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X-Fi音频芯片技术分析和前景预测[上]
iTbulo.COM 2005-8-2() 作者:王逸驰 出处:audio100

  如果不出意料,创新将会于7月31日正式发布最新的Sound Blaster X-Fi声卡,从而开创一个崭新的声卡王朝(最新消息:时间已经推迟到8月4日)。本文试图就详细解释X-Fi的关键技术,并且由此预测其对声卡市场的综合影响。

●发布之前创新麻烦不断——关于MIPS“缩水”的问题

  当X-Fi第一时间露出狰狞的时候,不少媒体都发现在X-Fi和Live!的比较中,Live!的MIPS从1000+缩水到300多,而号称4倍于Live!的Audigy,也只有1200出头的MIPS。于是乎,不少媒体都喊出了创新是骗子的呼声,一时间创新饱受冲击。那么,创新到底撒谎了没有?

  在这个问题上,创新实质上是在玩一种模糊概念。换句话说,就好比是创新告诉你:我的音箱功率为1000w,但是峰值功率还是额定功率那就不一定了。而创新手法高明之处在于,消费者根本无法籍此诉讼创新,为什么?

1.首先,消费者根本无法衡量确切的MIPS,所以根本无从判断,而媒体也是一样无法判断,无实质证据,最终也只好作罢。
2.其次,类似的“虚标”MIPS很可能是音频行业的潜规则,创新如果真的是直接欺骗,Aureal和CS的音频工程师也不是吃白饭的,能够白白放过这种机会?(想想NV和ATI的口水战)。如果以实现DSP效果的能力来推算的话(虽然不是很准确,但是这种方法很能说明DSP的实际能力),那么CS4630的420MIPS也是非常值得怀疑的。

  因此,创新的手法非常成熟,这个擦边球打得非常老道。消费者想要告赢创新,这种可能性几乎是没有的。而且创新明白,随着时间的推移,此事肯定是不了了之的。下面我们还是来谈谈X-Fi的几个关键技术:

●SRC——来自DSP和SoundFont的核绑定。

  所谓核绑定,是指一旦我国遭到美国的核打击,于是就万箭齐发实施核报复,是对所有有核国家,注意是所有,自然也包括支持我们的国家,发射全部的核武器,从而引发世界大战,即便我国不能使用自己的核武器毁灭美国,其他国家也会帮助我们毁灭美国。因此对于所有国家来说,这种情况都是一个两难境地,核绑定通过这种方式达到核威慑的效果。从这种意义上说,SRC也是创新一直不可避免的问题,而令创新无法彻底放弃SRC的原因,是来自于DSP和SoundFont。如果放弃SRC,采用其他方法,则DSP和SoundFont将无法正常工作,而这就等于直接宣判创新的死刑。而采用SRC,如果质量不够好,就会出现音质差,被消费者所抱怨。所以SRC对于创新的意义,就在于不能丢,而且还要质量好,放弃是不可能的。

  那么到底SRC在DSP和SoundFont合成中起到什么样的重要作用呢?在SoundFont合成声音的过程中,要使用一个采样来模拟更高的音高,比如使用C4的采样模拟D4的采样,这时候就是一个Pitch Shift(变调)的操作。而我们都有类似经验:当使用48Khz的采样率播放44.1Khz采样率的声音时候,音高会变高,速度会变快。实现Pitch Shift的原理就可以从这种实践经验中看出来。合成器需要频繁地使用SRC改变频率,从而升高或者降低采样的音高,然后做Time Stretch(时间缩放)来合成最终的声音。而在这之中必然产生的失真被称为混叠(aliasing),就是音质的最大杀手。

  因此合成器音质的决定性因素,在于混叠的大小。混叠严重将会导致SNR的降低、谐波的损失,生硬的数码声。解决混叠的方式就是重取样(resample)。更好的resample将显著降低混叠的程度。这之中比较著名的解决方案有创新以前鼓吹的8点插值运算。而Pitch Shift(变调),对于DSP也同样是关键性操作,3D音效中的多普勒效应、Flanger等关键效果的实现,都要依赖于SRC。而有人要问了,那么类似CS4630里面的硬件SRC为什么不行?原因是CS4630的SRC只需要转换几种频率,是有限几次的转换(你听音乐,不可能出现同一首曲子,前面是48后面是44.1的情况吧)。因此,在设计上,就可以做成比较经济实惠的state variable(状态分别,可能是这样翻译),甚至可以偷懒,不设计成realtime而设计成Block的,这样都可以极大的简化最终结构。而同样的情况,换到创新就不行了。创新所需要的,随时都在“辛勤劳动”的SRC。其中实时是压倒一切的——夸张的说:你不想合成MIDI的时候,过一分钟再出第二个音符吧?

图:Pitch Shift工作流程示意

  因此,创新这次有7000+MIPS的运算能力消耗在SRC上,而其中的大头,都是被FIR滤波器所占据。一个良好的多阶FIR滤波器,需要通过很多数字延迟来制造不同的脉冲,并且将所有通过FIR的音频流进行卷积等复杂运算。不但要消耗很多的计算资源,还要消耗很大的内存来缓冲音频数据。创新这次号称集成了256个SRC,消耗的资源就更多了。而且从数据来看,创新的SRC本次表现相当不错,和目前的硬件SRC比起来可算是惊世骇俗了。而如此强大的SRC真的是创新的救世主吗?我们将会在后面回答这个问题。

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