为音质而“芯”跳——剖析MP3解码芯片

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现在的MP3播放器已经很普及了,几乎是人手一台。而外形相似的MP3播放器,价格却相差很大,有的上千元,而有的则一百元左右,到底是什么致使它们“贫富”差距如此之大?要想弄明白,就需要从MP3的解码芯片来揭开其中的奥秘了。

一、MP3播放器是如何工作的?

MP3播放器其实就是一台功能特定的小型电脑。在它小小的机身里,拥有存储器(存储卡)、显示器(LCD显示屏)、中央处理器[MCU(微控制器)或解码DSP(数字信号处理器)等,其基本构成如图1所示:

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图1

当微型操作系统加载(MP3播放器的启动)完成后,MCU开始为操作系统所控制,执行它所指定的各种功能(最主要的就是播放MP3音乐)。播放的过程就是MP3音乐文件的解码过程,MCU利用自身的CPU运算能力来承担繁重的MP3音乐文件解码任务。当MP3音乐下载至MP3随身听后,一般都被存储在机身内置的闪存或硬盘里,在播放的过程中,MCU将它们从存储介质里读取出来,缓冲在RAM中,解码后播放出来。由于此时的信号是数字信号,耳机等设备只能识别模拟信号,这时就需要由数/模转换器(DAC)来完成将数字信号转变为模拟信号的工作,最后通过耳机就可以播放出美妙的音乐了。

解码芯片在很大程度上决定了音乐最终的音质表现。MP3是一种有损压缩的音乐文件格式,如果MP3播放器拥有优秀的解码芯片就能够更好地还原音频信号,在很大程度上弥补了音频信号的损失。反之,低端的解码芯片不但无法弥补音频信号的损失,还会进一步损失音频信号,结果可想而知了。

二、细看MP3播放器解码芯片

上面我们已经大致了解了当前市场上主流的MP3芯片品牌,接下来我们重点对几个应用最广泛的主流芯片品牌进行分类介绍。

飞利浦芯片

飞利浦的解码芯片一般都采用BGA封装工艺,而国内在这方面的技术相当有限,此外,由于飞利浦的解码芯片需要搭配另外的控制芯片电路协同工作,所以产品成本较高。因此,采用飞利浦解码芯片的厂商往往将产品都定位于中高价位,如MPIO和IRIVER这两家韩国的MP3专业厂商。这两个品牌的一个共同特点就是在产品中全面采用了飞利浦的解码芯片。因此,它们的产品拥有很高的音质和品质,成为全球MP3爱好者追逐的对象。

飞利浦SAA775X系列

代表机型:iRiver的IFP-100、300、500系列,MPIO的大部分机器(FD100、FL100、FY200、FG100等),MSC的G128,JNC SSF-200和创新(CREATIVE)的MX100、MX200等。

飞利浦SAA775X芯片是目前市场上MP3播放器解码芯片组中功能最全(支持CD直录),效果最好的解码芯片之一。该解码芯片的音质表现为:低音下沉较深、中音表现出色,而相比之下高音则显得一般。

飞利浦SAA775X采用的嵌入式处理器(图2),拥有高级能源管理功能,可以根据工作任务量的需要控制处理器运行速度,以延长电池的使用时间,类似于普遍使用于高端的PDA和笔记本电脑的节能技术。因此,SAA775X芯片以普通音量播放128Kbps MP3时,单颗AA电池的供电时间可以长达24小时。当然这是芯片的理论工作时间,对于MP3播放器来说,由于生产工艺的制约,具体的工作时间一般都少于这一理论时间。

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图2

飞利浦Nexperia PNX010X系列

代表机型:魅族E3、MPIO的FG100、FL300,iRiver 的IFP-700、800、900、1000系列以及N10。

PNX010X系列解码芯片也是一个大的系列(图3),包括 PNX0101,PNX0102和PNX0105。其中PNX0102和PNX0102是专为闪存MP3随身听而开发的,而PNX0105则是针对硬盘式多媒体播放器的产品。

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图3

PNX0101内嵌4Mbit的可编程Flash,只支持USB1.1。目前所有采用PNX0101芯片MP3所配备的USB2.0接口,都是通过另外增加USB2.0控制芯片来实现的(注:与Molex的配合使用可支持USB2.0、SD/MMC扩展等)。而PNX0102则内嵌有8Mbit的可编程Flash,自身提供了对USB2.0的支持。PNX0105同样支持USB2.0,而且还支持GDMA和IDE(ATA/ATAPI/PC Card)等接口,但它没有内置可编程Flash。

延伸阅读:主流MP3解码芯片阅览

1.飞利浦,出自荷兰。是目前市场上最好的MP3解码芯片品牌,功能全、音质好,但是价格也是众芯片中最高的一个品牌。

2.Telechips,出自韩国。2004年才上市的一个芯片品牌。低音感足、各频段表现比较平衡、而且音场更为宽阔,但需要外接ROM外围元件比较多,因此采用这种芯片的MP3产品体积往往相对比较大些。

3.Sigmatel,出自美国。采用Sigmatel解码芯片的MP3音质表现会中规中矩,声音比较亮丽,中音表现一般,低音不足、高音比较生硬,它在音乐表现上要逊于飞利浦和Telechips芯片。

4.ATMEL,出自美国。其生产厂商为ATMEL公司,它是DSP、MCU业界的龙头。

5.华矽,出自中国台湾。此系列芯片功能简单,一般用于低端产品,低音不错,中高音一般。

6.炬力,出自中国珠海。生产成本较低,产品性价比高。近年推出的芯片音质有所提高。

Telechips芯片

韩国Telechips芯片是性能较好的MP3解码芯片之一,成本比起飞利浦芯片低一些,但是需要外围元件的配合,因此总成本应是单芯片与外围元件的总和。音质方面Telechips同样保持在比较高的水准上。Telechips在韩国厂商中采用得还是比较多的,而韩国的整体MP3水平又比较高,所以Telechips的芯片在整个MP3播放器中还是占有很高的市场份额。

Telechips TCC730/TCC731

代表机型:DATUMMH356、DEC街舞系列、Wewa王者之音、朝华魔音系列等。

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价格比Philips的SAA7750/SAA7751要便宜一点,但是需要外挂ROM,外围元件多一点,因此不能用于体积小的MP3。Telechips的TCC730/TCC731音质总体来说还算不错,频段平衡,音场宽阔。从功能、性能、音质上来说,TCC730/731都比SIGMATEL芯片好一些——当然目前还没有达到SAA7750/SAA7751的水平。

Sigmatel芯片

如果要提到目前MP3芯片的市场占有率,那么美国的Sigmatel家族肯定是名至实归,但对于Sigmatel芯片的品质,却是仁者见仁,智者见智。总体而言采用Sigmatel解码芯片的MP3音质表现中规中矩,声音比较亮丽,中音表现一般,低音感不足、高音比较生硬,它在音乐的表现上要逊于飞利浦和Telechips芯片。

Sigmatel STMP3410/3420/1342

代表机型:三星Yepp 55系列、MSC h128、DEC M220R 、Hyunwon DAH800、魅族系列、JNC SSF800系列。

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Sigmatel的STMP3410/1342的解码芯片因为是单芯片,集成度高,功能相对不错,而且不用像飞利浦的解码芯片那样要加控制芯片,使得成本大大降低,所以这个芯片也被很多厂商采用,高达60%以上市场占有率很好地说明了这一点。Sigmatel的STMP3410/1342的解码芯片音质表现中规中矩,声音比较亮丽,中音表现一般。只是低音不足、高音比较生硬。

Sigmatel 3502

代表机型:MS-5511

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据称该芯片瞄准高端市场,芯片与外围电路设计有了大幅度改进,被誉为第三代解码芯片,将DSP数字信号处理器主频速率提升至75MHz,信噪比高达95dB,输出功率达到了11mW,总谐波失真率也低于0.05%。

SKYLARK芯片

韩国ECT公司的SKYLARK芯片,目前国产的纽扣机都在用它,目前还不支持WMA,价格与STMP3410差不多。SKYLARK主要特点是功耗低,音质清晰悦耳;编码直录功能,且可以根据需要调整压缩比特率;内置中、日、欧3种制式FM调频收音,可将收到的节目录在播放机中;歌名、ID3、歌词同步显示(支持中文歌名、歌词同步显示);A-B点复听功能;内部存储器容量查询,可以查询内部存储器的容量。

Skylark-Ⅱ

代表机型:丹丁的DX-8彩蛋系列

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使用该芯片的代表播放器是丹丁的DX-8彩蛋系列,外观极尽妖娆妩媚。另外还有全球最小的MP3,JNC的SSF-8000同样是使用Skylark-Ⅱ芯片。Skylark-Ⅱ芯片在继承了上一代低功耗和小体积这两个优点的同时,在功能上也有了进一步加强。能支持WMA格式的文件播放,而且还具有USB Host功能,支持各种存储卡作为音乐的存储介质。它的价格仍然维持在较低的水平上。

珠海炬力芯片

珠海炬力主要从事工业级和消费类Soc及其解决方案的设计开发。它推出的各款芯片都是彻底的“国产芯”,具有自主的知识产权。

目前我们所见到的许多低端的MP3播放器中,有很大一部分就是用的炬力的方案。应该说,正是这些杂牌的MP3的存在,使得炬力给人以廉价低质的印象。某些芯片从成本的角度考虑,不提供MP3编码、彩频游戏、高质量MTV播放等功能,耗电量也较大。不过,炬力在低端市场上获得成功之后,正进一步朝着视频处理和更高级音效方向发展。

ATJ207x

代表机型:艾斐AF3328

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这个系列中的ATJ2075是目前市场销量最大的一款产品。采用128脚的LQPF封装,集成度非常高,只要再外加一块Flash存储器和一些电阻电容便可以组成一台完整的MP3了。添加一块TEA5767,便可以加入FM收音功能。这些电路版图方案很容易得到,固件也已经很成熟了。现在的很多公版MP3便是采用了这样的方案。该系列的其他型号还有ATJ2071和 ATJ2073,核心都是一样的,只是外部接口稍有不同。

延伸阅读:中低端MP3解码芯片

除了上面几个有代表性的主要芯片系列外,芯片市场还有以下几个一直默默无闻地为着中低端市场服务的芯片:

1.凌阳,价格比STMP3410要便宜,音质一般,国产MP3很多用到,也是未来国产机比较多人采用的。

2.珠海科广,用的工厂较少,市面上仿JNC的圆筒机就是用的这个方案,价格和炬力的差不多,还未完全完善。

3.华矽,市面上最低端的方案,价格便宜,功能简单,音质不好。