數位高畫質(HD)音訊解決方案的市場發展迅速，競爭激烈，具體應用包括數位電視(DTV)、機上盒(STB)、藍光播放機和家庭娛樂系統等等。HD音訊設備受歡迎的速度越來越快，並且市場對更低成本和更高性能的設備也有著強勁的需求。
針對具有上網功能(Internet-enabled)的DTV和STB設備，以及串流媒體電視(TV)的服務如Google TV，都必須支援各式各樣的音訊轉碼器；同時，現有音訊轉碼器也在不斷地演進，而新的轉碼器也在不斷地湧現。
除了MP3、AAC、WMA、RealAudio等主流轉碼器外，一些設備還須支援計算密集型的有損(Lossy)和無損(Lossless)HD音訊轉碼器，例如杜比(Dolby)和DTS。某些HD音訊標準可支援高達24.5Mbit/s，而前代轉碼器只有不到1Mbit/s。這些市場要求意味著需要尺寸更小、功耗更低、同時又不影響音訊性能和品質的高效音訊平台。
家庭音訊要求高相關技術複雜
就標準音頻規範和HD音訊規範而言，在處理的複雜性、音訊通道數目、位元速率和精度要求等方面，兩者間有著顯著的差異。
HD音訊系統提出的新要求對積體電路(IC)設計的各個領域都會產生影響，也帶來了一些巨大挑戰，亦即如何讓這類全新的家庭娛樂設備提供消費者所期望的音訊品質。例如，具有上網功能的DTV和STB設備及串流媒體TV服務，都必須支援多個音訊轉碼器，所以須與更多的HD標準相容，並採用計算高度密集型的有損和無損HD音訊轉碼器。
除了HD音訊轉碼器外，DTV製造商還藉由採用專門的音訊後處理演算法來實現自己產品的差異性。音訊後處理主要是用來彌補數位電視揚聲器體積小巧纖薄、功率較低，且放置位置欠佳等局限所造成的不足，以滿足用戶對更高音訊體驗的期望。
這意味著DTV音訊處理器必須功能要夠強，不但要能處理HD音訊轉碼器，更可以完成多個後處理工作，例如虛擬環繞聲(從身歷聲到5.1環繞效果)、自動音量調節、虛擬低音和動態範圍壓縮。
有些應用須要面對更複雜的情況，例如新式的STB需要同時對三個或更多的音訊串流解碼，具體來說，用戶常常在觀賞DTV上的串流時，在數位錄影機(DVR)內記錄第二個串流(可能涉及到編碼，以節省磁碟空間)，同時把第三個串流轉碼(將一種格式解碼，並以另一種格式編碼)到行動設備中，以便可以外出攜帶。
這可能涉及到採用適合行動設備的不同格式進行解碼及編碼。這種同時對音訊解碼和編碼的工作，使得音訊處理器的負荷過重，所以要求其必須具有非常高的性能。
另外一種情況有所不同，但同樣具有很大的挑戰性，即在支援多設備的同時還要轉碼。隨著新型家庭媒體閘道器的出現，須要把音訊分配給家中多個設備，例如DTV、個人電腦(PC)、平板電腦、智慧型手機等等。這些家庭媒體閘道器顯然必須支援多個音訊串流與不同設備間的轉碼工作，並利用數位生活網路聯盟(DLNA)等方案對它們進行分配。
IC設計面臨極大挑戰
從這些家庭音訊使用案例中可以看出，在設計一個用於家庭娛樂的多媒體IC時，該IC的音訊處理器或子系統要面對的挑戰，不會比視頻或圖形領域的簡單，這些挑戰包括：
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滿足Dolby Digital Plus和DTS-HD High Resolution等有損轉碼器標準的品質標準要求，以及Dolby TrueHD和DTS-HD Master Audio無損轉碼器標準的位元精準(Bit Exact)要求。此外，這些音訊標準的品質要求使其必須使用很寬的動態範圍，一般遠大於音訊流原本固有的24位元音訊採樣資料寬度。這些轉碼器都是屬於計算密集型的，為計算能力和寬動態範圍帶來挑戰。而極高位元速率轉碼器(如DTS-HD Master Audio等HD音訊標準)的位元速率高達24.5Mbit/s，致使資料量龐大，從而需要大容量且成本高昂的資料隨機存取記憶體(RAM)。 |
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在DTV或STB中必須處理多個串流(每一個都包含多個音訊通道)，並實現音訊後處理效果，這就需要任務間的切換，帶來代碼和資料交換的負荷。交換間隔對音訊子系統設計有顯著的影響，例如，每幀交換與每10幀交換，會影響到所需的處理器速度(MHz)、所需的L1代碼和資料記憶體大小，以及外部記憶體頻寬。 |
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由於IC的音訊和視頻子系統存取外部DDR的時間及頻寬大有不同(一般視頻的優先順序更高)，音訊子系統必須要夠穩健，以處理很大的DDR延時，通常在100500個處理器週期範圍內。 |
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一個新的音訊處理器，須要通過Dolby與DTS HD音訊轉碼器的實現和驗證，這個挑戰非常耗費資源，且需要很多人年的工作量。 |
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因此必須盡量減少處理器內核的數目，使用小容量的L1記憶體和速度更慢(因此更便宜)的外部DDR記憶體。成本問題也在推動著要使這些非可攜式設備降低功耗，不僅僅因為環保，同時也是為了減小散熱，以便能夠使用更便宜的IC封裝。 |
各種解決方案紛紛出籠
從特性來看，音訊訊號處理需要數位訊號處理器(DSP)，目前的最新發展趨勢是需要功能更為強大的DSP。在觀察過市場幾款的多媒體IC後，就可以清楚地印證此一發展趨勢。例如，意法半導體(STMicroelectronics)的FLI7510 DTV IC使用兩顆音訊DSP，每顆時鐘頻率均為450MHz；而Sigma Designs最新推出的SMP8910 IC採用三顆音訊DSP，每顆時鐘頻率為400MHz。這兩款IC使用的DSP都是廠商各自在內部所開發，並且由於須要執行大量的音訊處理任務，還都採用多核的DSP設計。
另一種替代性單核解決方案，則類似CEVA-TeakLite-III系列，它包含CEVA-TL3210內核和全新的CEVA-TL3211 DSP內核。擁有32位元的本地資料寬度，和一個72位元的算術累加器(動態範圍)，可處理要求最嚴苛的HD音訊用戶案例。能夠協助IC公司採用一個功能強大的單內核、小容量本機記憶體及大延時DDR，即可實現高效的編解碼。
(本文作者任職於CEVA)