本帖最後由 九尾 於 2014-2-18 15:49 編輯
這文章是轉來的,最早是一年前數碼多上原創測試文章,最近看到論壇不少人關心聽音樂音質問題,重新從網上翻來,科普下.
喜歡音樂的,入個幾百塊的純音頻MP3吧,Android目前真心不合適聽音樂,音源,耳塞再牛逼也不行.
文章如下:
Android系統迅速崛起，超越iOS和Symbian成爲第一大智能設備操作系統，它的佔有率還有迅速擴張的趨勢，將有大量的多媒體設備採用這個系統，那麼Android是否適合作爲影音設備的操作系統使用呢？我們今天就來了解一下Android的音頻架構。![]()
▲安卓系統
Android 基於Linux，我們先來了解一下Linux的特點。Linux使用ALSA作爲其音頻架構，其全稱Advanced Linux SoundArchitecture，即高級Linux聲音架構的意思，在2.6核心之後，ALSA成爲了Linux系統默認的音頻子架構。取代了之前的OSS[Open Sound System，開放式聲音系統。 ![]()
▲Linux ALSA音頻架構示意
ALSA並不太好理解，它首先是一個驅動庫，包含了大量的聲卡設備的開源驅動，並提供了核心層API與ALSA庫通信，而ALSA庫則是應用程序訪問和操控音頻硬件的中間層，這個中間層有標準接口，開發者可以無須考慮硬件差異性進行開發，它對提升開發效率是大有幫助的。ALSA可以向下兼容OSS，因爲OSS已經被淘汰，其兼容的工作模式不再討論。![]()
▲Android 系統下的ALSA庫文件
這個體系被繼承到了Android當中。在AndroiD2.2[含之前，系統文件夾中能找到一個LibAudioALSA.so的文件，這就是ALSA庫文件，其他應用程序調用它，與聲卡設備進行指令和數據通信。Android音頻架構與Linux的並無本質區別。
在桌面版本的Linux當中，爲了兼容各類聲卡，Linux也設置了一個SRC[Sample RateConverter，採樣頻率轉換的環節，噹噹前採樣率低於48kHz時強制SRC到48kHz輸出。這個SRC環節位於ALSA的插件模塊中的混音器部分。Android針對這個進行了改進。
什麼是SRC？SRC即Sample Rate Converter，中文意思爲採樣頻率轉換。它被聲卡愛好者所關注，大部分發燒友視SRC爲音質殺手。
Android增加了一個AudioFinger，這個可以簡單的理解爲Android的ALSA音頻子系統的標準化的插件模塊，它包含了AudioMixer[混音器、AudioResampler[重採樣等子模塊，AudioResampler即我們理解的SRC，Android換了一個新名稱而已。針對SRC，Android做了改進，但改進並不是以去除SRC爲目的，而是修改了默認的輸出頻率，Android的SRC目標採樣率爲44.1kHz，非該值的採樣率都將SRC處理。例如播放48kHz採樣率的信號，輸出的最終是44.1kHz，這對音質將產生負面影響。這個可以通過測試證明。![]()
▲Meizu 魅族 M9 智能手機-頻率掃描，錄音端增益20dB![]()
▲Meizu 魅族 M9 智能手機-48kHz頻率掃描，錄音端增益20dB 對比這一組結果就能看出SRC對音質的破壞性。 ![]()
▲Huawei 華爲 U8800 智能手機-48kHz頻率掃描![]()
▲Lenovo 聯想 樂Pad 平板電腦-48kHz頻率掃描![]()
▲Malata 萬利達 Zpad T8 平板電腦-48kHz頻率掃描![]()
▲SmartQ 智器 T10 平板電腦-48kHz頻率掃描 這問題不只是魅族 M9存在。幾乎存在於所有的Android設備當中。
ALSA是一個針對Linux 桌面版本設計的音頻架構，它實際上是不適合智能終端設備的，起碼裏面大量的開源驅動代碼是可以去除的，對與Android來說，這些都是廢代碼。從Android2.3起，啓用了一個新的音頻架構。它放棄了一直使用的ALSA架構，因此係統文件夾中，也不再有LibAudioALSA.so這個文件。![]()
▲Android2.3的系統文件夾下已經沒有了ALSA庫文件![]()
▲Android 2.3後的音頻架構示意
Android2.3起，架構已經做了修改，在針對內部代碼進行了優化，去除了冗餘代碼，理論上讓系統能變得更加高效，可以將新架構理解爲一個精簡的或者爲智能終端設備定製的ALSA架構。遺憾的是，它同樣存在SRC嚴重劣化的問題，通過測試可以證明。![]()
▲HTC HD2 @Android2.3 智能手機-48kHz頻率掃描 測試可以發現，Android 2.3的新架構對音質起不到正面作用。 ![]()
▲ASUS 華碩 Eee Pad Transformer TF101 平板電腦-48kHz頻率掃描 Android 3.0專門爲平板電腦設計，影音體驗變得更加重要了，是不是新系統在音質方面會有新的的進步呢，測試結果依然是令人失望的。
Android系統將採樣率同一爲44.1kHz輸出，這造成了諸多限制，它將無法實現96kHz、192kHz高清音頻節目的良好回放，大量視頻節目源自DVD或者藍光碟，其採用率多爲48kHz，Android設備在回放這些視頻節目時，音質也將大打折扣。![]()
▲安卓系統
理論上軟件SRC可以通過更換算法來實現音質提升，但卻不太現實，智能終端所採用的CPU多爲ARM，ARM芯片的浮點運算力有限，而SRC需要大量的浮點運算的資源，即便有了高質量的SRC算法，其運算也是以犧牲設備性能和耗電量爲代價的，實用性差。
從Android的音頻架構及流程分析，可以認爲，播放44.1kHz採樣率的音樂節目時，不會引發SRC，音質因此可以獲得保證，理論上確實如此。但它同樣存在問題，不管是之前的ALSA架構還是Android2.3之後改良的架構，其驅動庫都位於核心層，也就意味着音頻設備廠商、用戶無法象PC平臺那樣安裝驅動來改善音質。實際測試也表明，Android設備音質普遍偏差，Soomal有大量測試可以證明。
我們再把目光投向iOS，iOS非常封閉，我們甚至無法獲知其架構的具體構成，但iOS設備不存在硬件設備多樣性的問題，因此要實現更好音質也會更加簡單。iOS可以實現針對性的開發和改良，以實現更好的音質。實際情況也是如此，目前爲止，還沒有一款Android設備的音質可以媲美任意一款iOS設備，這種差距，我們認爲不是來自硬件，而是操作系統。![]()
▲Android高清影音播放器
Android音頻架構的侷限性也使得其難以成爲優質的影音平臺，如果你希望設計一款基於Android的高清影音播放器，那麼首先需要做的不是設計硬件，而是去修改現有架構的不足，或者乾脆設計一個專用的架構來取代Android的通用架構。從源代碼分析，Android和原生的Linux底層能支持各種採樣率，開源也使得其具有改造基礎，因此，在技術實力強勁的公司手裏，Android也可以烏雞變鳳凰。 高通芯片組與Android音頻系統缺陷測評分析2011年07月14日17:18數碼多我要評論(5)
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Qualcomm高通公司是目前Android智能手機上最爲知名的ARM架構的處理器和芯片方案硬件提供商，高通公司的Snapdragon系列中的QSD8250是首個實現1GHz主頻的ARM處理器。在Android手機中，高通的方案最爲常見，在混亂的Android產品中高通芯片組擁有相對較好的兼容性。但是，經過我們對採用高通芯片的手機的測試發現，它的音頻子系統部分存在缺陷。而這個缺陷，在Android系統下又恰好、不幸的被無情放大。我們測試了包括摩托羅拉XT316[MSM7227，ARM11架構、華爲U8800[MSM7230，HTC Desire Z使用同樣芯片、HTC Desire HD[MSM8255]、聯想 樂Pad[QSD860A]、HTC Sensation[MSM8260]和一款特殊的HTC HD2[QSD8250WM6.5\WP7\Android 3操作系統共六款使用高通芯片的手機或平板電腦，覆蓋了高通從ARM11到全系列Snapdragon所有芯片[不包含因爲手機網絡制式不同的型號，如CDMA網絡。它們都存在同樣的問題。是什麼原因導致高通Snapdragon全系列都會存在如此問題？它會帶來怎樣的影響？與Android搭配的高通產品爲什麼問題會加重？我們來一一分析。![]() 高通Qualcomm公司LOGO ![]()
高通+Android=音質悲劇？我們的測試目的和方法發現高通芯片組音頻系統的缺陷，當然不是我們測試的目的，我們也沒有如此神通能無緣無故發現芯片級的設計缺陷。從2010年，Soomal進行耳機放大器、聲卡等測試以來，我們一直堅持使用一套固定的測試方法，對測試對象的信號輸出能力進行客觀分析測試。這套測試方法，雖然不能完全判斷它的系統是否足夠優秀，但對於系統缺陷的判斷則從原理、過程、客觀結果來說是準確無誤。大家可以簡單的理解，如果與我們測試的20Hz-20KHz頻率掃描信號的光譜圖發生重大偏差，它的系統一定存在問題，聲音表現不可能好，而至於問題嚴重性，是如何造成的，同樣可以通過一些特徵來分析。當我們測試第一款、甚至到第三款高通芯片組手機時，都並沒有確定它的問題所在，但通過Windows Phone 7、Windows Mobile系統，我們最終確定了結論。當然，我們發現問題，並不是要打擊高通，和使用高通芯片的手機，我們只是提出問題，並幸運的找到了問題出現的原因。作爲高通來說，修正這個缺陷並沒有太大難度。爲了更好閱讀文章，我們我們接下來再次講解一下頻率掃描光譜圖的閱讀方法。![]()
頻率掃描測試標準信號-20Hz-20KHz如圖所示，大家看到一張分爲上下兩部分[代表左右聲道的兩條具有一定角度的直線，它存在於一個橫座標爲時間縱座標爲頻率的二維座標空間內。它表示的是，一個標準測試信號的光頻譜分析圖。它是一個從20Hz-20KHz頻率範圍內的正弦波掃描圖，我們設置整個過程的時間爲10秒。而光的強度，代表了信號的強度。由於，大家看到這張圖是我們生成的標準信號，所以大家發現只有兩條光亮的直線，而沒有其他弱信號出現，而且大家注意，它的背景是非常黑的，這代表整個頻率範圍內，噪聲非常非常小。![]()
Apple蘋果iPodClassic1代80G-頻率掃描
再來看另一張圖，這是來自於iPod Classic的播放以上測試信號我們錄製得到的結果分析圖。與原信號相比，它出現了與主信號不同斜率的直線，這是諧波，但大家觀察它的顏色，偏淡藍色，說明信號強度很弱。而對比原始信號還發現，座標低頻部分會出現一些頻率很低的淡紅色噪聲。大家還可以在我們測試過的MP3播放器、耳機放大器等文章中看到比iPod Classic強度稍大一些的諧波分佈，但都在可接受範圍內。明白了我們的測試方法，我們來看看高通芯片組的表現。我們的測試，使用專業級聲卡錄入的形式，並使用RMAA軟件測試和頻率掃描信號光譜分析兩種分析方式進行測試。在這裏，我們不一一列舉RMAA的測試成績，大家可以參考每一款手機的音質測評報告，而我們列舉的是所有我們測試過高通芯片組的頻率光譜分析圖。由於圖片縮放變得較小，我們放大其中一張來說明它們的特徵。需要大家注意的是，這些測試均在16bit 44.1KHz規格下完成。 ![]()
Qualcomm高通芯片音頻子系統頻率掃描光譜圖![]()
HTCDesireHD[T-MobileG10]智能手機-頻率掃描從圖片很容易發現，高通所有芯片的噪聲都擁有同樣特殊的分佈規律，這種規律在便攜播放器、聲卡、耳放等我們測試過所有產品中從來沒有出現過。這種規律，主要表現在它會出現與主信號平行的噪聲分佈，且噪聲強度較強，在中高頻部分噪聲分佈也開始雜亂。我們最初並不能確定，這是Android的問題，或是高通的問題。直到我們進行以下兩個測試。第一，我們發現在Android系統下測試44.1KHz信號的Tegra2、AML8706等芯片的機器結果與高通芯片沒有任何相似之處；第二，來自於“神機”HTC HD2在Windows Phone 7和WindowsMobile6.5下的測試。![]()
HTCHD2WindowsPhone7-頻率掃描@16bit48KHzMP3![]()
[email protected]頻率掃描@16bit48KHz這裏看到的測試圖，與上兩張的測試環境不同，但與上圖中某個測試環境相同。它是HTC HD2手機在Windows Phone 7系統下，播放16bit 48KHz測試信號時的結果。同樣是HD2手機的QSD8250芯片，但高通芯片存在特有的噪聲分佈消失了。我們看到一張非常正常的頻率掃描光譜圖。原因非常明顯，高通芯片在硬件部分存在44.1KHz的src問題。如果大家還信不過HD2是因爲破解運行的Windows Phone 7，那就看看HD2在原生系統Windows Mobile 6.5下的表現，結果和Windows Phone 7一致。
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高通音頻子系統於Android2.3的src示意圖![]()
高通音頻子系統@Android2.2[和更低版本的src示意圖大家也許已經發現問題是如何發生的。從工作流程圖來看，系統中軟件播放節目源，將信號轉交操作系統驅動層，操作系統輸出後，轉交硬件部分最後輸出。在高通芯片組的Android手機中，Android系統如果遇到48KHz信號，會發生強制src到44.1KHz，而後交給高通芯片，高通芯片硬件遇到44.1KHz信號，再強制src到48KHz輸出。這是最悲慘的過程。當你播放一段視頻時，大多會遇到這樣的情況，因爲目前視頻中音軌多數使用48KHz的採樣標準。另一種情況是，軟件播放的節目源爲44.1KHz，Android支持，自然沒有問題，但高通芯片硬件層不支持，它還是要強制src至48KHz輸出。所以，就看到了我們提供的那張測試“全家福”的慘劇。![]()
HTCDesireHD[T-MobileG10]智能手機-頻率掃描@16bit48KHz無論是Android操作系統強制src或是高通芯片強制src，都會帶來明顯的信號損失和大量噪聲產生。而Android的src問題顯然要比高通更爲嚴重，但高通芯片不支持44.1KHz輸出，發生的強制src，雖然從src過程來看遠好於Android操作系統軟件所做的，但仍是明顯缺陷和不足。作爲一款如此多移動設備使用的芯片組，竟然無法支持最常見的音樂製品採用的44.1KHz的標準，並採用src的方式提供支持，實在有些說不過去。而所有的44.1KHz信號都要通過src後來輸出，這是需要通過處理器計算完成的，必定增加芯片耗電量，這種設計實在是出力不討好。也許高通芯片組，本以爲自己的優勢在48KHz上，那播放視頻時自然不會有問題了？可惜！在Android上高通芯片硬件是無法得到它的。高通芯片組問題影響 ![]()
Motorola摩托羅拉XT316智能手機-Qualcomm高通MSM7227 |
高通Qualcomm公司LOGO 
