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，它已搖身變成一個多媒體應(yīng)用的播放平臺，可說是朝細(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音的手機(jī)(Voicephone)或具備某些功能的手機(jī)(Featurephone)，而當(dāng)屬于智能型手機(jī)(Smartphone)。

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)，也能同時處理多項(xiàng)工作。更進(jìn)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(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、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)。在過去，手機(jī)只需要處理單純的語音通話信號，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(yàn)。

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(zhì)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(zhì)量音頻。不過，進(jìn)入智能型手機(jī)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(yīng)用及通信處理平臺整合在一起，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(yīng)多碼率語音傳輸編譯碼器(AdpativeMulti-RateSpeechCodec)，最初版是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(ETSI)為GMS系統(tǒng)所制定的語音編譯碼標(biāo)準(zhǔn)，而因頻寬又分為兩種—AMR-NB(AMRNarrowband)和AMR-WB(AMRWideband)。以市場最大品牌Nokia來說，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MPEGAudioLayer3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(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)無法播放下載來的音樂，正是因?yàn)闆]有支持“VBR”格式的MP3音樂。

AAC格式

AAC即高級音頻編碼(AdvancedAudioCoding)，它采用的運(yùn)算方式是與MP3不同，AAC可以同時支持多達(dá)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(jié)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(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是一個大家族，他們是共分為9種規(guī)格，以適應(yīng)不同場合的需要：

(1)MPEG-2AACLC低復(fù)雜度規(guī)格(LowComplexity)

(2)MPEG-2AACMain主規(guī)格

(3)MPEG-2AACSSR可變?nèi)勇室?guī)格(ScaleableSampleRate)

(4)MPEG-4AACLC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-4AACMain主規(guī)格

(6)MPEG-4AACSSR可變?nèi)勇室?guī)格(ScaleableSampleRate)

(7)MPEG-4AACLTP長時期預(yù)測規(guī)格(LongTermPrediction)

(8)MPEG-4AACLD低延遲規(guī)格(LowDelay)

(9)MPEG-4AACHE高效率規(guī)格(HighEfficiency)

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(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。

音頻接口

音頻接口是智能型手機(jī)設(shè)計(jì)者需考慮的重要議題。數(shù)字語音一般采用PCM(PulseCodeModulation)接口，而Hi-Fi立體聲則采用串行I2S(Inter-ICSound)接口或AC97接口。I2S是飛利浦公司為數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，是目前消費(fèi)性音頻產(chǎn)品中常用的接口；AC?7則是英特爾公司用于提升個人計(jì)算機(jī)音效、降低噪音的規(guī)格，由于在1997年制訂，因此稱為AC97。

因此，為特定應(yīng)用而量身定制一套整合性的解決方案是較理想的作法。在SoC的技術(shù)趨勢下，已有一些廠商將立體聲數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)或編譯碼器(CODEC)整合到特定功能的IC當(dāng)中。不過，有些功能適合整合在一起，有些則可能得到反效果。

舉例來說，當(dāng)廠商將電源管理和音頻處理功能整合在一起時，通常得在音質(zhì)的部分做妥協(xié)，因?yàn)?a target="_blank">電源穩(wěn)壓器(regulator)所產(chǎn)生的噪音會干擾到附近的音頻路徑；若將音頻功能整合到數(shù)字IC中也有困難，因?yàn)閷τ贖i-Fi的組件來說，需要用到0.35mm的工藝來讓混合訊號處理得到最佳化效能，但目前數(shù)字邏輯方面的應(yīng)用已朝0.18mm以下的更高工藝發(fā)展。以上述兩種整合性的芯片策略來說，要讓兩種不同的電路同時存在于一個芯片當(dāng)中，其最終的芯片尺寸可能也會大到難以接受。

此外，揚(yáng)聲器功率放大機(jī)(louDSPeakeramplifier)特別難被整合。它所產(chǎn)生的熱是一個問題，需要做散熱處理，因此往往需要另一顆獨(dú)立的揚(yáng)聲器驅(qū)動IC。還有一個整合上的常見問題，也就是為了讓IC盡量做到最小化，可能會產(chǎn)生模擬輸入或輸出接腳數(shù)目不足的問題。

專屬的音頻IC可避免這些問題，而音頻整合有好幾種方法可以達(dá)成。共享ADC和DAC能減少硬件成本，但卻不能同時播放或錄制兩種音頻流格式。為個別功能安排專用的轉(zhuǎn)換器(converter)可以解決這個問題，不過，此一作法會增加芯片成本。折中的作法是只共享ADC的部分，但有獨(dú)立的DAC，這樣做的話，當(dāng)電話通信在進(jìn)行時，也同時可以播放其它音頻(如播放另一通電話的鈴聲，或播放音樂)，但在通信時不能同時進(jìn)行錄音。ADC的耗電可以通過關(guān)掉一種功能，而以較低取樣速率的方式來加以控制。因此，為特定應(yīng)用而量身定制一套整合性的解決方案是較理想的作法。在SoC的技術(shù)趨勢下，已有一些廠商將立體聲數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)或編譯碼器(CODEC)整合到特定功能的IC當(dāng)中。不過，有些功能適合整合在一起，有些則可能得到反效果。
?

舉例來說，當(dāng)廠商將電源管理和音頻處理功能整合在一起時，通常得在音質(zhì)的部分做妥協(xié)，因?yàn)殡娫捶€(wěn)壓器(regulator)所產(chǎn)生的噪音會干擾到附近的音頻路徑；若將音頻功能整合到數(shù)字IC中也有困難，因?yàn)閷τ贖i-Fi的組件來說，需要用到0.35mm的工藝來讓混合訊號處理得到最佳化效能，但目前數(shù)字邏輯方面的應(yīng)用已朝0.18mm以下的更高工藝發(fā)展。以上述兩種整合性的芯片策略來說，要讓兩種不同的電路同時存在于一個芯片當(dāng)中，其最終的芯片尺寸可能也會大到難以接受。

此外，揚(yáng)聲器功率放大機(jī)(loudspeakeramplifier)特別難被整合。它所產(chǎn)生的熱是一個問題，需要做散熱處理，因此往往需要另一顆獨(dú)立的揚(yáng)聲器驅(qū)動IC。還有一個整合上的常見問題，也就是為了讓IC盡量做到最小化，可能會產(chǎn)生模擬輸入或輸出接腳數(shù)目不足的問題。

專屬的音頻IC可避免這些問題，而音頻整合有好幾種方法可以達(dá)成。共享ADC和DAC能減少硬件成本，但卻不能同時播放或錄制兩種音頻流格式。為個別功能安排專用的轉(zhuǎn)換器(converter)可以解決這個問題，不過，此一作法會增加芯片成本。折中的作法是只共享ADC的部分，但有獨(dú)立的DAC，這樣做的話，當(dāng)電話通信在進(jìn)行時，也同時可以播放其它音頻(如播放另一通電話的鈴聲，或播放音樂)，但在通信時不能同時進(jìn)行錄音。ADC的耗電可以通過關(guān)掉一種功能，而以較低取樣速率的方式來加以控制。

在計(jì)算機(jī)的音頻需求上，基本上與消費(fèi)性市場相似，但為了要能播放不同取樣速率(8kHz、44.1kHz、48kHz)下錄音的音樂文件，所以需要有更有效率和便宜的解決方案，而AC97就具有這樣的特性。在廣義的手持式設(shè)備市場中，三種格式各有其擁護(hù)者：CD、MD、MP3隨身聽會采用I2S接口；移動電話會采用PCM接口；具音頻功能的PDA則使用和PC一樣的AC97編碼格式。