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周正宇博士如何高音质无线音频产品?
(2024年7月13日更新)

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1877年,以爱迪生发明的留声机为起点,现代音频产品开始出现,充满活力,不时引领时尚潮流;卡带机于1964年首次推出,并于20世纪80年代传入中国,成为20世纪80年代中国最时尚的牛仔喇叭裤icon;1982年,第一台CD机器出现,开启了音乐数字化的先例;2001年,苹果发布了第一款iPod。在过去的100年里,音频产品的发展主要集中在存储介质的演变和数字模拟的转变上。

2001年以后,音频产品进入快速发展时期,主要关注网络音频传输,包括近年来的智能扬声器、无线耳机等PAN和WAN传输音频产品。在此期间,苹果通过两种音频产品给行业带来了两次巨大的变化,第一次是iPod引起的MP第二次是三波Air Pods昨天流行的炸鸡TWS耳机。

这两轮音频进化表明,人类对美丽声音的追求是无穷无尽的。8月17日,南京、聚鑫科技有限公司董事长兼董事长CEO周正宇博士应邀出席2022年中国IC结合传统音频产业的发展趋势和火炬核心技术的最新产品技术进展,领导峰会发表了主题演讲:让高质量的声音跟随线。

传统音频产业的未来发展

周正宇博士认为,传统音频产业未来的发展趋势可能是以下五个方向。

第一个是无线化,从穿戴式TWS耳机,再到7.1.沉浸式无线音频家庭影院是无线标志性应用场景。

二是低延迟,由于无线需求,必然会产生低延迟的需求和挑战,这是非常值得探讨的重点。

第三个是高音质。人类对美丽声音的追求可以分为两个维度:一是采样率的不断提高,从过去开始CD时代的44.KHz或者48KHz,现在高清或者Hi-Res的96KHz@24bit或者192K@24bit,再到384发烧水平的384KHz@32bit;另一种是高保真度的升级,即所谓的THD N,现在追求到-135dB,精度接近千万分之一到千万分之二,虽然大多数人的耳朵不能直接区分,但仍会有不同的听觉舒适感。

第四个趋势是,音乐分享和多连接的需求将继续增加。

最后第五点,上述所有需求和变化都将继续伴随着便携性和低功耗的强劲需求,这也是未来音频技术发展的不变规律。

在有趋势中最具挑战性的是如何在满足高音质的前提下实现低延迟目标。

过去、现在的过去、现在和未来

回顾聚芯科技的前身聚力集成,是中国最早的大型芯片设计公司之一MP2005年在纳斯达克上市的全球最高市场3之王。

周正宇博士领导的聚芯科技作为业内20多年的领军人物,于2021年在国内科技创新板成功上市,并深入培育音频技术领域。

凭借20多年在音频领域的技术积累和经验,聚芯科技在多个领域取得了显著成绩。根据TSR统计报告显示,2020年,聚芯科技在品牌蓝牙音箱市排名世界第二;2018-2020年,聚芯科技TWS耳机芯片复合增长率超过100%;2021年,聚芯科技推出双模蓝牙音频智能手表芯片,2022年Q2终端品牌客户量产出货。聚芯科技的智能手表单芯片解决方案不仅满足低功耗、长待机、高显示帧率的刚性需求,还支持手表接听手机电话,还支持本地音频播放和蓝牙发射。你可以用手表和耳机听音乐,而不用带手机。

过去,火炬芯技术的产品主要以低功耗为核心价值,在低功耗下创造高音质。典型情况下,基于火炬芯技术芯片方案MP音乐播放可持续20-30小时,TWS耳机听歌的使用时间为8-10小时,典型的手表使用场景可持续10天左右。

今天,在继续深入培育低功耗的基础上,聚芯技术在无线传输下追求高音质音频,抓住低延迟的核心痛点,打造自己的产品,基于最新的聚芯技术芯片方案Soundbar音频传输延迟目标目标低于15毫秒,无线麦克风延迟目标低于10毫秒。

周正宇博士认为,在过去,高质量的声音更多地体现在便携性上,实现产品的便携性,让人们随时随地享受美丽的声音;在未来,线赋予了新的内涵,同时体验无线音频,实现低延迟同步,最终呈现双维度。

低延迟高音质为音频领域注入了新的活力

周正宇博士指出,当前音频应用场景中的三个痛点应用场景进一步强调,低延迟下的高音质将为当前音频市场注入新的活力。

第一个应用场景是家庭影院,过去是杜比digital或杜比digital plus 5.1声道,现在是杜比全景深7.1.4声道。在7.1.在4声道中,前面有三个喇叭或一个条形扬声器(Soundbar),后面有两个,头上有两个,再加一个低音炮。假如没有预埋线,低音炮,后面和头顶喇叭需要用明线连接,这将严重影响美观,从而产生强烈的无线连接需求。沉浸式家庭影院无线连接对音质和低延迟有很高的要求,要求图片和扬声器之间的声音低延迟(20毫秒以内),否则会感觉到音视频不同步。同时,七声道之间的相对延迟不得超过100微秒,至少需要满足五声道的单向无线低延迟传输。这对低延迟下的高音质技术提出了更高的要求。

第二个应用场景是大家熟悉的无线电竞耳机。TWS除了通话和听音乐,耳机的第三个吸引力是玩游戏。随着电子竞技游戏的快速发展和全球的普及,玩家对耳机的延迟要求非常高。如果延迟太长,反应太慢,用户体验和游戏竞争效果将受到很大影响。为了保证低延迟和高音质,传统游戏耳机基本上是有线的;近年来,无线需求不断增加。早期无线电竞耳机主要采用私人协议2.4G,但使用私有协议2.4G除了高功耗和高成本,另一个最大的问题是手机在游戏过程中不能同时连接,容易错过手机电话,音频质量不够高。因此,对蓝牙双模共存无线电竞耳机的需求不断上升。

第三个应用场景是无线麦克风。短视频直播风口催生了无线麦克风产品。它需要小巧便携的外观,满足非常低延迟的高质量音频传输要求。为了实现音频和视频同步,还需要支持两个或多个。目前,火炬芯技术的低延迟高音质技术芯片,基于火炬芯技术芯片开发的低延迟无线麦克风方案已应用于世界多个知名品牌。

如何实现蓝牙音频传输的低延迟

周正宇博士指出,蓝牙音频传输延迟的主要来源有几个。首先,所有硬件本身带来的音频延迟,如ADC、DAC延迟;二是无线传输本身的发射和接受端的延迟;三是增强抗干扰重传机制的延迟;最重要的是无线音频传输的带宽限制,导致音频必须压缩和解压,不同的压缩算法会导致压缩和减压的延迟;以及上述技术功能所需的缓存机制。

聚芯科技以20多年的音频技术积累为基础,不断总结技术经验,逐一克服各延迟原因的技术水平,最终凝聚了以下音频技术的核心:

1、CPU DSP双核异构音频Sunplus代理理架构;

2.算法软件与硬件一体化的设计方法;

3、以ADC和DAC为核心音频信号链,音频ADC可以达到SNR 110dB,DAC可以达到SNR 120dB,延迟目标低于100微秒。

第一代高音质技术低延迟解决方案

周正宇博士说,基于自己的核心技术,聚芯科技抓住了蓝牙5.3 LE Audio针对三个痛点应用场景,推出了相应的第一代解决方案,也是基于最新蓝牙标准范围内的技术创新。

首先是ATS2835PL蓝牙5.1声道高音质家庭影院解决方案.3 LE Audio基于与经典蓝牙共存的模式LC3 编码延迟可低于15毫秒。相对2.4G私有协议功耗低,音质高。它可以与经典蓝牙共存,支持五个声道。家庭影院的低音炮和后面的两个喇叭可以通过蓝牙无线连接LE Audio 实现低延迟高音质的无线音频体验。

再者是ATS2831PL与经典蓝牙相比,低延迟高音质无线电竞耳机方案的端到端延迟小于20毫秒。同时和PC/游戏主机/手机全面兼容,支持LE audio与经典蓝牙共存。如果用户戴着电子竞技耳机,他们可以暂停接听游戏。接完电话后,他们可以在不中断游戏的情况下恢复到游戏中。支持双向48KHz除了单向音乐和游戏音效外,高清语音传输还能满足不同游戏玩家之间高音质语音对话的需要。

最后是低延迟高音质无线麦克风解决方案。无线麦克风是火炬核心技术的终极产品。延迟可在10毫秒内实现,低延迟传输、高质量音频编解码和AI一体化降噪,支持LC3 编解码支持两发一收,全链路48KHz高清语音传输。目前,火炬芯技术的芯片已经存在Rode、应用于科大讯飞、猛犸象、绿联等知名品牌的无线麦克风产品。

三级跳跃技术低延迟高音质技术

为了在低延迟下创造高音质,周正宇博士提出了三级跳跃计划。首先,在蓝牙标准允许的范围内LE Audio 最新标准是机会将延迟到10毫秒以内。然后,在类似蓝牙音频的大框架下,全面创新自己的私人协议,将低延迟高音质拉到更高的水平-5毫秒。最后,引入带宽较高的新型无线传输技术,创造低延迟高音质——低于2毫秒的延迟。

1、蓝牙5.3,LE Audio

根据蓝牙SIG最新标准公布LE Audio,也就是蓝牙5.3.与经典蓝牙相比,它在协议层提供了更多实现低延迟的武器。

比如编码帧传输机制效率更高,包接收时间可预测,编码解码延迟更低LC3和LC3 plus技术等。这些新的技术变革已迅速应用于聚芯科技产品,将过去经典蓝牙25毫秒以上的延迟目标秒以下。

2、提升2.4G和5.8G私有协议

在2.4G和5.8G在私人协议下追求更高的音质和更低的延迟,首先通过进一步增加无线传输带宽,然后通过开发自己的低延迟音频编码解码技术与高带宽传输相匹配,引入前向纠错技术,纠正错误数据,系统整体系统的重传,甚至不重传,再加上输入/输出硬件的延迟优化,从而达到延迟目标低于5毫秒。

3、UWB超带宽技术或类别UWB技术

通过UWB超带宽技术或类别UWB无需编解码或使用无损压缩技术,技术不压缩数据,SNR它可以达到最佳和最低延迟。与窄带宽相比,它具有更好的抗干扰性。它不需要重新传输或更少的重新传输。实现音频高音质超低延迟传输,创造2毫秒以下的终极延迟目标。

周正宇博士最后得出结论:回到人类对音频体验的追求,我希望聚芯技术能为音频领域注入更多新的活力,以低延迟高音质技术,真正实现高质量的声音跟随线。


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