评价高通芯片组 为什么苹果的硬件设计如此优雅?

姜丽瑶
导读 为什么苹果的硬件设计如此优雅独特?答案很简单,因为苹果付钱了!BusinessVibes今天公布了一份与苹果员工薪酬相关的统计表。数据来自Glass

为什么苹果的硬件设计如此优雅独特?答案很简单,因为苹果付钱了!BusinessVibes今天公布了一份与苹果员工薪酬相关的统计表。数据来自Glassdoor,由苹果员工自愿匿名披露。

在苹果的员工中,薪酬最高的员工是工业设计师,年薪为16.7万美元,其次是高级硬件工程师,年薪为13.8万美元。其他年薪10万以上的与硬件相关的职位有产品设计工程师、机械工程师、硬件工程师。

总的来说,苹果员工中,薪资排名前五的职位基本都与硬件设计和工程相关。

另外,高级软件工程师的工资比高级硬件工程师略低,而一般软件工程师的工资没有一般硬件工程师高。付给苹果硬件和工业设计专家的高薪,最终都会体现在产品上,所以我们也就不难理解为什么苹果的硬件设计如此与众不同了。

高通芯片组和安卓音频系统缺陷评估与分析

高通高通是Android智能手机上最知名的ARM架构处理器和芯片解决方案的硬件提供商,高通骁龙系列的QSD8250是第一款实现1GHz频率的ARM处理器。安卓手机中,高通的方案最常见,高通芯片组在混乱的安卓产品中兼容性相对较好。然而,在对采用高通芯片的手机进行测试后,我们发现其音频子系统存在一些缺陷。然而,这个缺陷在Android系统下被无情地放大了,只是很不幸。我们测试了包括摩托罗拉XT316[MSM7227,ARM11架构],华为U8800[MSM7230,HTC Desire Z用的是同一芯片],HTC Desire HD[MSM8255],联想音乐Pad[QSD860A],HTC Sensation[MSM8260]和一款特殊的HTC HD2[qsd 8250 WM 6.5 \ WP7 \ Android 3操作系统]在内的一系列产品。有六款手机或平板电脑采用了高通芯片。涵盖了从ARM11到骁龙全系列的所有高通芯片【不包括CDMA网络等不同手机网络制式的机型】。他们都有同样的问题。在整个高通骁龙系列中,这个问题的原因是什么?会有什么影响?为什么使用安卓系统的高通产品问题会加剧?让我们逐一分析。

我们测试的目的和方法

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,我们也没有那么神奇到无缘无故去发现芯片级的设计缺陷。从2010年Soomal测试耳机放大器和声卡开始,我们就一直坚持使用一套固定的测试方法,客观的分析测试测试对象的信号输出能力。这种测试方法,虽然不能完全判断其系统是否足够优秀,但无论从原理、过程还是客观结果来看,都是准确的。你可以简单的理解为,如果我们测试的20Hz-20KHz扫频信号的声谱图有明显的偏差,那它的系统一定有问题,声音表现不可能好。至于问题的严重性,是如何造成的,也可以通过一些特征来分析。当我们测试第一部甚至第三部高通芯片组手机时,我们没有确定问题,但通过Windows Phone 7和Windows Mobile,我们最终确定了结论。当然,当我们发现问题时,我们并不想攻击高通和使用高通芯片的手机。我们只是提出了问题,幸运地找到了问题的原因。作为高通,纠正这个缺陷并不太困难。

为了更好的阅读文章,我们再来解释一下频率扫描谱图的阅读方法。

如图,可以看到两条有一定角度的直线,分为上下两部分【代表左右声道】,存在于一个以时间为横坐标,频率为纵坐标的二维坐标空间中。它显示了标准测试信号的光谱分析图。它是20Hz-20KHz的正弦波扫描,我们把整个过程时间设置为10秒。光的强度代表信号的强度。你可以看到这张图是我们产生的标准信号,你可以发现只有两条明亮的直线,没有其他微弱的信号。而且,你可以注意到它的背景非常暗,也就是说在整个频率范围内,噪音非常非常小。

再来看另一张图。这是对iPod Classic播放上述测试信号所记录的结果的分析。与原信号相比,出现了一条与主信号斜率不同的直线,是谐波。但是我们观察它的颜色,是浅蓝色,说明信号强度很弱。对比原始信号,还发现在坐标的低频部分会出现一些低频的微红噪声。在我们测试过的MP3播放器、耳机放大器等文章中也可以看到谐波分布,比iPod Classic稍强,但都在可接受范围内。了解了我们的测试方法,让我们来看看高通芯片组的性能。如果不了解SRC,还需要参考下面这段话或者一篇文章。

假设4kHz SRC是4kHz到8kHz,那么在原来的采样点之间插入新的样本,就可以完成SRC的整数倍转换,不改变波形,也就是说这个SRC不会损害音质。但是当SRC在44.1 kHz到48kHz时,情况就不一样了,它会再次改变采样点的排列,产生新的波形。

可以看出,最终波形的纵轴对应于波的能量值,这意味着波的信号强度变弱,出现衰减。这个例子可以说明非整数倍的频率转换会改变波形,而且改变是不可避免的。好的算法可以尽量保证转换后的波形和转换前的波形相似,但是好的算法很少。现有的声卡SRC算法大部分都很烂。就像上面的例子,高频衰减是SRC造成的,SRC还会导致一些其他的问题,比如互调失真增加。总之非整数倍的SRC要尽量避免,这也是声卡发烧友关注SRC的原因。

高通芯片组客观测试分析

我们的测试采用专业声卡输入的形式,并使用RMAA软件测试和频率扫描信号频谱分析进行测试。在这里,我们不一一列举RMAA的测试结果。你可以参考每款手机的音质评测报告,我们列出了所有我们测试过的高通芯片组的频谱分析图。随着图片比例变小,我们放大其中一张来说明它们的特点。需要注意的是,这些测试都是在16位44.1 kHz规格下完成的。

从图中很容易发现,所有高通芯片的噪声都有相同的特殊分布规律,这在我们测试过的所有产品中从未出现过,比如便携式播放器、声卡、功放等。这个规律主要表现在会出现平行于主信号的噪声分布,而且噪声强度强,中高频部分的噪声分布也会开始混乱。起初,我们不确定这是安卓的问题还是高通的问题。直到我们完成以下两项测试。首先,我们发现在Android系统下测试的Tegra2、AML8706等44.1KHz信号的芯片的机器结果与高通芯片并不相似。其次,来自于HTC HD2在Windows Phone 7和Windows Mobile6.5下的测试。

这里的测试图与前两张图中的测试环境不同,但与上图中的其中一个测试环境相同。是HTC HD2手机在Windows Phone 7系统下播放16bit 48KHz测试信号的结果。是HD2手机同样的QSD8250芯片,但是高通芯片特有的噪声分布消失了。我们看到一个非常正常的频率扫描谱图。原因很明显。高通芯片硬件存在44.1KHz SRC问题。如果你还不能相信HD2是因为破解了正在运行的Windows Phone 7,那么看看HD2在原生系统Windows Mobile 6.5下的表现,结果与Windows Phone 7一致。可能有人会问,为什么不在Android系统下测试48KHz信号?因为安卓系统有一个48KHz的SRC问题。

您可能已经发现了问题是如何发生的。从工作流程图来看,系统中的软件播放程序源,将信号传递给操作系统的驱动层。操作系统输出后,将其传输到硬件部分进行最终输出。在高通芯片组的安卓手机中,如果安卓系统遇到48KHz信号,会强制SRC到44.1KHz,然后给高通芯片。当高通芯片硬件遇到44.1KHz信号时,会强制SRC以48KHz输出。这是最悲惨的过程。在播放视频的时候,你会经常遇到这种情况,因为目前视频中的大部分音轨使用的是48KHz的采样标准。另一种情况,软件播放的节目源是44.1KHz,Android支持。自然没有问题,但是高通芯片的硬件层不支持。它仍然需要强制SRC输出到48KHz。于是,我看到了我们提供的测试“全家福”的悲剧。

无论是安卓操作系统强制SRC,还是高通芯片强制SRC,都会带来明显的信号损失和大量噪音。Android的SRC问题明显比高通严重,但高通的芯片不支持44.1KHz输出。SRC工艺虽然远优于Android操作系统软件,但还是有明显的缺陷和不足。作为一款被这么多移动设备使用的芯片组,竟然不能支持最常见的音乐产品所采用的44.1KHz标准,而且是SRC支持的,这真的很不合理。所有44.1KHz的信号后期都要通过SRC输出,需要处理器计算,肯定会增加芯片的功耗。这样的设计真是吃力不讨好。也许高通芯片组认为它的优势在48KHz,所以播放视频不会有问题?太可惜了!高通芯片硬件在安卓上拿不到。

高通芯片组问题的影响

从高通芯片组的设计来看,可能高通意识到了支持44.1KHz规格的重要性【大多数人都会意识到】,但是选择了错误的方案。硬件上用SRC来实现,不仅消耗处理器资源,而且得不到足够好的声音。在Android系统支持的48KHz,是SRC到44.1KHz,所以无论芯片节能还是输出质量,高通都应该改变这种方式。

从现有的采用高通芯片组的安卓手机或平板电脑来看,由于高通芯片的硬件缺陷,其声音表现还不如一个200元内性能相对较差的低端MP3播放器。与我们评测的Sigmatel STMP3770播放器相比,差距明显。但是像HTC和联想这样的旗舰机型,如果把对手定位在苹果的iPhone和iPad上,只能束手无策,很容易误伤【原本以为是乐Pad的设计问题】。

从音视频播放来看,虽然高通硬件准备充分【视频文件音轨多为48KHz】。但是Android系统会出现强制SRC的问题,这个过程造成的信号恶化程度非常明显,从主观听觉上比高通芯片更明显。至于那些有意打造在Android平台上的“智能电视”,比如谷歌电视、三星智能电视、海信智能电视等智能电视产品。都是基于网络和系统内播放器播放视频内容,会有好的效果?我们不确定,但不出问题的可能性很小。如果这个问题真的存在,那不就是安卓智能视频系统的致命缺陷吗?

摘要

毫无疑问,高通目前销售的所有芯片都存在音频系统缺陷。客观来说,与竞争对手相比,这种差距是比较明显的,而且由于问题出现在硬件层面,给下游的产品设计和制造带来了难以逾越的困难。原则上不仅质量差,也不利于节能。从主观听感来说,它的性能达不到入门级便携播放器的水平。Android系统和高通芯片的结合让这个问题更加严重,说明一个产品的硬件和操作系统这两个核心部件存在设计缺陷,会阻碍相关应用的开发。无论是对于高通还是安卓来说,这种错误真的不应该发生,而且长期无法修复,甚至出现在最新版本的硬件[MSM8260]和软件[安卓3.0]中,大大拖延了解决问题的时间。

虽然高通和安卓的缺陷不足以让大部分用户放弃它们而选择其他产品,但是我们也看到英伟达、TI、漫威等芯片都没有相关问题,Windows Phone 7已经准备好了。从最基本的角度来说,对于一个已经有很高利用率的功能,从设计的角度来说不应该有低能耗的解决方案;从长远来看,如果这些细节不解决,当有足够竞争力的产品出现时,肯定会造成致命的打击。

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