Qualcomm 高通芯片组与Android音频系统缺陷测评分析
赵宇为 于 2011.07.01 17:17:26 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.38/1575

Qualcomm高通公司是目前Android智能手机上最为知名的ARM架构的处理器和芯片方案硬件提供商,高通公司的Snapdragon系列中的QSD8250是首个实现1GHz主频的ARM处理器。在Android手机中,高通的方案最为常见,在混乱的Android产品中高通芯片组拥有相对较好的兼容性。但是,经过我们对采用高通芯片的手机的测试发现,它的音频子系统部分存在缺陷。而这个缺陷,在Android系统下又恰好、不幸的被无情放大。我们测试了包括摩托罗拉XT316[MSM7227,ARM11架构]、华为U8800[MSM7230,HTC Desire Z使用同样芯片]、HTC Desire HD[MSM8255]、联想 乐Pad[QSD860A]、HTC Sensation[MSM8260]和一款特殊的HTC HD2[QSD8250 WM6.5\WP7\Android 3操作系统]共六款使用高通芯片的手机或平板电脑,覆盖了高通从ARM11到全系列Snapdragon所有芯片[不包含因为手机网络制式不同的型号,如CDMA网络]。它们都存在同样的问题。是什么原因导致高通Snapdragon全系列都会存在如此问题?它会带来怎样的影响?与Android搭配的高通产品为什么问题会加重?我们来一一分析。

  • 我们的测试目的和方法

    发现高通芯片组音频系统的缺陷,当然不是我们测试的目的,我们也没有如此神通能无缘无故发现芯片级的设计缺陷。从2010年,Soomal进行耳机放大器、声卡等测试以来,我们一直坚持使用一套固定的测试方法,对测试对象的信号输出能力进行客观分析测试。这套测试方法,虽然不能完全判断它的系统是否足够优秀,但对于系统缺陷的判断则从原理、过程、客观结果来说是准确无误。大家可以简单的理解,如果与我们测试的20Hz-20KHz频率扫描信号的光谱图发生重大偏差,它的系统一定存在问题,声音表现不可能好,而至于问题严重性,是如何造成的,同样可以通过一些特征来分析。当我们测试第一款、甚至到第三款高通芯片组手机时,都并没有确定它的问题所在,但通过Windows Phone 7、Windows Mobile系统,我们最终确定了结论。当然,我们发现问题,并不是要打击高通,和使用高通芯片的手机,我们只是提出问题,并幸运的找到了问题出现的原因。作为高通来说,修正这个缺陷并没有太大难度。

    为了更好阅读文章,我们我们接下来再次讲解一下频率扫描光谱图的阅读方法。

  • 如图所示,大家看到一张分为上下两部分[代表左右声道]的两条具有一定角度的直线,它存在于一个横坐标为时间纵坐标为频率的二维坐标空间内。它表示的是,一个标准测试信号的光频谱分析图。它是一个从20Hz-20KHz频率范围内的正弦波扫描图,我们设置整个过程的时间为10秒。而光的强度,代表了信号的强度。由于,大家看到这张图是我们生成的标准信号,所以大家发现只有两条光亮的直线,而没有其他弱信号出现,而且大家注意,它的背景是非常黑的,这代表整个频率范围内,噪声非常非常小。

  • 再来看另一张图,这是来自于iPod Classic的播放以上测试信号我们录制得到的结果分析图。与原信号相比,它出现了与主信号不同斜率的直线,这是谐波,但大家观察它的颜色,偏淡蓝色,说明信号强度很弱。而对比原始信号还发现,坐标低频部分会出现一些频率很低的淡红色噪声。大家还可以在我们测试过的MP3播放器、耳机放大器等文章中看到比iPod Classic强度稍大一些的谐波分布,但都在可接受范围内。明白了我们的测试方法,我们来看看高通芯片组的表现。如果您对SRC不了解,还需要参考下面一段文字或一篇文章。

    • 扩展阅读
      阅读全文 《声卡入门·2009版 聊聊SRC》[作者:夏昆冈 ]

      SRC的作用就是改变信号的采样率,低采样率往高采样率转换时就是一个重采样的过程,重采样对象不再是原始信号,而是这个低采样率的信号,因为采样率不够需要插入更多的采样点以达到需要的采样率和采样大小,在信号频率较低的时候,重采样算法的好坏并不会影响到什么,因为波长长,采样点多,但是高频就很难对付了,因为波长短,采样点少,44.1kHz的采样率情况下,一个20kHz的波仅仅有3个不到的采样点,转换到更高频率的时候势必插入更多的点,要尽量保持原貌,这个点该怎么插,这是一个非常有难度的算法,我们举一个例子帮助大家了解SRC。

    • 假设4kHz SRC到8kHz,那么在原有的采样点之间插入新的采样,就可以完成SRC,整数倍的转换,不会改变波形,不改变波形,就意味这种SRC不会破坏音质。但当44.1kHz SRC到48kHz时,情况就会不同,它会重新改变采样点的排列而生成新的波形。

      可以看到,最终波形图垂直的轴对应波的能量值,这意味着波的信号强度变弱了,出现了衰减。这个例子可以说明非整数倍的频率转换将改变波形,改变是不可避免的,算法好可以尽量保证转化后的波形和转换前的相似,但好的算法非常少,现有的大部分声卡SRC算法都是很糟糕的,正如上面这个例子一样,高频衰减就是因为SRC 导致的,SRC还会导致一些其他问题,例如互调失真加剧等。总之,非整数倍的SRC应尽量避免,这也是为什么声卡发烧友关注SRC的原因。

    高通芯片组客观测试分析

    我们的测试,使用专业级声卡录入的形式,并使用RMAA软件测试和频率扫描信号光谱分析两种分析方式进行测试。在这里,我们不一一列举RMAA的测试成绩,大家可以参考每一款手机的音质测评报告,而我们列举的是所有我们测试过高通芯片组的频率光谱分析图。由于图片缩放变得较小,我们放大其中一张来说明它们的特征。需要大家注意的是,这些测试均在16bit 44.1KHz规格下完成。

  • 从图片很容易发现,高通所有芯片的噪声都拥有同样特殊的分布规律,这种规律在便携播放器、声卡、耳放等我们测试过所有产品中从来没有出现过。这种规律,主要表现在它会出现与主信号平行的噪声分布,且噪声强度较强,在中高频部分噪声分布也开始杂乱。我们最初并不能确定,这是Android的问题,或是高通的问题。直到我们进行以下两个测试。第一,我们发现在Android系统下测试44.1KHz信号的Tegra2、AML8706等芯片的机器结果与高通芯片没有任何相似之处;第二,来自于“神机”HTC HD2在Windows Phone 7和Windows Mobile6.5下的测试。

  • 这里看到的测试图,与上两张的测试环境不同,但与上图中某个测试环境相同。它是HTC HD2手机在Windows Phone 7系统下,播放16bit 48KHz测试信号时的结果。同样是HD2手机的QSD8250芯片,但高通芯片存在特有的噪声分布消失了。我们看到一张非常正常的频率扫描光谱图。原因非常明显,高通芯片在硬件部分存在44.1KHz的SRC问题。如果大家还信不过HD2是因为破解运行的Windows Phone 7,那就看看HD2在原生系统Windows Mobile 6.5下的表现,结果和Windows Phone 7一致。也许有人要问,为什么在Android系统下不测试一下48KHz信号?因为Android系统有48KHz的SRC问题。大家可以参考《聊聊Android的音频架构 》[作者:夏昆冈 ] 。

  • 大家也许已经发现问题是如何发生的。从工作流程图来看,系统中软件播放节目源,将信号转交操作系统驱动层,操作系统输出后,转交硬件部分最后输出。在高通芯片组的Android手机中,Android系统如果遇到48KHz信号,会发生强制SRC到44.1KHz,而后交给高通芯片,高通芯片硬件遇到44.1KHz信号,再强制SRC到48KHz输出。这是最悲惨的过程。当你播放一段视频时,大多会遇到这样的情况,因为目前视频中音轨多数使用48KHz的采样标准。另一种情况是,软件播放的节目源为44.1KHz,Android支持,自然没有问题,但高通芯片硬件层不支持,它还是要强制SRC至48KHz输出。所以,就看到了我们提供的那张测试“全家福”的惨剧。

  • 无论是Android操作系统强制SRC或是高通芯片强制SRC,都会带来明显的信号损失和大量噪声产生。而Android的SRC问题显然要比高通更为严重,但高通芯片不支持44.1KHz输出,发生的强制SRC,虽然从SRC过程来看远好于Android操作系统软件所做的,但仍是明显缺陷和不足。作为一款如此多移动设备使用的芯片组,竟然无法支持最常见的音乐制品采用的44.1KHz的标准,并采用SRC的方式提供支持,实在有些说不过去。而所有的44.1KHz信号都要通过SRC后来输出,这是需要通过处理器计算完成的,必定增加芯片耗电量,这种设计实在是出力不讨好。也许高通芯片组,本以为自己的优势在48KHz上,那播放视频时自然不会有问题了?可惜!在Android上高通芯片硬件是无法得到它的。

    高通芯片组问题影响

  • 从高通芯片组设计来说,也许高通意识到对44.1KHz规格支持的重要性[一般人都会意识到],但选择错了解决的方法。在硬件上,采用SRC的办法来实现,不但消耗处理器资源,而且并没有得到足够好的声音。而在自己原生支持的48KHz下,又被Android系统抢先一步SRC至44.1KHz。所以,无论从芯片节能,还是输出品质考虑,高通都应该改变这一方式。

    从现有采用高通芯片组的Android手机或平板电脑来说,由于高通芯片硬件缺陷,它们的声音表现都不如一个表现相对较差的200元左右的低端MP3播放器。而与我们测评的Sigmatel STMP3770播放器相比,更有明显差距。而如果像HTC、联想的旗舰机型,将对手定位于苹果iPhone、iPad,那只能是无能为力,且容易遭到误伤[原以为是乐Pad的设计问题]。

    从影音播放角度来看,虽然高通硬件上做好了充分准备[视频文件音轨多为48KHz]。但Android系统中会发生强制SRC的问题,这个过程造成信号变差的程度非常明显,从主观听感感受到的程度来说要比高通芯片更为明显。至于那些打算以Android为平台打造的“智能电视”,如Google TV、三星Smart TV、海信智能电视等智能电视类产品。它们都要基于网络和系统内播放器播放视频内容,它们会有好的结果?我们并不确定,但不出问题的可能性很小。如果这个问题果然存在,难道这还不是Android智能视频系统的致命缺陷?

    总结

    毫无疑问,目前高通在售全系列芯片均存在音频系统缺陷,从客观来说,与竞争对手相比,这个差距相对明显,且由于问题出现在硬件层面,对下游的产品设计和制造带来无法解决的困难。而从原理来说,它不但品质不好,而且不利于节能;从主观听感来说,它的表现不能达到入门便携播放器水准。而Android系统与高通芯片的搭配,更让这个问题雪上加霜,这说明,在一款产品的硬件和操作系统两大核心组件上出现设计上的缺陷,会让相关应用无法展开。而无论对于高通还是Android来说,发生这样的错误实在不应该,而长久以来的不修正,甚至出现在最新版的硬件[MSM8260]和软件[Android 3.0]中,都让问题的解决时间大大推迟。

    虽然,高通和Android的缺陷,不足以让大多数用户放弃它们而选择别的产品,但我们也看到NVIDIA、TI、Marvel等芯片并不存在相关问题,而Windows Phone 7也做好了准备。从最基础的道理来说,对于一个已经拥有,且具有很高使用率的功能来说,从设计的角度来说不应该发生低能的解决方案;而从长远来看,如果这些细节问题不去解决,在出现具有足够竞争力的产品时,它将一定造成致命打击。

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