AC97音效卡

AC97實際上是一個規範，以Intel為首、聯合多家在聲音處理方面非常著名的廠商共同研究制定的一個適用於計算機的音頻輸入輸出與音頻處理解決方案。AC97不僅僅指計算機音頻（audio），還包括數據機，即modem。為了避免計算機硬體數字電路部分受到音頻模擬信號的干擾，計算機工程人員們決定將音頻編碼、解碼部分的晶元從系統晶元組中獨立出來，形成獨立的編解碼晶元（CODEC）。該晶元主要實現模擬-數字信號之間的相互轉換，即AD與DA轉換；這樣CPU與晶元組等硬體部分處理的則都是數字信號。這一做法就成為了今天的AC97規範。

一個符合AC97規範的音頻方案主要包括兩個部分：AC97 音頻編解碼晶元（Audio Codec）和AC97數字控制器（AC97 Digital Controller）。所以，不管是所謂的軟音效卡還是硬音效卡，都有可能是符合AC97規範的音效卡。如今比較流行的做法是主板上板載一個AC97 Codec晶元（電路有隔離），同時，南橋晶元（Intel ICHx系列）集成AC97 Digital Controller。這是商業上的做法。而對於特殊行業，比如工業控制等行業的計算機主板，為了成本考慮和靈活定製，也可考慮省掉板載的音頻編解碼晶元。

一些專業硬音效卡，比如PCI擴展匯流排的音效卡，則採用專門的處理器來處理音頻信號，這些也可以是AC97規範的。所以，區分的標準就是看音頻方案是否是Codec晶元+Digital Controller，還有Codec晶元是否符合AC97規範規定的標準，比如晶元外形、引腳定義等。AC97 Codec與 Digital Controller之間的連接並非PCI/ISA匯流排，而是叫作AC-link。1個Digital Controller往往可以控制3個或多個Codec，這些Codec按種類可分為AC(Aduio Codec)、MC(Modem Codec)、AMC(Audio Modem Codec)。所以，認為AC97就是僅指音頻或音效卡，是比較片面的。同樣的，認為Codec晶元就是AC97也是不對的。它其實只是AC'97裡面的一個重要的組成部分。

目前市面上主要的AC97 audio codec晶元主要有Realtek的ALC 655、ALC 658、ALC 850等，Analog Device的AD 1888、AD 1985等。這些晶元都符合AC'97的比較高版本的規範。

1996年6月，5家PC領域中頗具知名度和權威性的軟硬體公司共同提出了一種全新思路的晶元級PC音源結構，也就是我們現在所見的AC97標準（AUDIO CODEC97）。這5家電腦公司包括了在主板晶元組領域佔有舉足輕重位置且市場佔有率第一的INTEL公司、音效卡業界的龍頭大哥新加坡的創新科技公司（CREATIVE LABS）、在MIDI領域享有盛譽的日本YAMAHA公司、晶元組製造大廠美國國家半導體及專門製造信息處理器系統的美國ANALONG DEVICES公司。與此同時，AC97標準同時也得到了國際上一些其它著名品牌廠商的大力支持和合作意向，其中包括比較著名的AZTECH LABS、CRYSTAL SEMICONDUCTOR、ESS TECHNOLOGY、OAKTECHNOLOGY公司等。從支持AC97標準的各大公司陣容來分析，AC97標準在當時的提出，其主要目的就是給未來的家用PC提供更出色、更高級的音源品質。AC97標準作為一種全新的音源架構，主要就是針對於PC多媒體市場需求日益迫切的音源信號處理方式和音源硬體加速方式而強化的兩項功能，並據此提出了一種切實可行的解決方案。這種解決方案簡而言之，就是把它們全部集成在晶元組中，以此來形成一種全新的PC音源架構。可以想見，在不久的將來PC多媒體音效市場必將由此而引發一場深層次的革命，一如當年AGP標準對顯示卡業界的衝擊。

眾所周知，以往電腦音效廠商為了能夠在PC機上加強各種音效處理，特別是增強3D音效的部分，逐漸發展並提出了許多技術規格來藉以加強3D音效。就象早期的ISA音效卡，由於其集成度不高，音效卡上散布了大量元器件，後來隨著技術和工藝水平的發展，出現了單晶元的音效卡，只用一塊晶元就可以完成所有的音效卡功能。如YAMAHA719、ALS007、AD1816等，由於數字部分和模擬部分同處在一塊上，很難降低電磁串擾對模擬部分的影響，使ISA音效卡信噪比並不理想，一般只能達到60-75分貝。只有少數象創新AWE系列的高檔音效卡信噪比能達到80分貝以上。從目前觀之，發展最快、最成熟、最完善也是當前最重要的，當屬模擬與數字兩種處理技術。重要的模擬音效處理技術包括SRS（SOUND RETRIEVAL SYSTEM）-SRS LABS、SPATIALIZER-DESPER PRODUCTS、QXPANDER-QSOUND LABS等。而相對於數字音效技術，目前仍然主要利用DSP晶元來完成諸如3D立體音效的處理。儘管數字音效處理所花費的成本可能較之於模擬音效處理技術要高出很多，但其具備能夠同時集成不同音源的優勢，並將會逐漸成為新一代音效處理標準。

97年後，市場上出現的PCI音效卡大多已經開始符合AC97標準規範，把模擬部分的電路從音效卡晶元可中獨立出來，成為一塊稱之為Audio Codec的小型晶元，如圖所示，左上角那塊WM9701就是Wolfson生產的AC97晶元，中央的大晶元為FORTEMEDIA公司的FM801，可稱之為Digital Control，是數字部分，簡寫為DC\"97晶元。DC\"97完成大部分音效卡功能，如WAV回放，MIDI合成，音效處理等，再把PCM的數字信號通過與AC97相連的5條引線送到AC97晶元中，由AC97晶元完成數字和模擬信號的轉換后輸出到音箱。別看AC97晶元只有7X7mm見方，48腳的TQFP封裝，它比普通DAC能完成更多的功能，還包含有把模擬信號轉換為數字信號的ADC，多路模擬信號混合輸入及輸出，就象音響中的數字編碼/解碼器和前置功放的作用。如圖1右上角的VIDEO的PHONE介面，可以聯接第二隻CDROM和電視卡的音頻輸出。不同AC97晶元之間引腳兼容，原則上可以互相替代，購買音效卡時可注意一下AC97晶元的型號，因為AC97晶元生產廠商眾多，性能也大不一樣。早期的PCI音效卡售價高，材料也用得足，如YAMAHA724音效卡上的AC97晶元採用了SigmaTel的STAC97系列，而後期為了降低成本，採用了廉價的AC97晶元，性能不升反降，購買時一定要注意。不妨先看看高檔音效卡上的AC97晶元，記下其型號和廠商，以備在選購音效卡時對照。SigmaTel的STAC97系列常用於高檔音效卡，如創新的PCI128 Digital採用了STAC9708晶元，支持四聲道輸出。SigmaTel最新的STAC9744晶元信噪比高達96分貝。象AD、Crystal、華邦等廠商生產的AC97晶元性能比它低，但大多數能達到80分貝的信噪比，常見於中低檔音效卡和主板集成音效卡中。有的音效卡宣稱信噪比是如何優秀，其實並不是採用何種主晶元的關係，是全仗採用AC97晶元性能的優秀。普通AC97晶元十萬塊售價為4美元左右，名牌的產品價格更高。這使有的音效卡生產廠商改變電路設計，市場上常見售價低於100元的音效卡就沒有採用AC97晶元，象CMI8738、ALS4000、VIBRA128等，是單晶元結構，數字部分和模擬部不分離，雖然降低了成本，不過信噪比是達不到80分貝的。現在可以回過頭來看主板上的AC97音效卡是怎麼回事了，自VIA和INTEL相繼在南橋晶元中加入音效卡的功能，通過軟體模擬音效卡，完成一般音效卡上主晶元的功能，音頻輸出就交由一塊AC97晶元完成。所以這類主板看不到上面有較大的音效卡晶元，只有一塊小小的AC97晶元。與直接集成的硬音效卡相比，由於採用軟體模擬，CPU佔用率比一般音效卡高，如果CPU速度達不到要求或因為驅動軟體問題，就很容易會產生爆音影響音質。為解決類似問題和提高性能，有的主板採用了集成硬音效卡的方式，較正規也符合AC97標準，有一塊較大的主流音效卡晶元，還有一塊較小的AC97晶元。而低成本集成音效卡往往採用不符合AC97標準的音效卡，如CMI8738等四聲道音效晶元，其晶元成本與較高檔AC97晶元也高不到那裡去，但用戶更樂意接受硬音效卡，而不去關心其是否另帶AC97晶元。

採用雙晶元的PC聲音解決方案；

兩種標準的封裝方式：48針和64針；

數字/模擬信號分離，全面改善信噪比（>90db）；

16位立體聲全雙工codec、固定48K採樣頻率；

4種模擬立體聲輸入，分別來自LINE、CD、VIDEO、AUX；

兩種模擬單聲道輸入，分別來自麥克風和PC喇叭；

可從兩個外接音源交換的單聲道麥克風進行輸入；

高品質的CD輸入；

立體聲線性輸出；

電話單聲道輸出；

支持電源管理；

可選音調控制；

可選高音控制；

可選3D立體聲增強；

可選立體聲耳機輸出；

可選18或20位DAC及ADC分辯；

可選MODEM線性codec（ADC和DAC）；

可為麥克風選擇第三個ADC輸入通道。

由上述不難看出，AC97標準對於電路的要求更加嚴格。根據AC97標準的規定，由於IC電路集成度較高，將DAC、ADC及其它相關的數字電路集成成為晶元形式后，不僅能夠減少整個系統的設計成本，同時也可以獲得更好、更有效的聲音效果。這一點完全可以從其信噪比至少要求90db可以看出。此外，由於採用了雙晶元的設計形式，廠商們在設計方面也可以更加靈活，更易於在整個系統中的集成。同時，從某種意義上講，AC97標準也為另外一個重要課題，即百分之百數字音效PC提供了一套完整的解決方案。那麼，新的概念又來了，什麼是百分之百數字音效PC呢？顧名思義，即在一部PC中，所有的聲音來源或輸出都是採用數字方式來處理的，即使是在電腦內部，所有聲音也都將以數字的方式來傳輸。利用這種方式，用戶們想來就可以得到更好的聲音效果，避免了數字線路與模擬線路轉換過程中可能產生的大量雜訊。以前，受成本、保持向下兼容以及無法有效利用PC資源系統等諸多因素的影響（如CPU、RAM、匯流排），百分之百數字音效PC一直沒有一套切實可行的解決方案。AC97標準正是妥善考慮到了這一點，提出了“與匯流排無關”的聲音輸出概念。在這個方案中，聲音信號仍然可以通過傳統的匯流排方式傳輸，如ISA或PCI。但現在它也能重新導向至USB或IEEE 1394匯流排，所以無論模擬輸出（DAC做在PC內部，聲音輸出到標準立體聲音箱）還是數字輸出（DAC做在PC外部，聲音輸出到USB或IEEEE 1394連接器，即所謂的USB音箱等）均可以隨心所欲，任意左右。

傳統的音效硬體加速方式：IN-LINE

以下就以播放DVD為例，先來簡單說明一下傳統的音效處理加速方式。

眾所周知，一部電腦在播放DVD-ROM時，CPU處理器肯定是先把編碼過的杜比AC-3聲音從MPEG-2影片中分離出來，並將其放置在DRAM緩衝區內，再通過AC-3硬體解壓縮設備從DRAM的緩衝區內將音效數據提出、解碼，最後與5.1聲道混合成為雙聲道輸出，

最終達成IN-LINE音效硬體加速的目的。

明白了這一點，下面再讓我們一起來對比看一看AC97標準的音效硬體加速方式：multi-trip

符合AC97標準規格的晶元組與傳統的音效輸出方式不同，此時的音效數據可以改向傳至USB或IEEE 1394。其具體實現主要有以下幾個步驟：第一步先由AC-3硬體加速裝置從DRAM中提取出CPU處理器事先已經分離出的數據；第二步由AC-3執行解壓縮與混音操作，把合成后的數據重新送入DRAM中的另一塊緩存區。這時會產生一個中斷信號，以此來告訴操作系統，合成聲音數據已經準備完畢；第三步操作系統會協同CPU處理器將已經處理好的聲音數據轉移到新的緩衝區，然後將數據送入USB管道，等待輸出；最後一步是USB控制器取得相關的聲音數據后將其送至相對應的數字揚聲器。

為了讓廠商真正將符合AC97標準的晶元組順利移植到主板上，INTEL公司建議設計者採用以下三種方式：

一是，將控制器和聲音解碼晶元全部都整合在主板上，讓這二者通過AC-LINK加以溝通。這樣做的好處在於，晶元組與主板之間的整合度可以達到最佳；

二是，將控制器做在主板上，而將聲音解碼晶元做在介面卡上，讓二者仍然通過AC-LINK進行溝通。這樣一來，用戶便可以比較靈活地選擇解碼晶元。另外，在介面卡上也可以選擇性地添加modem語音部分的傳輸功能。

三是，將控制器和解碼晶元全部都做在卡上，通過32或64位PCI匯流排與其它外設進行溝通。當然，採用IEEE 1394或USB與主板通信也是可行的，只要控制器能夠支持IEEE 1394或USB介面便可以了。當然，除此之外還要搭配一條SIDEBAND HEADER的信號線，完成控制器與主板的連接。應該說，採用這種方式的設計難度最小，主板設計廠商們只要在自己的主板上預留出SIDEBAND HEADER的信號線插座及相關的電路便一切OK了。