Zvukové karty a jejich vývoj - 3. část
12.2.2007, Jan Vítek, článek
Poslední díl seriálu o vývoji zvukových karet a jejich standardech se bude zabývat střípky, které se nám do předchozích dvou dílů nevešly. Budou to ostatní výrobci zvukových řešení, s nimiž se dnes můžete setkat a kteří stojí za úvahu. Dále nesmíme zapomenout na stále kvalitnější integrované kodeky a nakonec se podíváme i na moderní 3D audio technologie v herním průmyslu.
Kapitoly článku:
- Zvukové karty a jejich vývoj - 3. část
- Integrovaná řešení
- 3D audio technologie
- Wavetracing a reverb
Jedním ze způsobů, jak se tedy vyhnout přídavným zvukovým kartám ve slotech, je tedy použití externí zvukové karty, ať už se připojuje přes USB port, nebo notebookové rozhraní PCMCIA. V každém případě jde ale o další kus hardware. Naproti tomu můžeme postavit integrované řešení využívající audio kodeky na základní desce a také výpočetní sílu procesorů.
Základní schéma AC'97
Pro taková zařízení stvořila společnost Intel a její Architecture Labs v letech 1996 - 1997 standard AC’97, tedy Audio Codec ’97. Ten však nedefinoval pouze standardy pro audio, ale dotýkal se také modemů a samozřejmě samotných základních desek. Nově zavedený standard se celkem bez problémů prosadil a rozšířil, neboť jej prosazoval sám Intel a také šlo od začátku o levné řešení, kde co nejvíce práce bylo ponecháno na výkonu procesoru a tedy i na softwaru.
Přesto však nebyly nároky kladené na AC’97 nijak ošizené. Zahrnuty byly zhruba tyto body
Audio Codec se skládá ze dvou základních částí – AC-Controller a AC-Audio Codec. Tyto části spojuje sériové rozhraní AC-Link, jež funguje velice jednoduše. Využívá dva výstupní a jeden vstupní sériový kanál, tedy kromě signálních kanálů s časovým signálem, synchronizací a dalšími. AC-Controller se skrývá v dnešních čipech southbridge, avšak první verze byly umístěny ještě v northbridge čipových sad. Prací Audio Codecu je DAC a ADC (Digital to Analog/Analog to Digital) převody, mixování kanálů a analogové I/O operace. Jeho práce je také podřízena AC-Controlleru, jenž na něj pomocí AC-Link klade požadavky od systému.
- klikněte pro zvětšení -
Od prvního uvedení specifikací standardu AC’97 jej Intel nepřestal vyvíjet, takže jsme se mohli dočkat například specifikací AC’97 2.2, jež zahrnovala novinky jako 16-bit plně duplexní stereo zvuk, volitelné vzorkování až do 48kHz, až čtyři analogové stereo/mono vstupy, volitelný 18-20-bit AD/DA převodník, kvalitní analogový vstup pro CD audio, mikrofónový vstup se zesílením 20dB. Nechybělo ani 3D stereo rozšíření, přídavný výstup (AUX) pro sluchátka a nebo čtyřkanálový zvuk a třetí AD převodník pro hlasový a S/PDIF výstup.
AC-Link
Podpora AC’97 se stále rozšiřovala a my jsme se mohli dočkat dalších produktů od různých výrobců. Standard AC’97 2.2 podporovaly například kodeky ALC650 a ALC602 firmy Realtek, CS4202 firmy Cirrus Logic, AD1981A a AD1881A od Analog Devices, či CMI9738S a CMI9739 firmy C-Media. Toto je však pouze zlomek společností, jež se svezly na vlně AC’97. Mezi další můžeme počítat třeba firmu VIA, Philips, Yamaha, Winbond, SigmaTel, Conexant a další.
Následovaly specifikace pro verzi AC’97 2.3, které však přinesly minimum vylepšení, jako podporu stereofonního mikrofonu s nastavitelným zesílením, detekci zapojených jacků a identifikaci zařízení připojených do audio vstupů a výstupů přinášející větší uživatelský komfort a zmínit můžeme ještě zlepšené generování přerušení pro integrované plug&play platformy. Novou specifikaci implementovaly například kodeky ALC655, ALC203, AD1985 nebo CMI9761.
V roce 2004 Intel dráhu AC’97 ukončil, avšak pouze proto, aby tento standard nahradil standardem Intel High Definition Audio, neboli Azalia. To mělo již od začátku přinést podstatnou výhodu díky schopnosti přehrávat více kanálů v podstatně vyšší kvalitě než předchozí kodeky, konkrétně 192kHz/32-bit u dvou kanálů a 96kHz/32-bit u všech osmi kanálů. HDA také nebylo vyvíjeno s ohledem na zpětnou kompatibilitu s AC’97, což také uživatelům nemusí nijak vadit. Hardware založený na těchto specifikacích tedy nemůže být používán současně přes stejný kontrolér.
Schéma Intel High Definition Audio
Mezi další specifikace HDA patří podpora 15 vstupních a 15 výstupních streamů (až 16 kanálů na stream), značná škálovatelnost v designu, volitelná vzorkovací frekvence od 6kHz po zmíněných 192kHz a také volitelná podpora pro 8, 16, 20, 24 a 32-bit rozlišení. Se specifikacemi HDA pracují kodeky jako Realtek ALC883 a ALC880, C-Media CMI9880 a další.
O vylepšení integrovaných audio řešení se také nesnažil pouze Intel, ale také ostatní firmy, jako VIA se svým audio kontrolérem Envy24, které sice je kompatibilní se standardem AC’97, ale ve své době jej dokázalo předehnat. Největšími taháky byla podpora 7.1 audio kanálů a tedy i Dolby Digital EX a DTS ES DVD video. Nechybělo ani až 24-bitové rozlišení a 96kHz vzorkovací frekvence.
Firma v roce 2002 představila tři typy kontrolérů VIA Envy – plnohodnotnou hi-end Envy24, Envy24HT bez profesionálních prvků a nakonec Envy24PT, který nás zajímá nejvíc, neboť byl od začátku určený pro integrované audio v duchu firemní strategie VIA Vinyl Audio. Pro tyto účely VIA připravila i kodek – VT1616 Six-Trac audio, jenž měl přímo spolupracovat s Envy24PT. VT1616 podporoval standard AC’97 verze 2.2 a pochlubit se měl zlepšenou kvalitou zvuku díky tomu, že neobsahuje zesilovač signálu pro sluchátka. Tím se má zahřívání čipu i generovaný šum snížit. Dále VT1616 obsahuje 6 DAC výstupů, pracuje v 18-bit rozlišení, má S/PDIF kompresovaný digitální / LPCM (Linear Pulse Code Modulation) audio výstup, podporuje externí audio zesilovač a HW downmix. Pro plný 7.1 výstup však musí být Envy24PT doplněn o další VT1616, který dodá zbylé dva kanály. VIA pro svoji technologii získala výrobce základních desek Albatron, Chaintech nebo AOpen a zaútočila na audio řešení v čipových sadách s nVidia MCP-T.
VIA VT1616 - Six-Trac Codec
Zvukový systém nVidia SoundStorm se uvedl v čipové sadě nVidia nForce2, jehož součástí byl u těch lepších základních desek southbridge MCP-T (nebo MCP-D), který obsahoval technologii SoundStorm. Ten se mohl ve své době postavit i samostatným kartám Creative Audigy a byl vpravdě výbornou přidanou hodnotou pro základní desky s jinak také výbornou sadou nForce 2 a jejích verzí.
Základní desky se SoundStorm tedy musely vedle integrace nForce APU (Audio Processing Unit) ještě obsahovat potřebné audio výstupy pro až 6 reproduktorů a také před udělením certifikace je bylo nutné podrobit testům provedeným v laboratořích Dolby Digital. Díky vysoké kvalitě zvuku a také podpoře Dolby Digital 5.1 se v té době stal SoundStorm populárním a vyhledávaným řešením, což dále přispělo k většímu rozšíření a oblíbenosti čipových sad nVidia.
DSP podporovalo až 256 hlasů ve 2D, 64 hlasů ve 3D a zajištěna byla jeho plná kompatibilita s DirectX 8.0, EAX2 a I3DL2. Dále jsme se mohli těšit HW Dolby Digital enkódování a S/PDIF rozhraní. Nevýhodou však byl fakt, že nebylo možné tvořit neoriginální ovladače pro toto DSP, což se dalo obejít přímým přístupem k audio kodeku (například ALC650) a to znamenalo SW emulaci funkcí normálně zastávaných DSP.
SoundStorm se nakonec nedočkal dlouhé historie, protože pro další čipové sady nForce3 a nForce4 se s ním již nepočítalo. nVidia se prostě rozhodla, že náklady na vývoj SoundStorm jako integrovaného zvukového řešení jsou příliš vysoké a nakonec také záleželo na konečném zpracování základní desky a použitých komponentách, což dokáže jakkoliv kvalitně navržené DSP srazit k zemi.
Základní schéma AC'97
Pro taková zařízení stvořila společnost Intel a její Architecture Labs v letech 1996 - 1997 standard AC’97, tedy Audio Codec ’97. Ten však nedefinoval pouze standardy pro audio, ale dotýkal se také modemů a samozřejmě samotných základních desek. Nově zavedený standard se celkem bez problémů prosadil a rozšířil, neboť jej prosazoval sám Intel a také šlo od začátku o levné řešení, kde co nejvíce práce bylo ponecháno na výkonu procesoru a tedy i na softwaru.
Přesto však nebyly nároky kladené na AC’97 nijak ošizené. Zahrnuty byly zhruba tyto body
- Podpora 3D her a analogových joysticků
- Kompatibilita se Sound Blasterem na úrovní DOSu, OPL3 a MPU 401 MIDI UART
- Kompatibilita s Windows 95 DirectX API
- MIDI Wavetable syntéza a přehrávání
- Video a Audio pro konference přes Internet, LAN atd.
- Plně duplexní, nízké latence
- Přehrávání DVD filmů a Dolby AC-3 audio dekodér s výstupem na 2 reproduktory a alespoň SW MPEG-2 dekodérem
- Podpora televizních karet a karet pro zachytávaní videa
- Rozpoznávání hlasu (Voice Recognition) - hlavně pro ovládání aplikací
- Trvale zpřístupněný vstup pro mikrofon
- Interaktivní práce s Internetem a virtuální realitou
- Java, VRML, ActiveX
- Multimedia a prezentace na Internetu
- Audio mixer podporuje přehrávání, jako i nahrávání, mixování a editování audia
Audio Codec se skládá ze dvou základních částí – AC-Controller a AC-Audio Codec. Tyto části spojuje sériové rozhraní AC-Link, jež funguje velice jednoduše. Využívá dva výstupní a jeden vstupní sériový kanál, tedy kromě signálních kanálů s časovým signálem, synchronizací a dalšími. AC-Controller se skrývá v dnešních čipech southbridge, avšak první verze byly umístěny ještě v northbridge čipových sad. Prací Audio Codecu je DAC a ADC (Digital to Analog/Analog to Digital) převody, mixování kanálů a analogové I/O operace. Jeho práce je také podřízena AC-Controlleru, jenž na něj pomocí AC-Link klade požadavky od systému.
- klikněte pro zvětšení -
Od prvního uvedení specifikací standardu AC’97 jej Intel nepřestal vyvíjet, takže jsme se mohli dočkat například specifikací AC’97 2.2, jež zahrnovala novinky jako 16-bit plně duplexní stereo zvuk, volitelné vzorkování až do 48kHz, až čtyři analogové stereo/mono vstupy, volitelný 18-20-bit AD/DA převodník, kvalitní analogový vstup pro CD audio, mikrofónový vstup se zesílením 20dB. Nechybělo ani 3D stereo rozšíření, přídavný výstup (AUX) pro sluchátka a nebo čtyřkanálový zvuk a třetí AD převodník pro hlasový a S/PDIF výstup.
AC-Link
Podpora AC’97 se stále rozšiřovala a my jsme se mohli dočkat dalších produktů od různých výrobců. Standard AC’97 2.2 podporovaly například kodeky ALC650 a ALC602 firmy Realtek, CS4202 firmy Cirrus Logic, AD1981A a AD1881A od Analog Devices, či CMI9738S a CMI9739 firmy C-Media. Toto je však pouze zlomek společností, jež se svezly na vlně AC’97. Mezi další můžeme počítat třeba firmu VIA, Philips, Yamaha, Winbond, SigmaTel, Conexant a další.
Následovaly specifikace pro verzi AC’97 2.3, které však přinesly minimum vylepšení, jako podporu stereofonního mikrofonu s nastavitelným zesílením, detekci zapojených jacků a identifikaci zařízení připojených do audio vstupů a výstupů přinášející větší uživatelský komfort a zmínit můžeme ještě zlepšené generování přerušení pro integrované plug&play platformy. Novou specifikaci implementovaly například kodeky ALC655, ALC203, AD1985 nebo CMI9761.
V roce 2004 Intel dráhu AC’97 ukončil, avšak pouze proto, aby tento standard nahradil standardem Intel High Definition Audio, neboli Azalia. To mělo již od začátku přinést podstatnou výhodu díky schopnosti přehrávat více kanálů v podstatně vyšší kvalitě než předchozí kodeky, konkrétně 192kHz/32-bit u dvou kanálů a 96kHz/32-bit u všech osmi kanálů. HDA také nebylo vyvíjeno s ohledem na zpětnou kompatibilitu s AC’97, což také uživatelům nemusí nijak vadit. Hardware založený na těchto specifikacích tedy nemůže být používán současně přes stejný kontrolér.
Schéma Intel High Definition Audio
Mezi další specifikace HDA patří podpora 15 vstupních a 15 výstupních streamů (až 16 kanálů na stream), značná škálovatelnost v designu, volitelná vzorkovací frekvence od 6kHz po zmíněných 192kHz a také volitelná podpora pro 8, 16, 20, 24 a 32-bit rozlišení. Se specifikacemi HDA pracují kodeky jako Realtek ALC883 a ALC880, C-Media CMI9880 a další.
VIA Envy24
O vylepšení integrovaných audio řešení se také nesnažil pouze Intel, ale také ostatní firmy, jako VIA se svým audio kontrolérem Envy24, které sice je kompatibilní se standardem AC’97, ale ve své době jej dokázalo předehnat. Největšími taháky byla podpora 7.1 audio kanálů a tedy i Dolby Digital EX a DTS ES DVD video. Nechybělo ani až 24-bitové rozlišení a 96kHz vzorkovací frekvence.
Firma v roce 2002 představila tři typy kontrolérů VIA Envy – plnohodnotnou hi-end Envy24, Envy24HT bez profesionálních prvků a nakonec Envy24PT, který nás zajímá nejvíc, neboť byl od začátku určený pro integrované audio v duchu firemní strategie VIA Vinyl Audio. Pro tyto účely VIA připravila i kodek – VT1616 Six-Trac audio, jenž měl přímo spolupracovat s Envy24PT. VT1616 podporoval standard AC’97 verze 2.2 a pochlubit se měl zlepšenou kvalitou zvuku díky tomu, že neobsahuje zesilovač signálu pro sluchátka. Tím se má zahřívání čipu i generovaný šum snížit. Dále VT1616 obsahuje 6 DAC výstupů, pracuje v 18-bit rozlišení, má S/PDIF kompresovaný digitální / LPCM (Linear Pulse Code Modulation) audio výstup, podporuje externí audio zesilovač a HW downmix. Pro plný 7.1 výstup však musí být Envy24PT doplněn o další VT1616, který dodá zbylé dva kanály. VIA pro svoji technologii získala výrobce základních desek Albatron, Chaintech nebo AOpen a zaútočila na audio řešení v čipových sadách s nVidia MCP-T.
VIA VT1616 - Six-Trac Codec
nVidia SoundStorm
Zvukový systém nVidia SoundStorm se uvedl v čipové sadě nVidia nForce2, jehož součástí byl u těch lepších základních desek southbridge MCP-T (nebo MCP-D), který obsahoval technologii SoundStorm. Ten se mohl ve své době postavit i samostatným kartám Creative Audigy a byl vpravdě výbornou přidanou hodnotou pro základní desky s jinak také výbornou sadou nForce 2 a jejích verzí.
Základní desky se SoundStorm tedy musely vedle integrace nForce APU (Audio Processing Unit) ještě obsahovat potřebné audio výstupy pro až 6 reproduktorů a také před udělením certifikace je bylo nutné podrobit testům provedeným v laboratořích Dolby Digital. Díky vysoké kvalitě zvuku a také podpoře Dolby Digital 5.1 se v té době stal SoundStorm populárním a vyhledávaným řešením, což dále přispělo k většímu rozšíření a oblíbenosti čipových sad nVidia.
DSP podporovalo až 256 hlasů ve 2D, 64 hlasů ve 3D a zajištěna byla jeho plná kompatibilita s DirectX 8.0, EAX2 a I3DL2. Dále jsme se mohli těšit HW Dolby Digital enkódování a S/PDIF rozhraní. Nevýhodou však byl fakt, že nebylo možné tvořit neoriginální ovladače pro toto DSP, což se dalo obejít přímým přístupem k audio kodeku (například ALC650) a to znamenalo SW emulaci funkcí normálně zastávaných DSP.
SoundStorm se nakonec nedočkal dlouhé historie, protože pro další čipové sady nForce3 a nForce4 se s ním již nepočítalo. nVidia se prostě rozhodla, že náklady na vývoj SoundStorm jako integrovaného zvukového řešení jsou příliš vysoké a nakonec také záleželo na konečném zpracování základní desky a použitých komponentách, což dokáže jakkoliv kvalitně navržené DSP srazit k zemi.
