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以1877年爱迪生发明留声机为起点,现代音响产品开始出现,充满活力,随时引领时尚风潮。1964年卡带机首次上市,80年代引入中国,与牛仔喇叭裤一起成为80年代中国最时尚的icon。1982年,第一台CD播放器出现,开始了音乐数字化。2001年,苹果发布了第一个ipod。这一百多年来,音频产品的发展主要集中在存储媒体的进化和向数字的转换上。

2001年以后,音频产品进入高速发展时期,近年来主要致力于网络的音频传输,包括智能扬声器、无线耳机等风扇和通过广域网传输的音频产品。在此期间,苹果通过两种音频产品给业界带来了两大变化。第一个是iPod引起的iPod浪潮,第二个是iPod制作的昨天人气炸鸡TWS耳机。

这两次音频进化都表明,人类对美丽声音的追求是无穷无尽的。8月17日,南京、火炬核心科技有限公司CEO朱正宇博士应邀参加了2022中国IC领导人峰会,并结合传统音响行业的发展趋势和火炬核心技术的最新产品技术进展发表了主旨演讲。让高质量的声音跟随“线”。

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传统音响产业的未来发展

周正宇博士认为,对于传统音响产业未来的发展方向,主要的发展趋势可能是以下五个方向。

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首先是无线化。从穿戴式TWS耳机到7.1.4频道沉浸式无线音频家庭影院,这是无线化的象征性应用场景。

第二是低延迟。无线化的需求使延迟短的需求和挑战不可避免。这个挑战是值得讨论的重点。

第三是高音。人类对美丽声音的无尽追求可以分为两个维度。一个是采样率的不断提高。过去裁谈会时代的44。从KHz或48KHz到现在HD或Hires的96KHz@24bit或192K@24bit,再到散热等级的30,另一个是Hifi升级,也就是THD N现在追求-135dB,追求的准确度在千万分之一到接近千万分之二左右。大多数人不能直接区分耳朵,但仍然会感到听觉不同的舒适。

第四个趋势是音乐共享和多连接需求也不断增加。

最后,第五,上述所有需求和变化继续伴随着便携式和低功耗的强烈需求。这也是今后音频技术发展的不变规律。

在所有趋势下,最难的是在无线传输条件下如何在满足高音质的同时达到短延迟目标。

火炬核心技术的过去、现在和未来

回顾火炬核心技术的前身火炬集成,是中国最早的大型芯片设计公司之一,是MP3王的世界最高城市,于2005年在纳斯达克上市。

作为在业界努力工作了20多年的领导者,朱正宇博士领导的火炬核心技术于2021年成功在国内科技创新版上市,一直深耕音频技术领域。

火炬核心技术以音频领域20多年的技术积累和经验为基础,在多个领域取得了惊人的成就。TSR统计报告显示,2020年火炬核心技术在品牌蓝牙扬声器市场位居世界第二。从2018年到2020年,火炬核心技术TWS耳机芯片复合增长率超过100%。2021年,火炬核心技术推出了双模蓝牙音频智能手表芯片,2022年Q2终端品牌客户量产。火炬核心技术的智能手泡沫芯片解决方案不仅能满足低功耗、长待机、高显示帧速率等刚健要求,还能从手表接收手机电话,还支持本地音频播放和蓝牙发射,跑步时无需手机,可以戴手表和耳机听音乐。

过去,火炬核心技术的产品主要以低功耗为核心价值,以低功耗产生高音质,典型情况下,基于火炬核心技术芯片方案的MP3音乐播放时间为20 ~ 30小时,TWS耳机歌曲模式使用时间为8 ~ 10小时,手表一般在使用场景中持续长达10天。

今天,在持续培育低功耗的基础上,火炬核心技术在无线传输下追求高音质音频,捕捉低延时核心疼痛,打造自己的产品。基于最新火炬核心技术芯片方案的Soundbar音频传输延迟目标小于15毫秒,无线竞争耳机延迟目标小于20毫秒,无线麦克风延迟目标小于10毫秒。

周正宇博士认为,过去高质量的声音更多地反映在便携式产品中,如“line”,因此可以随时随地享受良好的声音。未来,像影子一样赋予“行”新的意义,在体验无线音频的同时,实现声音和图像的短暂延迟同步,最终将双重维度的影子跟随“行”。

低延迟、高音质给音频领域注入了新的活力。

周正宇博士指出,在当前音频应用场景中,三个痛苦的应用场景在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,过去是杜比数字或杜比数字plus 5.1通道,现在是杜比全景深7.1.4通道。7.1.4声道中,前面有3个扬声器或1个音棒,后面有2个,头顶有2个,低音炮有1个。如果没有预先埋设,低音炮、后部和头部扬声器必须用明亮的线连接,这严重影响美观,因此需要强大的无线连接。无线连接的沉浸式家庭影院对音质和短延迟的要求很高,因此屏幕和扬声器声音之间需要短延迟(20毫秒以内)。否则,音频视频可能会感到不同步。同时,7通道之间的相对延迟不能超过100微秒,需要至少5通道以上的单向无线短延迟传输。这是低延迟,对高音质技术提出了更高的要求。

第二个应用场景是无线电竞耳机,熟悉的TWS耳机除了通话和听音乐这两个基本诉求外,第三个诉求是游戏。由于电竞游戏的快速发展和全球人气,玩家对耳机的延迟要求非常高,如果延迟太长,反应太慢,会受到玩家用户体验和游戏比赛效果的巨大影响。传统的游戏耳机为了保证短暂的延迟和高音质,基本上是有线形式。近年来无线化需求不断增加,早期无线电竞耳机主要使用私有协议2.4G,但采用私有协议2.4G除了功耗高、成本高外,还有最大的问题。也就是说,游戏中不能同时连接手机,很容易错过手机电话,同时音频质量也不高。因此,对蓝牙双模共存无线竞争耳机的需求正在增加。

第三个应用场景是无线麦克风,短视频直播风口诞生了无线麦克风产品,需要小巧、可携带的外观,为了音频和视频同步,必须满足延迟极低的高质量音频传输要求。另外,两个收发或多发、目前火炬核心技术的低延迟高质量技术芯片、火炬核心技术客户基于火炬核心技术芯片开发的低延时无线麦克风方案已应用于全球多个知名品牌。

实现蓝牙音频传输低延迟的方法

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朱正宇博士指出,蓝牙音频传输延迟的原因主要有几个。首先,所有硬件本身发生的音频延迟(例如,ADC、DAC引起的延迟)。二是无线传输本身的发射和接收端的延迟。第三,为加强抗干扰使用而重新传输机制造成的延迟。最重要的是,由于无线音频传输的带宽限制,音频需要压缩和解压缩,每个压缩算法都会出现压缩和解压缩造成的延迟。提供实现其中每一项技术功能所需的缓存机制。

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火炬核心技术以20多年的音频技术积累为基础,通过总结持续的技术经验,逐一攻克了导致延迟的所有技术水平,最终凝聚了以下音频技术的核心。

1、CPU DSP双核异构音频处理架构;

2、算法软硬件一体化设计方法;

3、以ADC和DAC为核心的音频信号链,音频ADC可以达到SNR 110dB,DAC可以达到SNR 120dB,延迟目标都不到100微秒。

低延迟高质量技术第一代解决方案

周正宇博士表示,火炬核心技术以自己的核心技术为基础,抓住蓝牙5.3 LE Audio的技术特点和新机遇,适用三个问题的情景,分别推出了第一代解决方案,是基于最新蓝牙标准的技术创新。

首先是ATS2835PL低延迟5.1通道高质量家庭影院解决方案,它使用蓝牙5.3 LE音频和传统蓝牙共存的模式,可以将基于LC3编码的延迟时间降低到15毫秒以下。与2.4G专用协议相比,功耗低,音质也高。可与经典蓝牙一起使用,通过无线连接所有5声道、家庭影院的低音炮和2个后置扬声器,蓝牙LE音频提供低延迟、高质量的无线音频体验。

此外,ATS2831PL的低延迟、高质量无线耳机解决方案,端到端延迟不到20毫秒,与传统蓝牙相比大大减少。同时与PC/游戏主机/手机完全兼容,支持LE音频和经典蓝牙共存。用户戴竞争耳机时,如果电话进来,可以暂停游戏,接电话后不中断游戏,用其他耳机接电话。此外,支持双向48KHz高清语音传输,除了单向音乐和游戏声音外,还可以满足不同游戏玩家之间高质量语音对话的需求。

最后,低延迟、高音质无线麦克风解决方案、无线麦克风是最大限度地提高火炬核心技术当前延迟的产品。延迟时间可以设置在10毫秒以内。低延迟传输、高质量音频编解码器和AI噪音降低、LC3编解码器支持、支持两个发送和接收、全链路48KHz高清语音传输。目前,火炬核心技术的芯片已应用于Rode、HKUST新闻、MAMMOD、Green Union等多个知名品牌的无线麦克风产品。

火炬核心技术低延迟高质量技术三级跳跃

朱正宇博士为了以低延迟创造高音质,在蓝牙标准允许的范围内,以LE Audio的最新标准为契机,提出了可以推迟到10毫秒以内的三级跳跃计划。此外,在蓝牙音频等大型框架中,创新个人协议,将低延迟、高音质提升到下一步5毫秒以内。最后,引入了具有更高带宽的新无线传输技术,提供了低延迟、高音质,即延迟小于2毫秒。

1、蓝牙5.3、le音频

根据蓝牙SIG发布的最新标准蓝牙5.3,与传统蓝牙相比,协议层提供的低延迟武器更多。

更高效的编码帧传输机制、可预测的数据包接收时间、低延迟编码解码LC3和LC3 plus技术等。这些新的技术变化迅速应用于火炬核心技术的产品,使过去经典蓝牙25毫秒以上的延迟目标低于10毫秒。

2、2.4G和5.8G个人协议改进

在2.4G和5.8G专用协议中追求更高的音质和更低的延迟。首先进一步提高无线传输的带宽,然后针对低延时和传输高带宽匹配开发自己的音频编解码技术,引入全方位纠错技术,纠正错误数据,整体系统化以减少再传输,不重新传输,增加输入/输出硬件的延迟优化来实现。

3、超宽带秒带宽技术或类超宽带技术

如果使用UWB超带宽技术或UWB技术,不压缩、不解码数据或无损压缩技术,SNR可以达到最佳延迟,抗干扰能力比窄带宽更好,不需要重新传输或重新传输。实现音频的高质量超低延迟传输,设定2毫秒以下的最大延迟目标。

朱正宇博士最后说:“回到人类对音频体验的追求,希望火炬核心技术能够以短暂的延迟高质量技术为音频领域注入更多新的活力,从而‘喜欢’高质量的声音。”

-火炬核心技术周正宇博士如何制作短延迟高质量无线音频产品

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