无线音频技术“三级跳”，让高品质声音如影随“行”

“音频的发展一直在变化，1877年爱迪生发明留声机，20世纪60年代出现卡带机，1982年索尼公司推出CD机，2001年苹果公司推出iPod……从1877年到2001年，在这上百余年时间里，音频产品的发展主要围绕不同存储介质，以及模拟音频到数字音频的转换。”

2022年8月17日，在由AspenCore主办的“2022中国IC领袖峰会”上，炬芯科技股份有限公司董事长CEO周正宇博士以《让高品质的声音如影随“行”》为题，介绍了低延迟高音质音频的发展趋势，分析了蓝牙音频传输延迟的原因。同时，他还介绍了炬芯科技的无线音频方案，分享了无线音频技术“三级跳”规划。

炬芯科技股份有限公司董事长CEO周正宇博士

音频行业上百年的创新之路

“回到一个老话题——‘音频’，其实它充满着活力与新意。也许很多人都清楚，爱迪生发明了电灯和电报，但并非所有人都知道，他还发明了留声机。”周正宇博士开门见山介绍了音频技术发展史——1877年，爱迪生发明留声机；20世纪60年代，市场上开始出现卡带机；上个世纪80年代，卡带机和喇叭裤成为中国年轻人的时尚标配；1982年，索尼公司推出了全球首台CD机；一直到2001年，苹果公司推出首款iPod，引领了MP3音频的潮流。
他总结说：“在从1877年到2001年，在这上百余年时间里，音频产品的发展主要围绕不同存储介质，以及模拟音频到数字音频的转换。”
在2001年之后，音频产品主要聚焦于网络的音频传输，代表产品包括智能音箱、无线耳机、PAN/WAN传输的音频产品。苹果公司的创新产品给音频行业带来了两次巨变：第一次是iPod引领的MP3浪潮，第二次是AirPods开创的TWS耳机销量先河。音频行业的这两轮巨变，标志着人类对美好声音永无止境的追求。
音频技术的五个发展趋势

谈及对美好声音的追求，周正宇博士表示，未来音频技术将朝着五个方向来发展：

• 1、无线化。其代表性应用包括了TWS耳机、7.1.4声道沉浸式无线音频家庭影院等。
• 2、低延迟。对音频无线化的需求，也催生了低延时需求。
• 3、高音质。主要体现在两个维度：一方面是采样率不断提高，从CD时代的44.KHz/48KHz，到高清、Hi-Res的96KHz@24bit/192K@24bit，再到发烧级别的384KHz@32bit；二是超高保真，THD+N（总谐波失真+噪声）＜-135dB，精度接近千万分之一到千万分之二。
• 4、多连接和音乐分享。新一代LE Audio标准支持AuracastTM广播音频共享功能，Multi Stream多重串流音频功能，TWS耳机、助听器和无线扬声器等Auracast接收器兼容设备，可同时接收来自一个或多个Auracast发射器设备的音频广播。一对多单向音频播放功能将改变现有专用耳机的音频服务模式。
• 5、低功耗。音频设备将更便携、续航时间更久。

在周正宇博士看来，音频技术最具挑战性的是——在无线传输条件下同时满足高音质低延迟目标。

无线音频传输如何实现高音质低延迟？

最新的蓝牙5.3标准在协议层能够做到低延迟。周正宇博士表示，蓝牙音频传输的延迟主要来源于：硬件本身带来的音频延迟，比如ADC、DAC带来的延迟；无线传输发射和接受端带来的延迟；为增强抗干扰使用的重传机制带来的延迟；无线音频传输的带宽限制，音频一定要做压缩和解压缩，不同压缩算法带来的延迟；实现以上各技术功能需要的缓存机制带来的延迟。
周正宇博士还对比了经典蓝牙（SBC）和LE Audio（LC3+）的延迟。他解释说，经典蓝牙要三个编码帧传输一次，LE Audio仅需一个编码帧就能传输一次。另外，过去每个数据包所接收到的时间不固定，现在每个数据包接收到的时间可预期，新标准可把此前25毫秒以上的延迟时间，降低到10毫秒左右。总的来看，LE Audiode延迟比经典蓝牙更低。

炬芯科技的DSP+CPU双核异构音频处理架构，能满足音频设备的低功耗、低延迟、高性能需求。据介绍，DSP+CPU双核异构音频处理架构采用算法、软件、硬件一体化设计理念，涵盖ADC（模数转换器）/DAC（数模转换器）为核心的音频信号链核心技术（ADC可达SNR（信噪比） 110dB，DAC可达SNR 120dB，延迟目标均低于100微秒）。既满足低功耗，又拥有高算力，可充分发挥CPU在应用开发中的有效性和DSP在音频前后处理及编解码上的专长。

炬芯科技耕耘音频市场二十余年

炬芯科技的前身叫做炬力集成，是中国最早的大型设计公司。凭借着MP3 SoC之王荣誉的加持，2005年炬力集成在美国纳斯达克成功上市。承接多年的技术沉淀及积累，炬芯科技在超低功耗设计、先进半导体工艺及高集成度上表现突出，2021年炬芯科技在科创板上市。“从炬力集成到炬芯科技，我们在音频领域耕耘了20多年。”周正宇博士感叹道。
TSR统计报告显示：2020年，炬芯科技在品牌蓝牙音箱SoC的市占率位列全球第二；2018-2020年期间，炬芯科技TWS耳机SoC复合年增长率超100%。
值得注意的是，2021年，炬芯科技推出双模蓝牙音频智能手表芯片，在2022年Q2搭载该芯片的终端品牌客户量产出货。该方案不仅具备低功耗、长待机和高显示帧率的特点，而且还支持手表接听手机电话、本地音频播放和蓝牙发射功能。除了以上成绩和解决方案之外，炬芯科技基于LE Audio技术，还能为当前音频行业的三大痛点场景应用，提供几款低延迟、低功耗、高音质的创新方案，全面满足家庭影院、无线电竞耳机、无线麦的需求。

1、ATS2835PL家庭影院解决方案

沉浸式无线音频体验是家庭娱乐的下一个重大飞跃。ATS2835PL低延迟5.1声道高音质家庭影院解决方案，采用蓝牙5.3 LE Audio与经典蓝牙共存的模式，基于LC3+编码的延迟可以低至15毫秒以下。相对2.4G私有协议功耗更低、音质更高，同时支持五个声道，可提供低延迟、高品质的音频体验。
ATS2835PL方案亮点：

• 新一代RF性能；
• 基于LC3+编码的低延迟≤15ms；
• 双模在线（LE audio与经典蓝牙共存）；
• 相对2.4G私有协议功耗更低，音质更高；
• 通用性更好，可以做为普通蓝牙音箱使用；
• 支持5个声道无线收发。

2、ATS2831PL双模共存单芯片SoC解决方案

其次是无线电竞耳机。传统的电竞耳机都是有线的，早期无线电竞耳机基于2.4G私有协议技术，无法与手机蓝牙功能连接，也不能在游戏时接电话。ATS2831PL双模共存单芯片SoC解决方案，端到端延迟小于20毫秒；支持高清48KHz音频双向同传；具备高抗干扰能力，音频传输稳定；支持多设备、多链接，可同时连接PC、游戏主机和手机。
ATS2831PL方案亮点：

• 端到端延迟<20ms；
• LE audio与经典蓝牙共存；
• PC，游戏主机和手机全面兼容；
• 双向48K高清语音同时传输；
• 实时动态音效调节。

3、ATS2831PL LC3+无线麦克风方案

再次是无线麦克风。直播风口催生了无线麦克风行业，无线麦克风要求体积小、低延迟，因为需要跟视频发生同步，还要多发一收。ATS2831PL LC3+无线麦克风方案是当下把延迟做得最极致的产品，可做到10毫秒以内的延迟，多发一收，全链路48K高清语音。目前，科大讯飞、猛犸、绿联等企业的无线麦克风产品有使用该方案。
ATS2831PL LC3+亮点：

• 单芯片SoC解决方案；
• 集低延迟传输链路，高品质音频编解码和降噪于一体；
• 两发一收，全链路48K高清语音；
• 端到端延迟目标<10ms，传输距离>200米；
• 高保真AI降噪，各种噪音环境自适应。

炬芯科技音频技术三级跳规划

在演讲的最后环节，周正宇博士介绍了炬芯科技音频技术的“三级跳”计划。

• 第一级，是在LE Audio（蓝牙5.3）基础上，将音频的延迟控制在10毫秒以内。在前文中，已经分析了与经典蓝牙相比，LE Audio在低延迟方面的优势，包括具有效率更高的编码帧传输机制、可预测的包接收时间，更低延迟的编解码LC3和LC3 plus技术等。
• 第二级，在类似蓝牙音频的大框架下，全面创新2.4G或5.8G私有协议，把延迟控制在5毫秒以内。扩宽无线带宽（如6Mbps），相对更简单的压缩，既提高音质，又降低延迟；引入前向纠错技术，减少重传、甚至不重传；前向纠错技术和更高的带宽有助于简化编解码算法，有利于对输入/输出做硬件优化。
• 第三级，引入UWB超宽带技术，打造低延迟高音质音频，把延迟控制在2毫秒以内。单声道96KHz 24bit需要压缩，UWB可以数10Mbps的速度运行，它支持的8声道96KHz 24bit不需压缩，这样也不用编码/解码，这样的抗干扰性更好，减少重传或无需重传。

周正宇博士坚信，炬芯科技在音频行业的追求，能真正让高品质的声音如影随“行”。