隨身音樂大時代：淺談你所不知的智慧型手機音訊處理

智慧型手機音訊處理架構剖析

智慧型手機音訊處理架構，因為不同作業系統而有很大的差異，同個作業系統但不版本號也有不小的差別，這個特徵在Android系統上非常明顯。為了讓程式開發者不需從驅動程式開始進行軟體開發，於是將硬體層和應用層藉由標準程序介面連結，是一個好的系統架構所必需具備的，這對於音訊處理也是相同重要。

Android系統音頻處理

Android系統本身是基於Linux，在舊版本的Android 2.1中，預設的音訊處理架構是OSS（Open Sound System），它是Unix和類Unix系統中廣泛使用的一種架構。但是由於對音訊設備的支持不足，並且缺乏對新特性支持的能力，於是在Android 2.2後，由目前Linux主流的ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）音訊處理架構所取代。

ALSA支援更多和更複雜的應用程序介面（API，Application ProgrammingInterface），使得開發難度上有所上升。但是ALSA提供了1個專門的函式庫，給開發者簡化程序編寫流程，使得相較於OSS來說，ALSA支援更廣泛的音訊介面，並且相容舊的OSS架構。

▲Android軟體堆疊架構概要圖。

過渡時期架構ALSA

ALSA本身可以想成1個負責連結應用程序，和硬體控制層的中間介面，而ALSA擁有標準的應用程序介面，裡面包含Audio Mixer、Audio Resampler等外掛模組，使得開發者可以在不考慮硬體差異的情況下，進行應用程式開發。

由於Android智慧型手機在硬體配置上採用開放性政策，於是為了兼容各類音訊硬體，和解決可能發生取樣頻率不支援的問題，Android增加了1個取樣頻率轉換器（SRC，SampleRate Converter）音效外掛模組來解決這個問題。

SRC能將不同取樣頻率的音訊都轉換成44.1kHz輸出，但也在音訊處理過程中，帶入大量的延遲和系統資源的占用。並且由於Android 的SRC 運算品質不高，使得處理非44.1kHz音訊時，會產生嚴重的聲音劣化問題。

▲ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）音訊處理架構。

TinyALSA架構仍有罩門

由於ALSA是為桌上型電腦設計的音訊處理架構，裡面擁有太多不需要的開源驅動代碼，並且對移動裝置的支援存在一些不足。於是在Android 2.3後，Android使用基於TinyALSA架構的AudioFlinger來替代ALSA，成為預設的音訊處理架構。

看到Tiny 這個字，就知道這是個精簡過，並且對移動裝置優化的ALSA架構。藉由刪減掉不常使用的音訊介面，再加上簡化音訊處理流程，理論上能夠獲得更高的效能，並且耗降低音訊延遲，

可惜AudioFlinger同樣擁有之前架構的SRC問題，即便新版本的Android，除了傳統的播放音樂的音訊介面，額外提供一個較高速、低緩存的即時音訊介面。但是由於Android應用程序介面還是對音訊進行了大量的後處理，所以延遲普遍還是高達100ms以上，使得Android在音訊處理應用上還是處於劣勢。

▲Android TinyALSA音訊處理架構。

iOS和Windows Phone系統

而iOS系統長期處於封閉的狀態，並且iOS設備硬體的完全由Apple所掌控，使得iOS可以針對少數硬體專門開發音訊處理介面。因此在程序和介面優化上更加輕易，對於實現高音質移動裝置有明顯的優勢，不過移動版iOS 也有其自身的問題存在。

像是為了兼容不同的iOS 移動裝置，移動版iOS目前只支援播放最高48kHz取樣的音樂格式，並且很可能在位元深度方面也和Android相同，最高只支援到16bit。對於想體驗高品質音樂的使用者來說，目前不論iOS 或是Android都不是最好的選擇，可能會有人問Windows Phone 系列呢？

由於Windows Phone產品數量和市占率較低，加上跟iOS同樣屬於封閉型架構和音訊架構資訊較少，可能先拉抬市占率，吸引其他廠商和開發者注意會是一個比較實在的做法。依目前的情況來看，Windows Phone作業統的智慧型手機在音質方面，也沒有特別出色。

智慧型平台未來發展

雖然有著眾多不利的因素，Android智慧型手機相較於可靠，但技術漸漸落後的iOS設備來說，在音質提升上有著更大的可能性。借助於彈性非常高的硬體搭配方案，Android智慧型手機將能夠搭載最新，且效能更好的音訊處理器晶片。再加上ESS和Wolfson近期都開始布局，媲美其自家高階DAC晶片的低功耗音訊處理晶片，其他傳統音訊半導體晶片廠商，也勢必會開始重視低功耗音訊處理晶片市場。

而且Android和Linux的底層核心，似乎都能支援不同取樣品率的音訊，從市場部分使用Android作為其操作系統的高階隨身播放器來看，例如iBasso Audio DX100，使用自家技術改寫音訊處理介面，來克服Android音訊處理系統的問題，也間接證明Android開放式架構的確有比iOS更高的可塑性。雖然目前可能有一些言之過早，但隨著技術上的突破和更多廠商的投入，也許不久的將來，就能夠出現音質接近高階播放器的Android智慧型手機產品。

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