整體而言，行動服務產業供應鏈在2／2.5G時代已面臨了「平均用戶貢獻度」（Average Revenue Per User；ARPU）下降的局面。他們的因應措施是積極地鼓勵用戶利用手機消費更多樣的服務，而不只是基本的通話功能。

很幸運地，3G的頻寬讓許多高價值的服務得以在現階段落實，讓服務供應業者能從音樂檔案的分享、遊戲下載及視訊串流等功能中創造營收。但是要將這些必要的功能整合在目前一般手機的架構中將面臨重大挑戰，特別是在多種音訊的操控、噪音抑制及電源管理上。這些新型態服務的成功，同時也需要手機設計師能在音訊播放的性能上取得跳躍性的成長。

推升音訊的傳真度

為了確保市場能接受新興的無線多媒體服務，更大音量及更強力的揚聲系統是必要的配備，如此才能針對諸如「視訊快餐（video snacking）」及行動電視等服務提供更好的擴音器運作。透過耳機的高傳真音訊也是必要的，無論是針對個人聽音樂的需求，或是在語音通話時的附加功能，例如卡拉OK等。然而，一般行動手機的體積輕薄短小，使其在一開始並未考慮如何擺放可提供高傳真音訊性能的裝置。

現在擴音器的改善已受到關注，最近所推出的高輸出喇叭已能提供較佳的音訊品質，然而這些喇叭的高供電電壓需求，與手機其他部分所需的較低操作電壓勢必產生衝突，因此設計師必須在其他的數位邏輯和類比軌之外再提供高供電電壓。

操控多重音訊串流

在一支現代手機中，若要整合各種通話性能和先進的音樂功能，結果便是創造出各種音訊串流，其中包含許多的數位格式和類比性能。要讓這些不同的信號沒有干擾地並存，則是一項非常艱鉅的挑戰。而強大、彈性的混合能力也是必須的，如此才能支援先進的娛樂功能，例如語音通話中的音樂播放功能，或是各種的卡拉OK選項。

多媒體手機的設計也需要彈性的數位音訊取樣和更強大的處理能力，以實現高傳真音質的音訊錄製和播放性能。為了在透過喇叭、耳機播放時能將信號最佳化，並能執行許多音訊效果及精密的音訊處理，包括多頻帶等化器或是3D音效等將成為必要。例如，多頻等化器能被自動調整為爵士、古典音樂或是搖滾樂設定，這些都是針對特定型態，經過預先計算以達到最逼真的效果。或者是透過耳機或喇叭聆聽時，藉由調整濾波器以配合轉換器（transducer）的特性，設計師可以補償某些因為手機的狹小空間和相對受限的喇叭響應所造成的缺點。

電源管理

儘管多媒體手機提供許多附加功能，但是使用者將不會接受電池壽命的縮短。在語音通話時，由於RF級將繼續扮演電力消耗的大戶，因此精密的音訊功能將在僅消耗少量電力的情況下執行，特別是如果能設計出一套良好的電源管理策略的話。

例如，信號路徑的謹慎設計和操作，便能嚴密控制電路的各個部分在沒有必要時的運作。以語音備忘操作為例，由於此功能僅需基本的單聲道音效，因此運作一個ADC即可，便可省下立體音訊鏈中兩個DAC和DSP會耗費的電力。在語音通話中，可以降低取樣率以減少電力，且不會導致音質產生任何明顯的下降。更複雜的省電技術可能還包括減少類比偏壓等級，如此才能在音訊輸出和功耗間達到最佳的平衡。

針對行動多媒體設計的整合音源集中裝置

因此，手機設計工程師必須克服這種種的挑戰，包括如何在極小的物理空間一一滿足喇叭驅動、信號處理、雜訊表現和電源管理的需求，而更棘手的則是必須符合行動市場的特性，亦即極度壓縮的設計週期。更大程度的整合，提供更複雜的音訊功能，這都是當前被迫切需要的。

整合型的基頻晶片包含了混合信號語音CODEC（vocoder；聲碼器）類比前端，以及低功耗DSP，負責執行聲道編碼和壓縮/解壓縮演算法，如此能降低空中介面的取樣速率，此已能支援2G／2.5G網路中基本的語音通話。為了能進一步提供下一代多媒體服務所需的高音質，手機的發展方向必須更強調音訊處理，提升真正的立體音訊CODEC的處理能力，並具備更強大的DSP，以提供更佳的音訊效果和更具彈性的喇叭輸出。

這些要求推動了高階音訊設計技術和混合信號架構的進步，造就了整合型的手機音源集中裝置，以支援各種數位特性，包括強化的3D環繞音響能力、多頻道等化器、自動等級控制，以及動態曲線產生器（bass boost）等。例如Wolfson的WM8983立體音訊CODEC便能以24位元高序位等級多倍取樣ADC和高傳真DAC執行這些功能集，並能執行額外的數位應用濾波功能，例如風切雜訊濾波器（wind noise filters）和可程式IIR濾波器，以及陷波濾波器，能消除特定頻率中的雜訊。不用軟體，改用專門的硬體來執行數位處理程序，能減少對於裝置中的多媒體主處理器的依賴，如此對於成本、記憶體需求和功耗的節省都有所助益。

《圖一　WM8983的功能區塊圖表》 - BigPic:849x509

此種應用導向讓新興的使用情境得到更進一步的支援，例如在通話時播放音樂，讓受話方能同時聽到音樂和發話者的語音，或是在使用一般的手機功能時能繼續聆聽MP3或FM收音機。其他能吸引音樂手機使用者的功能還包括在通話時進行卡拉OK，此針對耳機播放和I2S格式錄音提供優異的混合能力，讓卡拉OK檔案能透過MMS或電子郵件分享。彈性的數位和類比介面能經由諸如WM8983的裝置付諸實現，藉由讓合成內容（例如鈴聲及midi檔案）與音訊或語音以不同的取樣速率加以混合，如此將能提供更多的功能。

整合能降低功耗

支援彈性的多媒體功能所需的眾多信號路徑，提供了一個很好的機會，讓設計工程師能執行多種的省電模式，可以關閉未被使用的電路部分，並調整類比偏壓和數位信號等級，以達到在最省電的情況下呈現最佳的音質。將CODEC、混合和信號處理功能並存於單一、整合型的集中裝置中，讓設計師能夠更快速及更容易地設計省電模式。舉例來說，相較於使用軟體來進行一般調整操作的離散式解決方案，顯然是省事多了。自動降低信號等級，例如鈴聲信號路徑的數位電壓擺幅，或是通話時的數位偏壓等級(如前文所述)皆能以極簡單的方式完成，且能在不犧牲鈴聲播放或聲音品質的情況下大幅降低耗電。這些模式大部分的操作都能讓使用者一目了然。

《圖二　WM8983的信號路徑》 - BigPic:822x656

最佳化音質

WM8983能執行3D處理和五頻道等化器，提供不只是軟體能調整的等級，還包括頻譜範圍。這提供給設計師許多選項，以達到最佳化喇叭輸出，特別是在以高音質播放特殊音效時。例如，能讓使用者針對特定的音樂類型自行選擇不同的設定。經由軟體控制調整等化器亦能提供其他的效果。如果有必要，此部分可讓使用者瞭解。Wolfson也提供一種能精確模擬的工具，此工具能讓設計師在考慮手機體積及形狀、喇叭尺寸和驅動器設計，以及人耳反應的優先順序時，能夠快速地求取最佳化。

針對高輸出喇叭，若要驅動像是BTL類的驅動器，一個8-阻抗的BTL喇叭可能需要1W的電力，以達到在高音量時的高傳真音質，其所需的電力分別來自數位邏輯和類比信號電壓。事實上，WM8983提供2.5V至3.3V的類比供電電壓，以及數位核心低至1.71V的供電電壓。針對高音量音訊輸出，如果提供給BTL喇叭驅動裝置一個獨立的5V電源，則至少需要三個不同的供電電壓。藉由讓高類比信號及供電等級，和其他的類比供電及信號並存於相同的晶片上，WM8983的混合信號技術能讓等級調整電路的需求不再存在。

雜訊性能

然而，在同一晶片上整合不同的數位和混合信號功能，將會導致許多潛在的雜訊和串音的問題。因此，保護敏感的類比音訊電路不受雜訊干擾已不再是電路設計師的責任，而是改由晶片設計師來承擔。。

在WM8983中，整合的喇叭和麥克風驅動器也能改善雜訊。將高階音訊設計原則應用於多媒體手機CODEC的設計上，亦能提供極低的雜訊麥克風偏壓特性，以達到極佳的錄音品質。對於手機而言，這是一個非常特別的功能，能潛在地吸引新的使用族群。現有的IP將能在合理的成本下，以極有效率的方式再進一步利用，以支援此類的先進功能。因此設計師能提供特殊及強力的差異化功能，並有潛力能開創新的使用途徑，進而為整個行動產業供應鏈創造其他的獲利機會。

結語

應用導向設計的重要性，以及混合信號設計師的技術，能讓類比、數位和電源管理電路在晶片上和平共存，這更突顯了音質、功耗和雜訊性能之間具有高度的相互影響性。而目前正逐漸嶄露頭角的整合型音訊架構將不再讓多媒體手機的設計師在妥協中孤軍奮戰。

…本文作者為 Wolfson技術行銷工程師…