2022年8月17日，在由AspenCore主辦的“2022中國IC領(lǐng)袖峰會”上，炬芯科技股份有限公司董事長&CEO周正宇博士以《讓高品質(zhì)的聲音如影隨“行”》為題，介紹了低延遲高音質(zhì)音頻的發(fā)展趨勢，分析了藍(lán)牙音頻傳輸延遲的原因。同時(shí)，他還介紹了炬芯科技的無線音頻方案，分享了無線音頻技術(shù)“三級跳”規(guī)劃。w59esmc

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炬芯科技股份有限公司董事長&CEO周正宇博士w59esmc

音頻行業(yè)上百年的創(chuàng)新之路

“回到一個老話題——‘音頻’，其實(shí)它充滿著活力與新意。也許很多人都清楚，愛迪生發(fā)明了電燈和電報(bào)，但并非所有人都知道，他還發(fā)明了留聲機(jī)。”周正宇博士開門見山介紹了音頻技術(shù)發(fā)展史——1877年，愛迪生發(fā)明留聲機(jī)；20世紀(jì)60年代，市場上開始出現(xiàn)卡帶機(jī)；上個世紀(jì)80年代，卡帶機(jī)和喇叭褲成為中國年輕人的時(shí)尚標(biāo)配；1982年，索尼公司推出了全球首臺CD機(jī)；一直到2001年，蘋果公司推出首款iPod，引領(lǐng)了MP3音頻的潮流。w59esmc

他總結(jié)說：“在從1877年到2001年，在這上百余年時(shí)間里，音頻產(chǎn)品的發(fā)展主要圍繞不同存儲介質(zhì)，以及模擬音頻到數(shù)字音頻的轉(zhuǎn)換。”w59esmc

在2001年之后，音頻產(chǎn)品主要聚焦于網(wǎng)絡(luò)的音頻傳輸，代表產(chǎn)品包括智能音箱、無線耳機(jī)、PAN/WAN傳輸?shù)囊纛l產(chǎn)品。蘋果公司的創(chuàng)新產(chǎn)品給音頻行業(yè)帶來了兩次巨變：第一次是iPod引領(lǐng)的MP3浪潮，第二次是AirPods開創(chuàng)的TWS耳機(jī)銷量先河。音頻行業(yè)的這兩輪巨變，標(biāo)志著人類對美好聲音永無止境的追求。w59esmc

音頻技術(shù)的五個發(fā)展趨勢

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談及對美好聲音的追求，周正宇博士表示，未來音頻技術(shù)將朝著五個方向來發(fā)展：w59esmc

• 1、無線化。其代表性應(yīng)用包括了TWS耳機(jī)、7.1.4聲道沉浸式無線音頻家庭影院等。
• 2、低延遲。對音頻無線化的需求，也催生了低延時(shí)需求。
• 3、高音質(zhì)。主要體現(xiàn)在兩個維度：一方面是采樣率不斷提高，從CD時(shí)代的44.KHz/48KHz，到高清、Hi-Res的96KHz@24bit/192K@24bit，再到發(fā)燒級別的384KHz@32bit；二是超高保真，THD+N（總諧波失真+噪聲）＜-135dB，精度接近千萬分之一到千萬分之二。
• 4、多連接和音樂分享。新一代LE Audio標(biāo)準(zhǔn)支持AuracastTM廣播音頻共享功能，Multi Stream多重串流音頻功能，TWS耳機(jī)、助聽器和無線揚(yáng)聲器等Auracast接收器兼容設(shè)備，可同時(shí)接收來自一個或多個Auracast發(fā)射器設(shè)備的音頻廣播。一對多單向音頻播放功能將改變現(xiàn)有專用耳機(jī)的音頻服務(wù)模式。
• 5、低功耗。音頻設(shè)備將更便攜、續(xù)航時(shí)間更久。

在周正宇博士看來，音頻技術(shù)最具挑戰(zhàn)性的是——在無線傳輸條件下同時(shí)滿足高音質(zhì)低延遲目標(biāo)。w59esmc

無線音頻傳輸如何實(shí)現(xiàn)高音質(zhì)低延遲？

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最新的藍(lán)牙5.3標(biāo)準(zhǔn)在協(xié)議層能夠做到低延遲。周正宇博士表示，藍(lán)牙音頻傳輸?shù)难舆t主要來源于：硬件本身帶來的音頻延遲，比如ADC、DAC帶來的延遲；無線傳輸發(fā)射和接受端帶來的延遲；為增強(qiáng)抗干擾使用的重傳機(jī)制帶來的延遲；無線音頻傳輸?shù)膸捪拗疲纛l一定要做壓縮和解壓縮，不同壓縮算法帶來的延遲；實(shí)現(xiàn)以上各技術(shù)功能需要的緩存機(jī)制帶來的延遲。w59esmc

周正宇博士還對比了經(jīng)典藍(lán)牙（SBC）和LE Audio（LC3+）的延遲。他解釋說，經(jīng)典藍(lán)牙要三個編碼幀傳輸一次，LE Audio僅需一個編碼幀就能傳輸一次。另外，過去每個數(shù)據(jù)包所接收到的時(shí)間不固定，現(xiàn)在每個數(shù)據(jù)包接收到的時(shí)間可預(yù)期，新標(biāo)準(zhǔn)可把此前25毫秒以上的延遲時(shí)間，降低到10毫秒左右。總的來看，LE Audiode延遲比經(jīng)典藍(lán)牙更低。w59esmc

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炬芯科技的DSP+CPU雙核異構(gòu)音頻處理架構(gòu)，能滿足音頻設(shè)備的低功耗、低延遲、高性能需求。據(jù)介紹，DSP+CPU雙核異構(gòu)音頻處理架構(gòu)采用算法、軟件、硬件一體化設(shè)計(jì)理念，涵蓋ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）/DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）為核心的音頻信號鏈核心技術(shù)（ADC可達(dá)SNR（信噪比） 110dB，DAC可達(dá)SNR 120dB，延遲目標(biāo)均低于100微秒）。既滿足低功耗，又擁有高算力，可充分發(fā)揮CPU在應(yīng)用開發(fā)中的有效性和DSP在音頻前后處理及編解碼上的專長。w59esmc

炬芯科技耕耘音頻市場二十余年

炬芯科技的前身叫做炬力集成，是中國最早的大型設(shè)計(jì)公司。憑借著MP3 SoC之王榮譽(yù)的加持，2005年炬力集成在美國納斯達(dá)克成功上市。承接多年的技術(shù)沉淀及積累，炬芯科技在超低功耗設(shè)計(jì)、先進(jìn)半導(dǎo)體工藝及高集成度上表現(xiàn)突出，2021年炬芯科技在科創(chuàng)板上市。“從炬力集成到炬芯科技，我們在音頻領(lǐng)域耕耘了20多年。”周正宇博士感嘆道。w59esmc

TSR統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示：2020年，炬芯科技在品牌藍(lán)牙音箱SoC的市占率位列全球第二； 2018-2020年期間，炬芯科技TWS耳機(jī)SoC復(fù)合年增長率超100%。w59esmc

值得注意的是，2021年，炬芯科技推出雙模藍(lán)牙音頻智能手表芯片，在2022年Q2搭載該芯片的終端品牌客戶量產(chǎn)出貨。該方案不僅具備低功耗、長待機(jī)和高顯示幀率的特點(diǎn)，而且還支持手表接聽手機(jī)電話、本地音頻播放和藍(lán)牙發(fā)射功能。w59esmc

除了以上成績和解決方案之外，炬芯科技基于LE Audio技術(shù)，還能為當(dāng)前音頻行業(yè)的三大痛點(diǎn)場景應(yīng)用，提供幾款低延遲、低功耗、高音質(zhì)的創(chuàng)新方案，全面滿足家庭影院、無線電競耳機(jī)、無線麥的需求。w59esmc

1、ATS2835PL家庭影院解決方案

沉浸式無線音頻體驗(yàn)是家庭娛樂的下一個重大飛躍。ATS2835PL低延遲5.1聲道高音質(zhì)家庭影院解決方案，采用藍(lán)牙5.3 LE Audio與經(jīng)典藍(lán)牙共存的模式，基于LC3+編碼的延遲可以低至15毫秒以下。相對2.4G私有協(xié)議功耗更低、音質(zhì)更高，同時(shí)支持五個聲道，可提供低延遲、高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。w59esmc

ATS2835PL方案亮點(diǎn)：w59esmc

• 新一代RF性能；
• 基于LC3+編碼的低延遲≤15ms；
• 雙模在線（LE audio與經(jīng)典藍(lán)牙共存）；
• 相對2.4G私有協(xié)議功耗更低，音質(zhì)更高；
• 通用性更好，可以做為普通藍(lán)牙音箱使用；
• 支持5個聲道無線收發(fā)。

2、ATS2831PL雙模共存單芯片SoC解決方案

其次是無線電競耳機(jī)。傳統(tǒng)的電競耳機(jī)都是有線的，早期無線電競耳機(jī)基于2.4G私有協(xié)議技術(shù)，無法與手機(jī)藍(lán)牙功能連接，也不能在游戲時(shí)接電話。ATS2831PL雙模共存單芯片SoC解決方案，端到端延遲小于20毫秒；支持高清48KHz音頻雙向同傳；具備高抗干擾能力，音頻傳輸穩(wěn)定；支持多設(shè)備、多鏈接，可同時(shí)連接PC、游戲主機(jī)和手機(jī)。w59esmc

ATS2831PL方案亮點(diǎn)：w59esmc

• 端到端延遲<20ms；
• LE audio與經(jīng)典藍(lán)牙共存；
• PC，游戲主機(jī)和手機(jī)全面兼容；
• 雙向48K高清語音同時(shí)傳輸；
• 實(shí)時(shí)動態(tài)音效調(diào)節(jié)。

3、ATS2831PL LC3+無線麥克風(fēng)方案

再次是無線麥克風(fēng)。直播風(fēng)口催生了無線麥克風(fēng)行業(yè)，無線麥克風(fēng)要求體積小、低延遲，因?yàn)樾枰曨l發(fā)生同步，還要多發(fā)一收。ATS2831PL LC3+無線麥克風(fēng)方案是當(dāng)下把延遲做得最極致的產(chǎn)品，可做到10毫秒以內(nèi)的延遲，多發(fā)一收，全鏈路48K高清語音。目前，科大訊飛、猛犸、綠聯(lián)等企業(yè)的無線麥克風(fēng)產(chǎn)品有使用該方案。w59esmc

ATS2831PL LC3+亮點(diǎn)：w59esmc

• 單芯片SoC解決方案；
• 集低延遲傳輸鏈路，高品質(zhì)音頻編解碼和降噪于一體；
• 兩發(fā)一收，全鏈路48K高清語音；
• 端到端延遲目標(biāo)<10ms，傳輸距離>200米；
• 高保真AI降噪，各種噪音環(huán)境自適應(yīng)。

炬芯科技音頻技術(shù)三級跳規(guī)劃

在演講的最后環(huán)節(jié)，周正宇博士介紹了炬芯科技音頻技術(shù)的“三級跳”計(jì)劃。w59esmc

• 第一級，是在LE Audio（藍(lán)牙5.3）基礎(chǔ)上，將音頻的延遲控制在10毫秒以內(nèi)。在前文中，已經(jīng)分析了與經(jīng)典藍(lán)牙相比，LE Audio在低延遲方面的優(yōu)勢，包括具有效率更高的編碼幀傳輸機(jī)制、可預(yù)測的包接收時(shí)間，更低延遲的編解碼LC3和LC3 plus技術(shù)等。
• 第二級，在類似藍(lán)牙音頻的大框架下，全面創(chuàng)新2.4G或5.8G私有協(xié)議，把延遲控制在5毫秒以內(nèi)。擴(kuò)寬無線帶寬（如6Mbps），相對更簡單的壓縮，既提高音質(zhì)，又降低延遲；引入前向糾錯技術(shù)，減少重傳、甚至不重傳；前向糾錯技術(shù)和更高的帶寬有助于簡化編解碼算法，有利于對輸入/輸出做硬件優(yōu)化。
• 第三級，引入U(xiǎn)WB超寬帶技術(shù)，打造低延遲高音質(zhì)音頻，把延遲控制在2毫秒以內(nèi)。單聲道96KHz 24bit需要壓縮，UWB可以數(shù)10Mbps的速度運(yùn)行，它支持的8聲道96KHz 24bit不需壓縮，這樣也不用編碼/解碼，這樣的抗干擾性更好，減少重傳或無需重傳。

周正宇博士堅(jiān)信，炬芯科技在音頻行業(yè)的追求，能真正讓高品質(zhì)的聲音如影隨“行”。w59esmc