AC97標準

AC97標準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片級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機板晶片組領域占有舉足輕重位置且市場占有率第一的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、晶片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。

基本介紹

• 中文名：AC97標準
• 時間：1996年6月
• 公司：YAMAHA 公司
• 國家：日本

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片級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機板晶片組領域占有舉足輕重位置且市場占有率第一的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、晶片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、OAK TECHNOLOGY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片組中，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，出現了單晶片的音效卡，只用一塊晶片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晶片來完成諸如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。

因此可以這樣講，由5家業內廠商共同推出的新一代AC97標準規格，從根本上改進了傳統的音源處理方式，首次採用了雙晶片結構。AC97標準結合了數字處理和模擬處理雙方面的優點，一方面減少了由模擬線路轉換至數字線路時可能會出現的噪聲，營造出了更加純淨的音質；另一方面，將音效處理集成到晶片組後，可以進一步協助廠商降低成本。另外，從另一個角度來分析，隨著USB標準和IEEE 1394的日趨流行，而目前的PC聲音信號仍然只能通過PCI或ISA匯流排進行傳輸，也確實到了必須加以改進不可的時候了。時不我待，AC97標準規格也正是面對這樣一個形勢應運而生的產物。對於最終用戶的消費者而言，既能夠得到比以前更為優質的高品質聲音，同時又能夠進一步降低自己的購置費用，一石而二鳥，何樂而不為呢？

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片可中獨立出來，成為一塊稱之為Audio Codec的小型晶片，如圖所示，左上角那塊WM9701就是Wolfson生產的AC97晶片，中央的大晶片為FORTEMEDIA公司的FM801，可稱之為Digital Control，是數字部分，簡寫為DC"97晶片。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的數位訊號通過與AC97相連的5條引線送到AC97晶片中，由AC97晶片完成數字和模擬信號的轉換後輸出到音箱。別看AC97晶片只有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位訊號的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接口，可以聯接第二隻CDROM和電視卡的音頻輸出。不同AC97晶片之間引腳兼容，原則上可以互相替代，購買音效卡時可注意一下AC97晶片的型號，因為AC97晶片生產廠商眾多，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晶片採用了SigmaTel的STAC97系列，而後期為了降低成本，採用了廉價的AC97晶片，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晶片，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晶片，支持四聲道輸出。SigmaTel最新的STAC9744晶片信噪比高達96分貝。象AD、Crystal、華邦等廠商生產的AC97晶片性能比它低，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機板集成音效卡中。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片的關係，是全仗採用AC97晶片性能的優秀。普通AC97晶片十萬塊售價為4美元左右，名牌的產??，市場上常見售價低於100元的音效卡就沒有採用AC97晶片，象CMI8738、ALS4000、VIBRA128等，是單晶片結構，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機板上的AC97音效卡是怎么回事了，自VIA和INTEL相繼在南橋晶片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片的功能，音頻輸出就交由一塊AC97晶片完成。所以這類主機板看不到上面有較大的音效卡晶片，只有一塊小小的AC97晶片。與直接集成的硬音效卡相比，由於採用軟體模擬，CPU占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，有的主機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片，還有一塊較小的AC97晶片。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等四聲道音效晶片，其晶片成本與較高檔AC97晶片也高不到那裡去，但用戶更樂意接受硬音效卡，而不去關心其是否另帶AC97晶片。

AC97標準的規格
採用雙晶片的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片形式後，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，由於採用了雙晶片的設計形式，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。那么，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噪聲。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連線器，即所謂的USB音箱等）均可以隨心所欲，任意左右。

AC97的硬體加速機制

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標準規格的晶片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，把合成後的數據重新送入DRAM中的另一塊快取區。這時會產生一個中斷信號，以此來告訴作業系統，合成聲音數據已經準備完畢；第三步作業系統會協同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後將其送至相對應的數字揚聲器。

如何在系統中實現AC97的標準
為了讓廠商真正將符合AC97標準的晶片組順利移植到主機板上，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片全部都整合在主機板上，讓這二者通過AC-LINK加以溝通。這樣做的好處在於，晶片組與主機板之間的整合度可以達到最佳；

二是，將控制器做在主機板上，而將聲音解碼晶片做在接口卡上，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片。另外，在接口卡上也可以選擇性地添加modem語音部分的傳輸功能。

三是，將控制器和解碼晶片全部都做在卡上，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與主機板通信也是可行的，只要控制器能夠支持IEEE 1394或USB接口便可以了。當然，除此之外還要搭配一條SIDEBAND HEADER的信號線，完成控制器與主機板的連線。應該說，採用這種方式的設計難度最小，主機板設計廠商們只要在自己的主機板上預留出SIDEBAND HEADER的信號線插座及相關的電路便一切OK了。