能音箱,無(wú)線耳機(jī)等以PAN和WAN傳輸?shù)囊纛l產(chǎn)品。在這期間,蘋果通過(guò)兩款音頻產(chǎn)品給行業(yè)帶來(lái)了兩次巨變,第一次是iPod引起的MP3浪潮,第二次是Air Pods造就的昨日當(dāng)紅炸子雞TWS耳機(jī)。

這兩輪的音頻進(jìn)化都昭示著人類對(duì)美好聲音的追求是永無(wú)止境的,8月17日,南京,炬芯科技股份有限公司董事長(zhǎng)兼CEO周正宇博士,受邀出席2022中國(guó)IC領(lǐng)袖峰會(huì),結(jié)合傳統(tǒng)音頻行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及炬芯科技的最新產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)展,發(fā)表主題演講:讓高品質(zhì)的聲音如影隨“行”。

傳統(tǒng)音頻行業(yè)的未來(lái)發(fā)展

對(duì)于傳統(tǒng)音頻行業(yè)未來(lái)發(fā)展方向,周正宇博士認(rèn)為主要發(fā)展趨勢(shì)可能是以下五個(gè)方向。

第一個(gè)是無(wú)線化,從穿戴式的TWS耳機(jī),再到7.1.4聲道的沉浸式無(wú)線音頻家庭影院都是無(wú)線化的標(biāo)志性應(yīng)用場(chǎng)景。

第二個(gè)是低延遲,由于無(wú)線化的需求,必然產(chǎn)生了低延遲的需求和挑戰(zhàn),這個(gè)挑戰(zhàn)是非常值得探討的重點(diǎn)。

第三個(gè)是高音質(zhì),人類對(duì)美好聲音永無(wú)止境的追求可以分成兩個(gè)維度,一個(gè)是采樣率的不斷提高,從過(guò)去CD時(shí)代的44.KHz或者48KHz,到現(xiàn)在高清或者Hi-Res的96KHz@24bit或者192K@24bit,再到發(fā)燒級(jí)別的384KHz@32bit;另一個(gè)是高保真度的升級(jí),也就是所謂的THD+N,現(xiàn)在追求到-135dB,接近千萬(wàn)分之一到千萬(wàn)分之二左右的精度,雖然大部分人耳朵不能直接區(qū)分,但是仍會(huì)有不同的聽覺舒適度感受。

第四個(gè)趨勢(shì)是音樂分享和多連接需求也會(huì)不斷提高。

而最后第五點(diǎn),以上所有的需求和變化都會(huì)持續(xù)伴隨著便攜化和低功耗的強(qiáng)需求,這也是未來(lái)音頻技術(shù)發(fā)展的不變法則。

所有趨勢(shì)中最具有挑戰(zhàn)的正是在無(wú)線傳輸條件下如何在滿足高音質(zhì)前提下達(dá)成低延遲目標(biāo)。

炬芯科技的過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)

回顧炬芯科技的前身炬力集成,是中國(guó)最早的大型芯片設(shè)計(jì)公司之一,憑借著MP3之王的全球最高市占,于2005年在納斯達(dá)克上市。

作為在行業(yè)耕耘20多年的領(lǐng)軍人物,周正宇博士帶領(lǐng)的炬芯科技于2021年成功在國(guó)內(nèi)科創(chuàng)板上市,并一直深耕音頻技術(shù)領(lǐng)域。

炬芯科技憑借在音頻領(lǐng)域20多年的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn),在多個(gè)領(lǐng)域做出了驕人成績(jī)。根據(jù)TSR統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示,2020年炬芯科技在品牌藍(lán)牙音箱市占位列全球第二;在2018年-2020年期間,炬芯科技TWS耳機(jī)芯片復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)100%;2021年炬芯科技推出了雙模藍(lán)牙音頻智能手表芯片,并在2022年Q2終端品牌客戶量產(chǎn)出貨。炬芯科技的智能手表單芯片解決方案不僅滿足低功耗長(zhǎng)待機(jī)和高顯示幀率等剛需,同時(shí)支持可以手表上接聽手機(jī)電話,還支持本地音頻播放和藍(lán)牙發(fā)射,跑步時(shí)不用帶手機(jī),帶著手表和耳機(jī)就可以聽音樂。

過(guò)去炬芯科技的產(chǎn)品主要以低功耗作為核心價(jià)值,在低功耗下打造高音質(zhì),在典型情況下,基于炬芯科技芯片方案的MP3音樂播放可持續(xù)20至30小時(shí),TWS耳機(jī)聽歌的模式下使用時(shí)間達(dá)到8至10小時(shí),手表典型使用場(chǎng)景下續(xù)航長(zhǎng)達(dá)10天左右。

今天在繼續(xù)深耕低功耗的基礎(chǔ)上,炬芯科技進(jìn)而追求無(wú)線傳輸下的高音質(zhì)音頻,并抓住低延遲核心痛點(diǎn)來(lái)打造自身產(chǎn)品,基于最新炬芯科技芯片方案的Soundbar音頻傳輸延遲目標(biāo)低于15毫秒,無(wú)線電競(jìng)耳機(jī)延遲目標(biāo)低于20毫秒,無(wú)線麥克風(fēng)延遲目標(biāo)低于10毫秒。

周正宇博士認(rèn)為:在過(guò)去,高品質(zhì)聲音如影隨“行”更多體現(xiàn)在便攜,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品隨身攜帶,讓人隨時(shí)隨地享受美好聲音;在未來(lái),如影隨“行”被賦予新的內(nèi)涵,在體驗(yàn)無(wú)線音頻的同時(shí),實(shí)現(xiàn)聲音和圖像的低延遲同步,最終呈現(xiàn)雙重維度的如影隨“行”。

低延遲高音質(zhì)為音頻領(lǐng)域注入新的活力

周正宇博士指出當(dāng)下音頻應(yīng)用場(chǎng)景中三個(gè)痛點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景,進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)低延遲下的高音質(zhì)將給當(dāng)下音頻市場(chǎng)注入新的活力。

第一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是家庭影院,過(guò)去是杜比digital或杜比digital plus 5.1聲道,現(xiàn)在是杜比全景深7.1.4聲道。在7.1.4聲道中,前面有三個(gè)喇叭或者使用一個(gè)條形音箱(Soundbar),后方有兩個(gè),頭頂有兩個(gè),再加一個(gè)低音炮。如果沒有預(yù)先埋線,低音炮,后方和頭頂喇叭需要用明線連接,這將嚴(yán)重影響美觀,由此產(chǎn)生了強(qiáng)烈無(wú)線連接的需求。無(wú)線連接的沉浸式家庭影院對(duì)音質(zhì)和低延遲的要求均很高,需要讓畫面跟音箱聲音之間是低延遲的(20毫秒以內(nèi)),否則就會(huì)感受到音視頻不同步。同時(shí)七個(gè)聲道之間相對(duì)延遲不能超過(guò)100微秒,并需要至少滿足五聲道的單向無(wú)線低延遲傳輸。這對(duì)低延遲下的高音質(zhì)技術(shù)提出了更高的要求。

第二個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是無(wú)線電競(jìng)耳機(jī),大家熟悉的TWS耳機(jī)除了通話和聽音樂這兩個(gè)基本訴求外,第三個(gè)訴求就是玩游戲。電競(jìng)游戲的快速發(fā)展和全球風(fēng)靡,使得游戲玩家對(duì)耳機(jī)的延遲要求非常高,如果延遲太長(zhǎng),反應(yīng)太慢,玩家用戶體驗(yàn)和游戲競(jìng)賽效果都會(huì)受到很大影響。傳統(tǒng)游戲耳機(jī)為了保證低延遲和高音質(zhì),基本都是有線形態(tài);近年來(lái)無(wú)線化需求不斷提升,早期無(wú)線電競(jìng)耳機(jī)主要采用私有協(xié)議2.4G,但采用私有協(xié)議2.4G除了功耗高以及成本高外,還有一個(gè)最大的問題,就是游戲過(guò)程中無(wú)法同時(shí)連接手機(jī),容易錯(cuò)過(guò)手機(jī)來(lái)電,同時(shí)音頻品質(zhì)也不夠高。因此,藍(lán)牙雙模共存無(wú)線電競(jìng)耳機(jī)需求正不斷上升。

第三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景就是無(wú)線麥克風(fēng),短視頻直播風(fēng)口催生了無(wú)線麥克風(fēng)產(chǎn)品,它需要外觀小巧便攜,并且滿足非常低延遲的高品質(zhì)音頻傳輸要求,以實(shí)現(xiàn)音視頻同步,還需要支持兩發(fā)一收或多發(fā)一收,當(dāng)下炬芯科技的低延遲高音質(zhì)技術(shù)芯片,以及炬芯科技的客戶基于炬芯科技芯片所開發(fā)的低延遲無(wú)線麥克風(fēng)方案已經(jīng)在全球多個(gè)知名品牌中應(yīng)用。

如何實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙音頻傳輸?shù)牡脱舆t

周正宇博士指出,藍(lán)牙音頻傳輸延遲來(lái)源主要有幾個(gè)。一是所有硬件本身所帶來(lái)的音頻延遲,比如說(shuō)ADC、DAC所帶來(lái)的延遲;二是無(wú)線傳輸本身的發(fā)射和接受端帶來(lái)的延遲;三是為了增強(qiáng)抗干擾使用的重傳機(jī)制帶來(lái)的延遲;最重要的是無(wú)線音頻傳輸?shù)膸捪拗?導(dǎo)致音頻一定要做壓縮和解壓縮,不同的壓縮算法會(huì)引入壓縮和解壓縮所帶來(lái)的延遲;以及實(shí)現(xiàn)以上各技術(shù)功能需要的緩存機(jī)制。

炬芯科技利用20多年音頻技術(shù)積累作為基礎(chǔ),以及不斷的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié),逐一攻克每一個(gè)產(chǎn)生延遲原因的技術(shù)關(guān)卡,最終凝結(jié)出以下音頻技術(shù)的核心:

1、CPU+DSP雙核異構(gòu)音頻處理架構(gòu);

2、算法軟件和硬件一體化的設(shè)計(jì)方法;

3、以ADC和DAC為核心的音頻信號(hào)鏈,音頻ADC可以達(dá)到SNR 110dB,DAC可以達(dá)到SNR 120dB,延遲目標(biāo)均低于100微秒。

低延遲高音質(zhì)技術(shù)第一代解決方案

周正宇博士表示,炬芯科技基于自身的核心技術(shù),抓住藍(lán)牙5.3 LE Audio的技術(shù)特點(diǎn)和新機(jī)遇,針對(duì)三個(gè)痛點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景,分別推出了相應(yīng)的第一代解決方案,也是基于最新藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新。

首先是ATS2835PL低延遲5.1聲道高音質(zhì)家庭影院解決方案,采用藍(lán)牙5.3 LE Audio與經(jīng)典藍(lán)牙共存的模式,基于LC3+編碼的延遲可以低至15毫秒以下。相對(duì)2.4G私有協(xié)議功耗更低,并且音質(zhì)更高。它可以跟經(jīng)典藍(lán)牙共存,可支持五個(gè)聲道,家庭影院中的低音炮以及背后的兩個(gè)喇叭都可通過(guò)無(wú)線連接,通過(guò)藍(lán)牙LE Audio 實(shí)現(xiàn)低延遲高音質(zhì)的無(wú)線音頻體驗(yàn)。

再者是ATS2831PL低延遲高音質(zhì)無(wú)線電競(jìng)耳機(jī)方案,端到端的延遲小于20毫秒,相比經(jīng)典藍(lán)牙大幅降低。同時(shí)和PC/游戲主機(jī)/手機(jī)全面兼容,支持LE audio和經(jīng)典藍(lán)牙共存,如果用戶戴著電競(jìng)耳機(jī)時(shí)電話進(jìn)來(lái),可以把游戲暫停接電話,電話接完之后,可以再恢復(fù)到游戲,而不需要中斷游戲去用另外一個(gè)耳機(jī)接聽電話。同時(shí)它支持雙向48KHz高清語(yǔ)音傳輸,可以在單向的音樂和游戲音效外,同時(shí)滿足不同游戲玩家之間進(jìn)行高音質(zhì)語(yǔ)音對(duì)話的需求。

最后也就是低延遲高音質(zhì)無(wú)線麥克風(fēng)解決方案,無(wú)線麥克風(fēng)是炬芯科技當(dāng)下把延遲做到極致的一個(gè)產(chǎn)品,延遲可以做到10毫秒以內(nèi),集低延遲傳輸,高品質(zhì)音頻編解碼和AI降噪于一體,支持LC3+編解碼,支持兩發(fā)一收,全鏈路48KHz高清語(yǔ)音傳輸。目前炬芯科技的芯片已經(jīng)在Rode、科大訊飛、猛犸、綠聯(lián)等多家知名品牌的無(wú)線麥克風(fēng)產(chǎn)品中應(yīng)用。

炬芯科技低延遲高音質(zhì)技術(shù)的三級(jí)跳

為打造低延遲下的高音質(zhì),周正宇博士提出三級(jí)跳計(jì)劃,首先是在藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi),以LE Audio 最新標(biāo)準(zhǔn)為契機(jī)將延遲做到10毫秒以內(nèi)。再是在類似藍(lán)牙音頻的大框架之下,全面創(chuàng)新自己的私有協(xié)議,來(lái)把低延遲高音質(zhì)拉到再上一個(gè)臺(tái)階—5毫秒以內(nèi)。最后引入更高帶寬的新型無(wú)線傳輸技術(shù)來(lái)打造低延遲高音質(zhì)—延遲低于2毫秒。

1、藍(lán)牙5.3,LE Audio

根據(jù)藍(lán)牙SIG公布的最新標(biāo)準(zhǔn)LE Audio,也就是藍(lán)牙5.3,相較于經(jīng)典藍(lán)牙它在協(xié)議層提供了更多實(shí)現(xiàn)低延遲的武器。

如效率更高的編碼幀傳輸機(jī)制、可預(yù)測(cè)的包接收時(shí)間,更低延遲的編解碼LC3和LC3 plus技術(shù)等。這些新的技術(shù)變革已經(jīng)迅速的應(yīng)用于炬芯科技的產(chǎn)品,把過(guò)去經(jīng)典藍(lán)牙25毫秒以上的延遲目標(biāo)打造到10毫秒以下。

2、提升2.4G和5.8G私有協(xié)議

在2.4G和5.8G私有協(xié)議下追求更高的音質(zhì)和更低的延遲,首先通過(guò)進(jìn)一步增加無(wú)線傳輸?shù)膸?再通過(guò)研發(fā)自有的更低延遲的和傳輸高帶寬匹配的音頻編解碼技術(shù),引入前向糾錯(cuò)的技術(shù),對(duì)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正,整體系統(tǒng)化減少重傳,甚至不重傳,再加上輸入/輸出硬件的延遲優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)延遲目標(biāo)到5毫秒以下。

3、UWB超帶寬技術(shù)或類UWB技術(shù)

通過(guò)UWB超帶寬技術(shù)或類UWB技術(shù),不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,從而不用編解碼,或者使用無(wú)損壓縮技術(shù),SNR可以達(dá)到最優(yōu),延遲也會(huì)最低,相較于窄帶寬具有更好的抗干擾性,不需要重傳或者少重傳,實(shí)現(xiàn)音頻的高音質(zhì)超低延遲傳輸,打造2毫秒以下的極致延遲目標(biāo)。

周正宇博士最后總結(jié)道:回到人類對(duì)音頻體驗(yàn)的追求,希望炬芯科技以低延遲高音質(zhì)技術(shù)給音頻領(lǐng)域注入更多新的活力,真正實(shí)現(xiàn)讓高品質(zhì)的聲音如影隨“行”。

審核編輯 黃昊宇