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创新X-FI声卡样品技术分析  

2008-01-07 16:18:56|  分类: ◎音频资讯 |  标签: |举报 |字号 订阅

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创新其新一代X-Fi系列声卡,其中具体包括(型号由高到低排列):Sound Blaster X-Fi Elite Pro、Sound Blaster X-Fi Fatal1ty FPS、Sound Blaster X-Fi Platinum、Sound Blaster X-Fi XtremeMusic这四款型号。

创新X-FI声卡样品技术分析 - 好歹不坏 - 数字音频

在X-Fi还没有正式推出之前,我们IT世界也已经和大家一起猜测过未来的X-Fi的一些技术细节,今天我们再来根据得到的样品一起对比回顾一下之前的一些猜测,再共同深入地去了解这块未来的民用声卡王者。

X-Fi规格

1、Sound Blaster X-Fi 音频处理器 :

  • 先进的硬件加速数字效果处理
  • 所有能够进行时间和频率域音频处理的专门 DSP
  • 具备高级 3D 定位音频处理算法的 128 3D 声音
  • 专业级、高品质数字混音及均衡处理,精确度为 24 位
  • 用户可选的主采样率,用于精确位专业音频应用程序
  • 超高品质采样率转换,用于游戏和专业音频应用程序

2、专业级数字音频处理 :

  • 24 位模拟至数字转换,模拟输入采样率可达 96 kHz
  • 24 位数字至模拟转换,数字音源至模拟 7.1 音箱输出的转换采样率可达 96 kHz
  • 24 位数字至模拟转换,数字音源至模拟立体声输出的采样率可达192 kHz
  • 16 位至 24 位录音采样率:8, 11.025, 16, 22.05, 24, 32, 44.1, 48 和 96 kHz
  • ASIO 2.0 支持,标准分别为 16-bit/44.1kHz、16-bit/48kHz、24-bit/44.1kHz、24-bit/48kHz 和 24-bit/96kHz
  • 支持 Sony/Philips 数字接口(SPDIF)格式,最高可达 24 位/96 kHz
  • SPDIF 输出可选采样率可达 44.1,48 或 96 kHz
  • SPDIF 输出在播放经由 DRM (数字版权管理)技术编辑过的被保护数字音频文件时无法使用
  • 具备直接监控的 ASIO 2.0
  • 低延迟的加速 ASIO
  • 增强的 SoundFont 最高可支持 24 位

3、PCI 总线 :

  • PCI 规格兼容高达 2.3 版本
  • 总线控制缩短了延迟,提升了系统性能

4、Audio-RAM :

  • 64 MB 专门用于处理支持此功能的游戏的音频(此功能仅见于部分型号的音频设备)

5、灵活的混音器控制 :

  • 可选的录音输入源或各种音源混合
  • 可调整的主音量控制
  • 独立低音和高音控制
  • 前置及后置平衡控制
  • 混音音源的静音、独奏和移位控制

6、模式选择控制 :

  • 三种独占工作模式(娱乐模式、音频创建模式和游戏模式)经过优化可以在各个用法范围内执行关键任务。

7、THX 认证 :

  • Sound Blaster X-Fi 已经获得享有声誉的 THX 多媒体认证,成为追求高品质音乐和电影体验的电脑爱好者的最佳选择。

8、Dolby Digital 与 Digital Surround EX 解码 :

  • 将 Dolby Digital Surround EX 解码为 7.1 或 6.1 声道或将压缩的 SPDIF 比特流(48 kHz)直接输出至外部解码器
  • 低音重新定向:增强小型环绕音箱系统的低音炮低音输出
  • 低频交叉频率(10-200 Hz):可针对独立低音炮进行调整,以获得希望的低频级
  • 可调整的中置、后置中央及 LFE 水平控制

9、DTS-ES :

  • 支持 5.1 音频的 DTS 解码,或将压缩的 SPDIF 比特流(48 kHz)直接输出至外部解码器
  • 支持 5.1 声道的 DTS CD 播放与解码
  • 支持 7.1/6.1 音频的 DTS-ES
  • DTS-ES Matrix 6.1 用来解码 5.1 声道音轨,将后置环绕声道矩阵编码至左右环绕声道
  • DTS-ES 分离 6.1,用于带有分离后置环绕声道的 6.1 音轨
  • 支持 DTS Neo:6,对两声道矩阵编码的音乐进行上混

10、Creative 多音箱环绕(CMSS):

  • CMSS-3D 环绕:将单声道或立体声音源内容上混至 4、5.1、6.1 或 7.1 声道
  • CMSS-3D 耳机:通过耳机为所有类型的音频内容提供多声道播放体验
  • CMSS-3DVirtual:通过音箱为所有类型的音频内容提供多声道播放体验
  • CMSS-3DInteractive:为 3D 游戏和 3DMIDI 提供多声道 3D 音频定位。和 CMSS-3DHeadphone 及 CMSS-3DVirtual 配合使用,通过耳机和 2 到 4 个音箱供高级 3D 定位音频

技术分析

创新X-FI声卡样品技术分析 - 好歹不坏 - 数字音频

我们以一个块工程样卡,来进行简单的分析

我们按照图中的编号,依次分析每一部分的功能:

1、AD_Link 接口

  这是一个26针的接口。通过 AD_Link 连接线的一端连接此接口,另一端连接至 X-Fi I/O 控制器上的对应接口。(X-Fi I/O 控制器是一个外置的大型专业控制器,体积硕大,类似一个普通的家用DVD播放机大小。上面有多种接口和控制按钮)

2、线性输出3插孔

  对于 5.1 系统而言,为前置中央和低音炮;对于 6.1 系统而言,为前置中央、低音炮和后置中央;对于 7.1 系统而言,为前置中央、低音炮和侧左

3、线性输出2插孔

  对于 4.1、5.1 和 6.1 系统而言,为后左和后右。对于 7.1 系统而言,为后左、后右和侧右。

4、线性输出1插孔

  主声道,即前左和前右输出接口。也是 3.50 mm 插头的立体声耳机接口。

5、FlexiJack。

  三合一功能接口,支持麦克风输入、线性输入和数字 I/O 连接。可以连接的设备如下:

  • 诸如卡带式播放机等模拟设备和其它线性级别音源
  • 麦克风
  • 数字 I/O 模块。
  • 接收立体声 PCM 或来自 S/PDIF 输出的压缩 Dolby Digital/DTS 比特流的外部数字音频设备。

6、辅助输入接口

  连接TV,已经CD设备的模拟输出的接口。

7、创新内部接口。

  创新一般成为内部专用接口。其定义一般不对外公布。其实这是个10针的DELL前置接口,将一些常用功能统一到这个接口,接到机箱前面的接口,方便使用。

8、电源接口。

  通过 AD_Link 接口为 X-Fi I/O 控制器供电。连接电脑供电系统。在正式的零售版本的X-Fi卡上,比如SB0460等卡,可能还有AD_EXT 接口,比较常见,我们不再介绍。

9、ADC

  ADC(Analog Digital Canverter)模拟数字信号转换器。

  这里采用了AK5394,极限录音动态可以达到123DB,这是一个非常惊人的数字。这样的ADC一般只会出现在万元的专业音频卡上,创新声卡一向以采用芯片规格之高而闻名,由此可见一斑。

10、DAC

  DAC(Digital Analog Canverter)数字模拟信号转换器。

  其实早在Audigy4 Pro,就采用了和X-Fi相同的DAC设计,即采用了4个Cirrus Logic的 CS4398,组成8个声道。每个DAC芯片负责两个声道。其实在以前的推出的EMU 1212M和1820M上,也已经使用了这个芯片。

11、运放

  声卡的运放部分,即负责将DAC的模拟信号放大。高品质的运放,速度快,带宽高,抑噪性能好,静态电流大。放大后的声音模拟信号保真度更高,品质就更好。X-Fi采用了2068运放。

12、DSP

  DSP(digital signal processor)SB XFi的DSP代号为EMU20K1,执行能力为10340MIPS,是EMU10K2的24倍。这可是个惊人的数字。

这块功能强大的DSP,是诸多媒体和读者关注的焦点所在,下面我们来详细的说明一下。

  DSP功能强大,带来的直接的好处就是:进一步降低CPU的资源占用率。我们知道,以前使用EMU10K2的声卡是市场上CPU占有率最低的声卡,大家在众多的评测已经看到了相关的内容。那么新一代的SB X-Fi的CPU占用律,将又创新“低”,我们来简单的分析一下,DSP是如何提高处理能力,降低CPU占用率的。DSP的设计中,采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构,这样程序与数据存储空间分开,各自有独立的地址总线和数据总线,取指和读数可以同时进行。我们知道,降低处理器性能的就是延迟,简单来说,就是等待,一条指令处理完了,等到下一条的指令的时间,是被白白的浪费的。把两类总线分开,互不干扰,同时进行,自然可以提高处理性能。

  DSP采用多套的独立的运算单元,多个运算单元同时执行,并行处理,自然提高了执行效能。同时DSP内采用了一组或多组的独立的DMA总线和控制器与CPU的程序、数据总线并行工作,数据的传递和处理可以独立进行。DMA内部总线与系统总线完全分开,避开了总线使用上的瓶颈。

  所以高性能的DSP,可以极大的提高处理能力,同时降低了CPU的干预,独立进行运算,可以更进一步降低 CPU的占用率,可以处理更多的特效。

  DSP执行能力高的好处,更体现在可以增加更多的特效,这对应声卡来说,尤为重要。我们以创新的EAX来举例。EAX(Environment Audio eXtentions),通过强大的DSP的执行能力,结合EAX5.0,除了可以加载原来的效果器外,还可以搭载5组外挂的VST,以及DXi效果器,和100多种特殊背景环境音效。从下面相关资料的描述,可见一斑,“卡啦OK不单只是开回音,你甚至可以选择均化你的声音,变声唱歌,搭配背景有人安可与鼓掌。对专业的录音工作者而言,支持标准ASIO 2.0的Audigy3实时搭载这些效果器,也不会对监听造成太大的延迟。据了解透过SB XFi的DSP的强大运算性能,以往最令人头痛的MIDI效果器对应问题也解决了,可自由对应。”可见,强大的SB XFi的DSP,是EAX5.0的完美搭档。正是有SB XFi的DSP强大的运算能力做后盾,EAX5.0才可以完美发挥。为进一步的解决SRC问题提供基础。

  我们知道EMU10KX在16bit/44.1kHz谐波失真依然很严重,尤其是在高频有不小的衰减,且有不短的振动。

  创新在以前的声卡设计中,采用双晶振+硬件SRC芯片CS8420来缓解这个问题。双晶振中,一个频率时24kHz,负责48kHz音频信号的输出,一个是11.2896kHz,搭配这个单独的CS8420来负责44.1kHz音频信号的输出。这里,这个CS8420就是一个硬件的SRC芯片,而且身价不菲。但效果不是很明显。

  在创新的EMU系列专业卡中,为了改善SRC,又采用了DSP+FPGA的信号处理器来协同处理。XILINX的FPGA(现场可编程门阵列)和DSP类似,只是信号处理系统在构成、处理能力以及计算问题到硬件结构映射方法的不同,分别属于不同的类别,可以简单的认为,这是两类不同的处理器。采用DSP+FPGA结构最大的特点就是结构灵活,通用性强,对不同结构的算法都有较强的适应能力。适于模块化设计,从而能够提高算法效率。采用DSP+FPGA结构设计,开发周期较短,系统易于维护和扩展,适合于实时信号处理。

  我们知道,实时信号处理系统中,低层的信号预处理算法处理的数据量大,对处理速度的要求高,但运算结构相对比较简单,适于用FPGA进行硬件实现,这样能同时兼顾速度及灵活性。高层处理算法的特点是所处理的数据量较低层算法少,但算法的控制结构复杂,适于用运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。FPGA可以做大量的运算工作,这其中我们可以简单的进行一下分类。将设计到SRC转换的类似44.1kHz这样的非整数倍频率的音频信号处理,我们可以交给FPGA来处理,然后直接输出,这样就避免了经过EMU10KX中的SRC执行模块。从而“绕过”了SRC问题。

  但在SB XFi上,就不用这么做了,正是凭借SB X-Fi的强大运算能力,为SRC分配更多的运算资源,进行诸如提高采样精度的一系列处理方式,这样,就可以简单而且毕竟完美的解决SRC问题了。

13、同步接口芯片。

  我们知道,数字信号与模拟信号不同,数字信号有严格的时间结构。因为一个采样信号要同其他采样信号,进一步构成有一定时间长度的帧和块。数字音频设备打算彼此间进行通信,或数字信号要以某种方式进行组合,则这些信号就需与共用的参考信号取得同步,以便设备的采样频率一致,且不会产生彼此间采样频率的漂移。因此,采用多种同步输入接口就非常必要了。而且采用CPLD来进行控制,就是非常有优势了。我们来看CPLD。

  这里采用了XILINX的3.3V低功耗CPLD编号为 XCR3064XL,这和我们上面提到的FPGA的设计是类似的。FPGA(Field Programmable Gates Array)与CPLD(Complex Programmable Logic Device)都是可编程逻辑器件,规模比较大,适合于时序,组合等逻辑电路的应用场合,他们可以代替上百块芯片的的功能。可以是设计更加简单。其实FPGA和CPLD就是一个子系统部件。具备可编程性和实现方案容易改动的特点。由于芯片内部的硬件连接关系,可以存在在EEPROM中,因此在可编程门阵列芯片已经外围电路保持不动的情况下,改动一次EEPROM,就可添加新的功能。这样就大大缩短了开发周期。由于FPGA和CPLD的内部结构的差异,他们的作用也是不同的。FPGA适合于完成时序较多的逻辑电路,而CPLD更适合于完成算法和组合的逻辑。采用CPLD+EEPROM搭配的设计,可以在改动EEPROM内容而其他外围电路都不改变的情况下,通过给EEPROM编程,而实现不同的功能。这样可以大大加快开发进度。而且CPLD都是经过100%测试好的,设计人员只需要通过相关的软件硬件环境来给CPLD指定功能即可。

14、Audio-RAM。

  这里用了64 MB Audio-RAM(A-RAM)。这种特殊的 RAM 用于让游戏开发者将游戏的音频作为文件存储在声卡中,可以快速提取、处理和播放。让支持 A-RAM 的游戏性能更佳。

15、EEPROM。

  我们知道Audigy系列声卡用到的93C46 是一个三总线的EEPROM ,写入速度快,而且可以擦写100万次。同时 这里存放着EMU10K2 Audio Chipset,Audigy series Gameport,Audigy Series Firewire Controller这三部分的驱动识别信息。这部分负责声卡的识别部分,声卡系统只用通过检测出EEPROM的内的数据,然后安装与这些数据对应的驱动。但是在SB XFi上,采用了容量更大的24C32。并且里面只放置了一个EMU20K1识别信息。更多容量,应用到了上面我们提到的为CPLD编程等方面。

在Sound Blaster X-Fi的高级版本里,还带了一个超级I/O 控制器

1. 耳机插孔:使用 6.35 mm(1/4 英寸)立体声插头将立体声耳机连接至此插孔。如果在音频控制或娱乐模式中选择了自动将音箱静音复选框,音箱输出将被静音。更多信息请参阅其在线帮助。

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2. 线性输入 3/Hi-Z 插孔 :将线性级别音源(例如通过前级放大器 FX 模块的电吉他或卡带式播放机、DAT 或 MD 播放机)或麦克风连接至此插孔。

3. 线性输入 2/麦克风输入 2 插孔 :将线性级别音源(例如通过前级放大器 FX 模块的电吉他或卡带式播放机、DAT 或 MD 播放机)或麦克风连接至此插孔。

4. 线性输入 3/Hi-Z 控制 :选择麦克风输入 3 或 Hi-Z。也可控制输入增益。顺时针旋转增加输入增益,逆时针旋转减小输入增益。 要选择线性输入 3 作为线性级别音源,将控制逆时针旋转到分隔标记上方,直到听到“咔嗒”的一声。要为输出阻抗低的设备(如电吉他)选择 Hi-Z ,控制顺时针旋转到分隔标记上方 ,直到听到“咔嗒”的一声。

5. 线性输入 2/麦克风输入 2 调节:选择麦克风输入 2 或线性输入 2。也可控制输入增益。顺时针旋转增加输入增益,逆时针旋转减小输入增益。 要选择线性输入 2 作为线性级别音源,将控制逆时针旋转到分隔标记上方,直到听到“咔嗒”的一声。要选择麦克风输入 2,将旋钮顺时针旋转到分隔标记上方,直到听到“咔嗒”的一声。

6. 3DMIDI 调节 :按下时打开或关闭 3DMIDI。将调节顺时针或逆时针旋转,调整与水前置方向相关的 MIDI 音源的平移扩展。

7.EAX 调节:按下时打开或关闭 EAX。将调节顺时针或逆时针旋转,调整应用的 EAX 量值。

8. 按下即可打开或关闭 CMSS-3D。将调节顺时针或逆时针旋转,对多音箱系统的前置和环绕声道之间的立体声包络进行调整,或对一对立体声音箱的虚拟量进行调整。

9. 24-位 Crystalizer 调节:按下时打开或关闭 24-位 Crystalizer 效果。将调节顺时针或逆时针旋转,调整应用的 24-位 Crystalizer 效果的量值。

10. 主音量/静音调节:控制所有通过 X-Fi I/O 控制的音量级别。按下后将所有音频静音。

11. 红外发光二极管 (LED):从遥控器*接收到红外信号时点亮。

12. 电源 LED:X-Fi I/O 控制得到供电后亮起并保持稳定。启用静音功能时闪烁。

13. 红外线接收装置:接收遥控器*的红外线信号,并传送至电脑。

在Sound Blaster X-Fi的高级版本里,还带了一个超级后部面板

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1. 辅助 2 线性输入/音源输入切换:在线性或普通音源间切换。

2. 辅助 2 线性输入/音源输入插孔:根据使用辅助 2 线性输入/音源输入切换的选择不同而支持线性级别或普通音源。 选择辅助 2 线性输入时: 将 RCA 连接线的一端连接至这些插孔。将另一端连接至诸如 VCR,TV 及 CD 播放机等线性级别设备的 RCA 输出。选择音源输入时: 将音源连接线的一端连接至这些插孔。将另一端连接至黑胶唱片播放机。

3. DIN 插孔:连接具备音量控制插孔(9-针 DIN 插孔)的 Creative 模拟音箱系统。

4. MIDI 输入/输出接口:使用标准 MIDI 连接线将 MIDI 设备连接至这些插口。

5. 光纤 SPDIF 输入/输出插孔:将具备光纤插孔的录音/播放设备(如 MiniDisc 录音机,数字音频卡带式录音机或外置硬盘录音机)连接至这些插孔。

6. 同轴 SPDIF 输入/输出插孔:将具备同轴插孔的数字音频录音/播放设备(如 MiniDisc 录音机、数字音频卡带式录音机或外部硬盘录音机)连接至这些插孔。

7. AD_Link(26 针)接口:将 AD_Link 连接线的一端连接至此接口。将另一端连接至 Sound Blaster X-Fi 声卡上的 AD_Link 接口。

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从图中可以看出该声卡与样板图只是部分电子元件位置不同

声明:所有数据和图片资料,均来源于网络资料,一切以creative正式发布信息为准。

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