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便携式MPEG录音机及编辑机的研制

2003-01-02 王毅 周南 英夫美迪公司 依马狮网


    便携式数字录音机因其方便和高质量在电台/电视台得到了广泛的应用,目前常用的主要是MD录音机、DAT采访机,有些用户还采用了一些基于半导体存储的采访机,诸如Nagra公司的ARES-P、Maycom公司的采访机、EELA公司的采访机等,也有采用一些OEM韩国产品的采访机,也有个别用户采用录音笔或市场上的MP3播放器来录音。英夫美迪数字技术有限公司作为国内著名的音频工作站生产商在研制基于PC的音频工作站时就清楚地看到音频工作站的便携化发展趋势,为了开发这个技术,我们专门成立了嵌入式系统事业部进行了长期的潜心研究。

设计考虑
    我们首先对该产品的设计提出了要求,因为是便携式设备,要求足够小。考虑到电台/电视台记者的实际需要,我们提出它的体积要小到能够单手手持和操作,很容易地放进上衣口袋。而目前除了MD采访机之外,多数的便携采访机体积和重量还是太大,需要单独背一个包,记者只有可能在明确采访任务时才能携带,而不可能随时携带。
    第二,存储介质肯定是半导体,而不是DAT这样的数字磁带或MD这样的磁光盘。半导体存储技术因其诸多优点无疑是将来存储技术的发展方向。尤其是对于采访机这样的对读写稳定性、体积、功耗都有很高要求的设备,半导体是最适合的介质,显然优于DAT这样的顺序访问磁带和MD这样的磁光盘。
    第三,编码方式必须是广播及电视标准的编码方式,现在MPEG是广播/电视行业的标准编码方式,目前在音频上常使用的主要有MPEG-1 Layer II和Layer III,即通常所说的MP2和MP3。而MP2因其帧结构的延时小,适合做比较精确的剪辑而被定为广播音频的编码标准和DAB广播的信源编码标准,即所谓的MUSICAM,编码帧延时24ms。而MP3因其更高的压缩比而适用于音乐播放,但因为其帧结构的原因,帧延时较大,不适合广播要求的精度的剪辑。因为我们设计的采访机面向电台/电视台专业用户,所以设计时就规定必须全面支持MP2和MP3。并且这两层的编码算法可以选择,一般的采访音频需要以后编辑,采用MP2编码,而对只是播放或录音而不做高精度剪辑的可以采用MP3以节省一些空间。而录音笔采用的编码算法是适用于语音编码的算法,主要着眼于高压缩比而不注意音频质量,语音压缩的算法都是基于ADPCM原理,编码算法比较简单,而不像MPEG这样的算法按子频段进行编码,涉及到大量的频域计算。所以语音编码不需要采用高速DSP芯片和编码软件,录音笔采用很简单的芯片就可以了。现在市场上有些MP3播放器宣称拥有录音能力,很多人以为MP3播放器的录音当然就是MP3编码,实际情况却是,由于缺乏实时的MP3编码能力(MP3播放器只是实时的MP3解码,而解码比编码要简单很多,不需要高档的DSP芯片和复杂的实时编码软件),录音时一种是语音编码,然后再转换成MP3,另外一种做法是先按线性PCM录音,然后再将音频数据压缩成为MP3格式,总之必须非实时的MP3编码。非实时编码的除了不能录完就得到数据的缺点外,前一种方式的还因为两次编码而将音频严重劣化,音频编码基本上全是有损编码,重复编码的劣化十分明显,更何况录音时采用的语音编码对音频质量影响很大。第二种方式,由于录音采用的非压缩的PCM线性编码的数据量非常大,录音时间很短,无法满足采访的需要。按16b/48kHz采样的立体声音频计算,每秒数据量高达16b×48000×2 = 1536000b/s,即192kB/s,128MB的闪存只够录666秒!
    第四,我们设计的录音机必须具备和PC高速传输音频数据的能力,现在随着音频工作站逐渐取代开盘机等成为主流音频编辑设备,传统的1:1音频灌录的方式是令人无法忍受的,不仅耗费大量时间,而且音频灌录需要调音台等大量的音频设备,设备投资是很大一笔钱!现在看来,MD和DAT采访机其实整体投资相当不菲。我们采用USB作为数据传输接口,可以将采访机中的音频文件高速传给PC,也可以将PC中的音频文件高速传给采访机。采用USB1.1接口的实际传输率超过200kB/s,那么一个1小时的32kb/s数据率的单声道MPEG文件的只需要1分钟就可以传输完成。

突出特色
    我们考虑到上述四点其实有些产品也可以达到或部分达到,比如国外有一两款产品体积小到可以手持、采用MP2格式录音、闪存做存储介质、带USB口,而且最近也有国内公司OEM国外公司设计开发的产品,也几乎都具备上述特点,那么我们自己要设计的录音机会在哪些地方突出自己的特点呢?
    英夫美迪是专业开发音频工作站的,音频工作站在大家的脑海里就是PC+声卡+软件,能不能做一体化的音频工作站呢?能不能将这个一体化的设备甚至做到掌上电脑的大小呢?
    或许有人会问能够手持有什么用?当电脑是桌面的一个不小的设备时,提出掌上电脑也或许有人会问那么小的电脑有什么用。一个非常容易携带的有足够编辑能力的音频设备会为电台等专业用户带来很大的方便,编辑节目实际上在任何地方都可以进行,而不必到台里。编辑完成后,直接接到台里的PC上就可以上载到自动播出网络中用于播出。编辑甚至可以在家里做节目,再将该录音机揣在兜里到电台将节目花两三分钟上载到自动播出网络中。新闻记者可以在现场或在车上就将新闻剪辑好。总之,很多传统的工作方式将得到改变。
    那么,一个采访机就能成为一个掌上音频工作站吗?回答是无论从产品系统架构上还是功能上采访机都不能称为掌上音频工作站。数字采访机,即使是目前最先进的采访机,都只能完成单纯的录音和非常简单的编辑,而这样的编辑功能根本无法满足主持对制作节目的需要和记者对新闻剪辑的需要,更何况缺乏音频工作站的多轨合成及音量改变等功能。要完成这些复杂的功能可不是对产品修修补补就可以的。目前全世界所有的半导体存储采访机都是没有操作系统的,而没有一个完善稳定的操作系统,这样复杂的功能是不可能完成的。但目前这些采访机是不可能有嵌入式操作系统的,现成的操作系统如Palm OS和微软的Pocket PC是开放的,但目前这些掌上电脑专用的操作系统在MPEG实时编码上是不支持的,而且在未来相当长的时间内掌上电脑的CPU是不可能强大到可以完成MPEG实时编码的。
    而英夫美迪嵌入式系统事业部经过长期潜心的研发解决了这一问题,这就是我们推出一体化音频工作站系列的重要基础。我们不同于其他厂家的单纯DSP架构,而采用先进的MCU+DSP架构。在这一架构中,DSP只是用于编解码和音频信号处理,MCU在操作系统的支撑下完成设备管理、人机接口等功能,而不像其他产品那样DSP也用于管理设备和人机接口。这才是音频工作站的结构,我们不能想象在传统的PC工作站上没有PC的CPU和操作系统,而靠声卡上的DSP来管理显示、键盘输入、鼠标输入、文件系统、网络系统、数据库系统,这显然是荒谬的。DSP专门用于音频信号处理就可以完成多轨的叠混(而这对于节目制作是必须的),音量的后期实时改变等,在操作系统的配合下整个产品可以完成标准的音频工作站的功能。

产品推介
   

便携式MPEG录音机及编辑机的研制
嵌入式操作系统还使我们能够提供适应不同需要的系列产品。有的用户只需要采访录音和简单的编辑,则可以选择PAW100,这是一款提供全部录音功能的产品,也拥有足够采访录音编辑的功能,体积小巧,结构紧凑结实,如果需要完成全部音频工作站的功能,则需要选择PAW200,因为PAW100只配置了比较小的黑白液晶屏幕,所以完成比较复杂的编辑不方便,而PAW200则是一款真正全功能的音频工作站(虽然它只是手掌大小),拥有真彩色的大尺寸液晶屏幕,多轨音频编辑及后期音量变换功能,总之就和桌面的音频工作站差不多。而这些都是基于强大的嵌入式操作系统基础之上的。
    PAW100是我们推出的PAW系列产品中的第一个型号,也是最基础的型号,适用于采访和现场录音,下面我们对PAW100的其他设计特点再做一个简要描述。
    PAW100外形尺寸110×45×20mm,支持多种音频编码格式,包括:MP2、MP3、PCM线性格式(可用于对音质有特殊需要的场合)和G.723语音编码(该产品可以转换到录音笔模式,以录音笔的质量水平录更长时间的声音)。采样率32kHz/44.1kHz/48kHz可选;采样深度16b,立体声/单声道可选;数据率:MP2:32~384kb/s、MP3:32~320kb/s;广播级音频指标:信噪比>90dB,失真<0.05%,频响<±0.5dB(20~20kHz)。
    PAW100内置半导体闪存芯片,PAW100几乎不可能出现介质读写故障,对于机会只有一次的现场采访非常重要,同时也支持外插闪存。PAW100可通过USB与PC高速传送音频数据,也支持虚拟硬盘技术,但和其他产品不同的是,PAW系列产品在文件系统上加上限制,使该虚拟硬盘不可能用于病毒的

英夫美迪 PAW100

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