Apple在2001年发表第一代iPod时，Steve Jobs（乔布斯）说了一句：“iPod，将1000首歌曲放进你的口袋”，这一句简单的话，从此改变了音乐市场的生态。数字音乐真正进入一般人的生活中，人们不用再携带占据空间的卡匣、CD、MD和庞大播放器，只需要1台随身数字音乐播放器，上千首音乐就这样放入口袋中。

受限于当时的技术，早期的数字音乐的声音品质，普遍无法和CD相比。但随着播放器本身和音乐格式不断地改善，现在我们可以在随身播放器和智能手机上，享受接近甚至超越CD规格的音乐，让热爱音乐的乐迷随时随地都可以体验高质量音乐。对于非专注于音质的使用者来说，一般智能型手机就可以满足大部分听音乐的需求。

关于智能型手机的音频处理架构和对音质影响的问题，下面，“影音新生活”就为大家细细道来：

在开始介绍智能手机前，我们先来简单的分享一下音频处理程序，虽然智能手机拥有非常强大的运算能力，有时候甚至可以比拟高端计算机配备。但是这看似强大的运算能力，当音频输入至数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor）后，却又不能套用相同的概念。

各式DSP都被设计用来完成不同的专属作业，并且各自拥有不同的频率周期，犹如显示芯片被设计成专门处理影像任务，拥有其自己的频率周期来决定其运算能力一样。音频处理器也是相同的概念，于是智能手机的中央处理器有多少GHz频率周期，有时不能直接等于其音频处理的运算能力。

高阶随身播放已经开始往更加注重音质的方向迈进

在处理实时的音频时，浮点（Floating-Point）运算能力，和单指令流多数据流（Single Instruction，Multiple Data）处理的速度则显得更加重要。由于声音是一个连续性的信息，所有上述的处理流程，都必须在每1个声音取样周期内被完整的重现。一般常见的音频格式取样频率大多为44.1或48 kHz，如果使用中央处理器来运算音频数据，除了会造成大量的电力消耗，也会产生不能接受的延迟。

在没有使用专属DSP的情况下，这个延迟大多落在100～250毫秒，在一般实时音频处理的情况下，目前的认知是延迟最好不要超过20ms，这大概是人耳能够分辨的最小延迟。任何超过这个数值的声音延迟，都会让用户觉得音频输入和输出有时间上的差距，同时音频处理的延迟也许会造成音质劣化。

声波经由麦克风转变成模拟电压，再经由模拟数字转换器、计算机、数字模拟转换器、喇叭后，最终转变为声波

音频编译码器则拥有高精度的浮点运算单元在其DSP中，利用高速的浮点运算能力，专用音频处理架构来解决延迟问题。此外由于大多数的DSP算法并没有为多核心优化，所以这时中央处理器核心数量就显得不是那么重要，反倒是内存带宽和DSP的频率周期，对于降低声音频号处理延迟有更大的帮助。

在正式进入介绍智能手机音频处理前，我们先介绍由传统功能型手机到智能手机，演化路程和音频处理架构改良过程。这不只是让大家了解手机音频处理的演化史，同时也让大家更深入认识，为何半导体工艺演进和操作系统音频处理架构改善，能够让音质更优异。

早期手机主要是通讯功能为主，内部主要的半导体组件包含射频（Radio Frequency）、基频（Baseband）、应用处理器（Application Processor）和内存，当时主要以基频为手机芯片的核心，负责处理手机主要的讯号处理工作。

系统单芯片(SoC)是一个将计算器或其他电子系统集成到单一芯片的集成电路

随着技术的改进，让手机集成电路（IC，Integrated Circuit）高度地整合，再加上为获得更轻巧的体积，并且考虑节省芯片和印刷电路板（PCB，Printed Circuit Board）的成本，大多将各种相关计算能力原件都整合成单一系统级芯片（SoC，System on Chip），内建简单的应用处理器与数字模拟转换单元，同时肩负基本通讯功能与简单的计算工作。当时大多将多媒体编译码器，整合到基频或应用处理器中，音频区块同时横跨中央处理器芯片的模拟和数字部分。

到了智能手机的年代，应用处理器因应日益增加的其他运算功能而逐渐被重视，也取代基频芯片成为智能手机芯片的核心。应用处理器芯片可以整合各种计算能力，多媒体编译码自然也包含在其中，但随着消费者对多媒体影音质量需求不断的提升，应用或基频处理器具备的多媒体编译码能力，也逐渐无法满足需求。

独立型音频处理芯片除了单纯播放音乐，大多提供多样化的音频处理功能

目前将音频处理从中央处理器，转移到更高效能的专用音频编译码器上，已经是很常见的作法。但是由于整合到SoC时，因为芯片面积的限制和成本上的考虑，较不容易被一般用户所注重的音频处理，就成了精简的目标。再加上音频处理器是模拟/混合讯号IC，模拟芯片制程在发展上较缓慢，因此当处理器往更高制程迈进时，音频处理器IC往往造成制作上困难，因此音频处理器在整合过程中往往会有所妥协。

Snapdragon S4世代处理器：MSM8960框图，其中音频处理芯片（WCD9310）已经单独独立出来

因应智能手机越来越多的声音相关功能，不同于传统的整合设计，现阶段音频编译码器逐渐朝着非整合设计方向演进。其中有一部分是由于处理器制程进步幅度减缓，市场又对智能手机处理器效能需求日益增加，造成应用处理器和图形处理器的面积越来越大，迫使本来被整合入应用处理器之中的音频编译码器，被从内部被移出来。

高通（Qualcomm）在几年前推出Snapdragon S3世代处理器时，就把多媒体编译码器从应用处理器独立出来。改将多媒体编译码器和射频芯片整合成另一个SoC，并且搭载专属的DSP，来降低处理上的延迟。多媒体编译码器独立于基频处理器与应用处理器之外，除了能够降低影音频号处理的延迟外，专用的处理架构也能大幅减少电力消耗，使得独立多媒体编译码器的设计架构有着显著优势。

系统单芯片(SoC)是一个将计算器或其他电子系统集成到单一芯片的集成电路

为了获得更优良的音质表现，部分注重声音表现的高阶智能手机产品，大多采用ESS、Wolfson、Yamaha、Texas Instruments、Cirrus Logic等，传统音频半导体芯片厂商提供的音频解决方案。像是拥有制作过iPod音乐播放器经验的Apple，从第一代iPhone使用Wolfson WM8758BG，到最近iPhone 5s的Cirrus Logic 338S1201，Apple一直都采用独立音频处理芯片的设计来处理音频。

Android软件堆栈架构概要图

相较于iOS设备较为封闭的系统，硬件一家独大的局面，Android智能手机的音频处理芯片则来自不同的厂商。除了上面提到为了节省成本整合音频编译码器的SoC设计、高通自行设计的音频处理芯片，还有像是三星Exynos、NVIDIA Tegra这类整合度较低的处理器，必须额外搭配音频解决方案所使用的音频处理芯片，造成Android智能手机的音质表现差异非常巨大。而且即便使用相同的音频解决方案，各家手机厂商在音频方面的调校功力，也会决定最终输出的音质水平。

除此之外，由于Android智能手机厂商在音频处理这块的经验较薄弱，自然是比不上拥有随身播放器研发经验的Apple。但是从早期三星Galaxy S采用Wolfson WM8994独立专用音频处理芯片开始，也可以看出部分Android品牌在其高阶产品上，开始注重其音质的表现水平。而后续的Galaxy S II，更使用内建AB类功率放大器的Yamaha YMU82X芯片改善手机驱动能力。

而iOS系统长期处于封闭的状态，并且iOS设备硬件的完全由Apple所掌控，使得iOS可以针对少数硬件专门开发音频处理接口。因此在程序和接口优化上更加轻易，对于实现高音质移动装置有明显的优势，不过移动版iOS也有其自身的问题存在。

像是为了兼容不同的iOS移动装置，移动版iOS目前只支持播放最高48kHz取样的音乐格式，并且很可能在位深度方面也和Android相同，最高只支持到16bit。对于想体验高质量音乐的用户来说，目前不论iOS或是Android都不是最好的选择。

虽然有着众多不利的因素，Android智能手机相较于可靠，但技术渐渐落后的iOS设备来说，在音质提升上有着更大的可能性。借助于弹性非常高的硬件搭配方案，Android智能手机将能够搭载最新，且效能更好的音频处理器芯片。再加上ESS和Wolfson近期都开始布局，媲美其自家高阶DAC芯片的低功耗音频处理芯片，其他传统音频半导体芯片厂商，也势必会开始重视低功耗音频处理芯片市场。

而且Android和Linux的底层核心，似乎都能支持不同取样品率的音频，从市场部分使用Android作为其操作系统的高阶随身播放器来看，例如iBasso Audio DX100，使用自家技术改写音频处理接口，来克服Android音频处理系统的问题，也间接证明Android开放式架构的确有比iOS更高的可塑性。

由于Android智能手机在硬件配置上采用开放性政策，于是为了兼容各类音频硬件，和解决可能发生取样频率不支持的问题，Android增加了1个取样频率转换器（SRC，Sample Rate Converter）音效外挂模块来解决这个问题。

SRC能将不同取样频率的音频都转换成44.1kHz输出，但也在音频处理过程中，带入大量的延迟和系统资源的占用。并且由于Android的SRC运算质量不高，使得处理非44.1kHz音频时，会产生严重的声音劣化问题。

虽然目前可能有一些言之过早，但随着技术上的突破和更多厂商的投入，也许不久的将来，就能够出现音质接近高阶播放器的Android智能手机产品。

结语：无论是iOS、Android还是Windows Phone系统，各自的特色和发展空间都十分明显。在消费层面中，我们追求的是高效和高性价比的产品，而在Hi-End领域，音乐爱好者则是追求更高水准的音乐表现力。展望未来主流手机外挂一颗具有独立运算的高性能DAC将成为主流，独立的耳机放大电路设计可以在功耗得到平衡的前提下，获得专业播放器的音质。例如高通曾在研发支持DSD播放和手机USB解码模式的应用，未来的Hi-Fi手机或许就能变身成为数字便携解码耳放。

(本文编译自台湾电脑王)