Устройства обработки звука

Звуковая подсистема ПК. Звуковая карта.

Разновидности архитектур. Кодеки AC’97, HD Audio. Форматы сжатия и интерфейсы. Интерфейс MIDI. Алгоритмы объемного звучания.

	Структура традиционной звуковой карты
	MIDI (MPU)	Блок DSP
	и Game	(HRTF)
	Интерфейсный	Блок	Блок	Аналоговый
		цифровой
	блок		АЦП/ЦАП	микшер
		обработки
		Блок синтеза
		и эффектов
				Цифровые
				входы/выходы
				MX

•Традиционно архитектура ПК не предусматривала возможностей обработки звука, поскольку изначально ПК был ориентирован на деловые задачи

•Первые звуковые устройства были реализованы в виде карт расширения для стандартной периферийной шины, в то время – шины ISA

•Звуковые карты ISA обрабатывали два типа данных – оцифрованный звук PCM и музыкальные данные MIDI

•Обмен осуществлялся через порты ввода/вывода и каналы DMA

•При переходе к шине PCI возникли проблемы совместимости, которые решались с помощью механизмов PC-PCI и DDMA

•Карты расширения PCI используют обмен данными через диапазоны адресов памяти

Архитектура AC’97

•Архитектура AC’97 была разработана Intel в конце 90-х годов для стандартизации и формализации подсистемы ввода-вывода звуковых и модемных данных в архитектуре ПК

•Ее суть состоит в определении параметров и протокола взаимодействия двух компонентов ПК – контроллера AC’97 (DC – Digital Controller) и кодека AC’97 (AC - Audio Codec). При этом кодек может обрабатывать только аудиоданные (AC’97), модемные данные (MC’97) и оба типа данных (AMC’97)

•Разделение кодека и контроллера было необходимо, во-первых, для отделения аналоговой части от цифровой, и, во-вторых, для вынесения аналоговой части из состава чипсета материнской части, что было выгодно для Intel

Кодек AC’97

•Требования к кодеку были сформулированы следующим образом:

–Стандартный корпус QFP с 48 контактами

–Поддержка до 4 линейных стерео-входов, до 2 линейных моно-входов

–Псевдо-дифференциальный вход CD Audio

–Микрофонный вход (два входа) с поддержкой усиления 20 дБ и программируемого управления усилением

–Аналоговый стерео-выход

–Несколько дополнительных аналоговых стерео-выходов для поддержки многоканального звука, наушников (возможен усилитель)

–Аналоговый моно-выход для спикера или спикерфона

–ЦАП и АПЦ с разрядностью 16 бит, опциональна поддержка 18 и 20 бит

–Поддержка интерфейса S/PDIF для выхода и входа

–Управление питанием, 3D-расширение, прерывания, определение подключений, проверка производителя и версии кодека и другие расширенные функции

Мульти-кодековая конфигурация

•Кодеки AC’97 должны иметь возможность адресации для создания мульти-кодековых конфигураций

•Контроллер AC’97 должен иметь 4 канала для подключения кодеков

•Такие конфигурации используются для расширения числа выходов и входов, подключения дополнительного модемного кодека, а также возможности подключения док-станций к ноутбукам со дублирующим кодеком

•Номер кодека программируется с помощью резисторов на входах ID0# и ID1#, адрес кодека передается в 0 слоте кадра

Архитектура кодека AC’97

Цифровой интерфейс AC-Link

•Служит для подключения кодеков к цифровому контроллеру

•На фиксированной частоте 48 кГц передаются многоканальные цифровые данные с не фиксированной частотой дискретизации, а также данные регистров кодеков

•Интерфейс двунаправленный, поддерживает протокол разделенного по времени мультиплексирования (Time Division Multiplexing, TDM)

•Передача ведется 12 слотами за такт, разрядность слотов, кроме нулевого - 20 бит

•В первый бит в слоте является старшим, не значащие биты заполняются нулями

•Слоты могут быть пропущены (запрещены)

Сигналы AC-Link

•Reset# - сброс кодека, программный или аппаратный

•Sync – отмечает нулевой слот кадра, высокий уровень на протяжении 16 бит этого слота. Частота возникновения положительного перепада – 48 кГц

•BIT_CLK – границы битов: начало бита – положительный перепад, готовность бита – отрицательный перепад. Частота – 12.288 МГц

•SDATA_OUT – исходящий поток данных для кодека

•SDATA_IN – входящий поток данных от кодека

•Значащие слоты отмечаются битами в слоте 0, пропущенные слоты необходимы для обеспечения потока с частотами дискретизации меньше 48 кГц

•Для увеличения (удваивания) частоты дискретизации слоты могут объединяться