История возникновения спецификации High Definition

Практическое тестирование
Intel High Definition Audio
на примере кодека Realtek ALC880

История возникновения спецификации High Definition Audio такова. С забвением DOS и приходом Windows закончилась эпоха разношерстных архитектур и прямого программирования звуковых карт. ОС Windows привела к появлению единых стандартов и единых API. В данном случае API (Application Programming Interface) - это единый стандартный интерфейс, служащий для высокоуровневого обращения к похожим функциям различных устройств, вместо низкоуровневого программирования под каждое устройство. В применении к звуку ОС Windows 3.11 содержала MME (Multi Media Extensions) в составе Windows API, с несколькими простейшими функциями по инициализации устройства, задания параметров работы, воспроизведения и записи звука. В 1996 году компания Microsoft выпустила довольно мощный DirectSound API с поддержкой многоканального звука, софтовой эмуляцией и возможностью аппаратного ускорения аудио функций, так что все звуковые карты начали обзаводиться DirectSound драйверами.

В 1997 году компания Intel представила стандартную спецификацию на массовые дешёвые аудио-кодеки, под названием AC‘97 (Audio Codec '97). Главным достижением внедрения этой спецификации можно считать улучшение качества звучания массовых звуковых карт за счёт полного разделения аналоговой и цифровой частей, и повышение максимально воспроизводимой частоты дискретизации до 48 кГц, для совместимости с форматом звука DVD-Video. Стандарт просуществовал достаточно долго, дожил до версии 2.3 и в настоящее время морально устарел.

AC'97 кодеки в качественных современных звуковых платах не применяются (вместо этого с успехом используются I2S-кодеки для бытовой и профессиональной аудио аппаратуры), и полностью сместились в low-end сектор, превратившись в убогий и глючный отключаемый "интегрированный AC'97-звук". Ввиду своей дешевизны посредственная реализация интегрированного звука дискредитировала само название стандарта, который имеет к этому мало отношения. Скажем, в воплощении Analog Devices и Intel (SoundMAX Cadenza на примере интегрированного AC'97-звука материнской платы Intel D845PEBT2, Интегрированный AC'97-звук на материнской плате Intel D815EFV) или NVIDIA (Практическое исследование мультимедийных и коммуникационных возможностей чипсета NVIDIA nForce) интегрированный AC'97 звук показывал вполне приемлемое качество и даже демонстрировал некоторые оригинальные фичи.

High Definition Audio (HD Audio) является преемником и эволюционным продолжением спецификации AC‘97. Новые кодеки имеют тот же форм-фактор и совместимы с HD Audio контроллерами снизу вверх. Вероятно, следуя принципу "пользователь покупает мегагерцы", в Intel выбрали название по основному отличительному признаку - поддержке звуковых форматов высокого разрешения, что совпадает с дословным переводом названия стандарта). Однако, несмотря на название, стандарт имеет и некоторые отличия. Основные из них приведены в таблице:

AC '97	High Definition Audio	Преимущество HD Audio
16 бит 48 кГц максимум*	32 бит 192 кГц максимум	Полноценная поддержка новых форматов, таких как DVD-Audio
5.1	5.1/7.1	Полноценная поддержка новых форматов, таких как Dolby Digital Surround EX, DTS ES
Полоса пропускания 11.5 Мб/с	48 Мб/с выход, 24 Мб/с вход	Выше полоса пропускания позволяет использовать большее число каналов в более детальных форматах
Фиксированная полоса пропускания	Задаваемая полоса пропускания	Используются только необходимые ресурсы
Определённый канал DMA	DMA каналы общего назначения	Поддержка многопоточности и нескольких подобных устройств
Одно звуковое устройство в системе	Несколько логических звуковых устройств	Поддержка концепции Digital Home / Digital Office, вывод разных звуков на разные выводы для мультирумных возможностей и отдельного голосового чата во время онлайн-игр
Опорная частота задаётся извне, основным кодеком	Опорная частота берётся от чипсета (I/O Controller Hub, ICH)	Единый высококачественный задающий генератор для синхронизации
Стабильность работы зависит от стороннего ПО третьих фирм	Универсальная архитектура звукового драйвера от Microsoft	Единый драйвер для большей стабильности OS и базовой функциональности, не требуется специальная установка драйверов
Ограниченный device sensing / jack retasking	Полный device sensing / jack retasking	Полная поддержка audio Plug and Play
Стреомикрофон или 2 микрофона	Поддержка массива из 16 микрофонов, максимум	Более точные ввод и распознавание речи

* в последних версиях стандарта теоретически 20 бит 96 кГц, однако где в реальности найти запись в таком формате - остаётся загадкой

Остановимся подробнее на поддержке Microsoft Universal Audio Architecture (UAA), которая ранее планировалась к внедрению лишь в следующем поколении Windows (Longhorh). Совместимость с UAA подразумевает автоматическую установку в звуковом устройстве единого универсального драйвера от Microsoft, находящегося в операционной системе, корректно поддерживающего все базовые функции устройства и обеспечивающего воспроизведение звука без заиканий. При этом энтузиасты, конечно, могут сами установить очередной бэта-драйвер от производителя кодека с поддержкой более широкой функциональности (например, красивую панель с логотипом производителя или поддержку DS3D и EAX посредством программных алгоритмов Sensaura).

Для улучшения продвижения новой спецификации Intel совместно с Dolby разработали программу лицензирования и выдачи следующих логотипов Dolby компьютерам с High Definition Audio звуком:

Dolby Sound Room - поддержка 5.1 для одного слушателя и Dolby Digital, Dolby Headphone, Dolby Virtual Speaker, Dolby Pro Logic II
Dolby Home Theater - поддержка 5.1 для нескольких слушателей, Dolby Digital, Dolby Headphone, Dolby Virtual Speaker, Dolby Pro Logic II, а также создания DVD с Dolby Digital с помощью Dolby Digital Stereo Creator.
Dolby Master Studio - поддержка 7.1 для нескольких слушателей, Dolby Digital, Dolby Digital Live, Dolby Headphone, Dolby Virtual Speaker, Dolby Pro Logic IIx, а также создания DVD с полноценным Dolby Digital.

На презентации прошедшего IDF мелькали цифры требований по качеству и к аппаратной части, для получения Dolby Logo:

	Low-tier PC	Mid-tier PC	Top-tier PC
Signal-to-Noise relative to –20 dBFS A-weighting	55 dB	65 dB	75 dB
Headroom relative to –20 dBFS	20 dB	20 dB	20 dB
FR Passband Ripple	20 Hz to 20 kHz +0.5 / –3 dB	20 Hz to 20 kHz +0.5 / –1 dB	20 Hz to 20 kHz ±0.5 dB
THD+N	≤–60 dBFS	≤–60 dBFS	≤–65 dBFS
FS Output Voltage without clipping	1Vrms<FSOV<2.2Vrms	1Vrms<FSOV<2.2Vrms	2Vrms<FSOV<2.2Vrms

Очень интересно нестандартное измерение сигнала/шума, по отношению к –20 dBFS, а не к полному размаху сигнала, а также требование к высокому уровню выходного сигнала, что практически автоматически обеспечит приемлемое отношение сигнал/шум. Уровень искажений -60 дБ соответствует в процентах 0,01%, а этого явно недостаточно для получения качественного звука. Требования на неравномерность АЧХ легко выполнимы для ЦАП и имеют слабое отношение к качественному звуку, однако, возможно это заставит применять более высококачественные ОУ на выходе кодека. С другой стороны, сам факт необходимости перепроектирования преобразователей и получения сертификации может простимулировать появление более высококачественных микросхем кодеков.

Содержание раздела