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Surround Sound ohne Vermittler - AMD TrueAudio

Mit dem Aufkommen der GPUs der Volcanic Islands-Reihe mit Mantle- und TrueAudio-Technologien wird die Erwähnung von AMD zunehmend im Zusammenhang mit einer Diskussion von Audioverarbeitungsthemen gesehen. Neben der Mantle-API, die zur Steigerung der Grafikleistung entwickelt wurde, umfasst die TrueAudio-Technologie eine räumliche Trennung des Klangs sowie eine Reduzierung der Prozessorlast. Das ist aber noch nicht alles.



TrueAudio Hintergrund


Der Beginn der Entwicklung der Idee eines hochwertigen Klangs in AMD-Produkten wurde 2006 von ATI gelegt, das damals noch ein autonomes Unternehmen blieb. Radeon R600-Grafikkarten erhielten UVD-Hardware-Dekodierungstechnologie, HDMI-Unterstützung und eine integrierte Soundkarte.

Der Ansatz war ein echtes Geschenk für diejenigen, die den Computer als Heim-Multimedia-System verwendeten. Eine ganze Reihe verschiedener Drähte konnte leicht durch ein einziges HDMI-Kabel ersetzt werden. Zu diesem Zweck wurden spezielle DVI-HDMI-Adapter sogar mit einigen Grafikkartenmodellen geliefert. Im Großen und Ganzen erhielten die Benutzer zu diesem Zeitpunkt ausschließlich praktische Vorteile, da Sie nicht nur zusätzliche Kabel entfernen, sondern auch eine separate Soundkarte vergessen konnten.

Die anschließende Richtungsverbesserung wurde 2008 fortgesetzt, als eine ähnliche Unterstützung für die Audioübertragung über DisplayPort verfügbar wurde. Bereits 2009 wurden Anstrengungen unternommen, um die Klangqualität dank der Unterstützung des DTS-HD Master Audio-Formats zu verbessern - Übertragung von Audiodaten mit hoher Bitrate.

Parallel dazu begann sich die AMD Eyefinity-Technologie zu verbreiten. Dank der Technologieunterstützung können mehrere Displays direkt an eine einzelne Grafikkarte angeschlossen werden. Zusammen mit der Entwicklung von Eyefinity, einer Erhöhung der Auflösungen und der Unterstützung verschiedener Multimonitor-Konfigurationen ist die Unterstützung für die Ausgabe von Mehrkanalton-DDMA (Discrete Digital Multi-Point Audio) erschienen.


War früher die Ausgabe über HDMI oder DisplayPort auf nur einen Audiostream beschränkt, können jetzt mehrere unabhängige Kanäle ausgegeben werden. Dies ist nützlich für eine bequemere Konfiguration von Multitasking und Videokonferenzen. Natürlich sieht dieser Ansatz in Spielen auch äußerst attraktiv aus.

Trotz der Modernisierung der Arbeit mit Sound ließ AMD die Idee, Hardwarelösungen mit bekannten Produkten spezialisierter Unternehmen zu entwickeln, außer Acht. Vor diesem Hintergrund blieb das Problem der berüchtigten Hardware EAX für das Spielen von dreidimensionalem Sound ungelöst. Viele Benutzer sind jedoch immer noch zufrieden mit dem Mangel an Hardwarebeschleunigung und Inhalten mit Codecs auf dem Motherboard.

Dies ist hauptsächlich auf die Veröffentlichung von Windows Vista zurückzuführen, bei der die Hardware-Verarbeitung von Sound eingestellt wurde. Beginnend mit „Vista“ und endend mit Windows 8 hat DirectSound keinen Zugriff auf den Soundkartentreiber und arbeitet im Emulationsmodus des Prozessors. Trotz der Tatsache, dass dieser Ansatz der Implementierung eines Software-Mixers einige Probleme mit Soundtreibern löste, führte dies auch zu einem Verlust der Kompatibilität mit EAX und DirectSound ( sie schrieben bereits 2011 über das Problem und seine Lösung ). Eine ganze Galaxie großer Soundfirmen, einschließlich Creative, wechselte zur Optimierung von Sound in Betriebssystemen zu OpenAL, das im Großen und Ganzen zu einer universellen Lösung geworden ist.

In dieser Gleichung aus Optimierung und Soundverarbeitung gibt es einen weiteren Nenner in Form eines Prozessors, der im Wesentlichen dafür verantwortlich ist, dem Endbenutzer die Idee des Sound-Gefolges der Spieleentwickler zu vermitteln. Der Grad der Prozessorlast ist in der folgenden Abbildung gut dargestellt, in der der Reverb-Effekt zum Sample hinzugefügt wird.



Wenn Sie eine umfangreiche Audiokomponente aus einem modernen Spiel simulieren, verzehnfacht sich die CPU-Belastung. Gleichzeitig hat der Prozessor andere Aufgaben, und durchschnittlich 10% der Ressourcen werden für die Tonverarbeitung zugewiesen. Natürlich bindet dieses Verhältnis die Hände buchstäblich an die Entwickler.

Und was passiert, wenn die GPU mit einem Signalprozessor für die Echtzeit-Audioverarbeitung ausgestattet ist? Entwickler haben vollen Zugriff auf die Technologie, die Datenverarbeitung erfolgt direkt in der GPU und hängt nicht von der Soundkarte und dem Prozessor ab. Letzteres bedeutet auch eine Steigerung der CPU-Leistung. Dies ist die Hardwarelösung, die in den Volcanic Islands-Grafikkarten implementiert wurde (verfügbar für GPUs mit GCN 1.1-Architektur). Die Technologie heißt TrueAudio.

TrueAudio-Architektur


Trotz der Tatsache, dass TrueAudio die erste programmierbare „Audio-Engine“ ist, gibt es auf dem Gebiet der Technologien zur Klangverbesserung bereits recht maßgebliche Zahlen. Um Patentkriege zu vermeiden, beauftragte AMD Tensilica und GenAudio mit der Zusammenarbeit und erhielt außerdem eine Lizenz zur Verwendung von Xtensa-Signalprozessoren. Gleichzeitig besteht eine weit verbreitete Zusammenarbeit mit Unternehmen, die an Spiele-Engines und Bibliotheken beteiligt sind.



Daher ist die Hauptfunktion von AMD TrueAudio HiFi EP Audio DSP-Kernen des oben genannten Unternehmens Tensilica gewidmet. Direkt für die Soundverarbeitung verantwortlich sind die drei Xtensa HiFi 2-Kerne und der Kern der verbesserten Xtensa HiFi EP-Logik. Letzterer ist für die Datenverarbeitung verantwortlich, trägt zur Leistungssteigerung bei und basiert auf einer 24-Bit-Architektur. Zu diesem Zweck verfügt jeder Kern über 32 Kilobyte Cache zum Speichern von Verarbeitungsanweisungen, 8 Kilobyte Scratch-Speicher und 32 Kilobyte Daten.



Außerdem verwenden Kernel Algorithmen, um Anweisungen und Algorithmen zu verwenden, um die Energiekosten zu senken. Übrigens sind die Kerne auch mit einer Multiplikations-Additions-Einheit ausgestattet, die die Leistung bei geringem Stromverbrauch im DTS Master Audio-Decoder steigern soll. Die Logik der eigenen Produktion kann bis zu 64 Megabyte Grafikkartenspeicher verwenden. Das oben erwähnte Merkmal in Form einer Nichtbelastung der CPU ist mit einer eingebauten DMA-Engine verbunden, die mit 384 Kilobyte internem Speicher interagiert.



Über TrueAudio übertragener Ton kann nicht nur über HDMI und DisplayPort ausgegeben werden, sondern auch über USB, eine 3,5-mm-Audiobuchse und sogar über einen in die Systemplatine integrierten Codec.

Positionsgeräusch


Die Verwendung der oben genannten Architektur ermöglicht es Ihnen, 3D-Surround-Sound zu erstellen und den sogenannten "Positions-Sound" zu erzielen. Unter ähnlichen Beschreibungen haben wir seit langem bekannte Systeme wie DTS und Dolby. AMD TrueSound ist jedoch als eine Lösung positioniert, die sich von den aufgeführten Technologien unterscheidet. Die Unterschiede liegen in der Tatsache, dass für dasselbe Dolby Digital mehrere Kanäle sowie alle Schallquellen in einer Ebene verwendet werden und der Präsenz-Effekt durch die Illusion von sich bewegendem Schall in dieser Ebene erzielt wird. Die RealSpace 3D-

Technologie bewegt sich in eine ähnliche Richtung wie AMD TrueSoundvon VisiSonics, das übrigens auch für Spiele und virtuelle Realität konzipiert ist. Das Gemeinsame an Technologien ist, dass sie die räumliche Trennung von Quellen und die Modellierung von Schall sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene ermöglichen.



AMD verwendet die AstroSound-Technologie aus dem oben genannten GenAudio-Studio, um Positionssound zu erzeugen. Die Technologie ist ein Block von Algorithmen, der in einigen DSPs als Plugin verwendet wird. Die Bibliothek ist nicht nur für alle gängigen Betriebssysteme verfügbar, einschließlich mobiler, sondern auch mit verschiedener Hardware kompatibel. Die Schallmodellierung erfolgt in der horizontalen Ebene von 0 bis 359 Grad und in der vertikalen Ebene von -90 bis 90 Grad. Die Surround-Sound-Ausgabe kann sowohl über Mehrkanalkonfigurationen als auch über Kopfhörer oder zwei Lautsprecher erfolgen.



Darüber hinaus unterstützt AMD TrueAudio den Convolution Reverb Reverb, den das Unternehmen mit der „Weltraumfotografie“ vergleicht. Reverb basiert auf vorbereiteten Aufzeichnungen in verschiedenen Räumen.

Auf diese Weise kann TrueAudio in Verbindung mit Convolution Reverb mehr als 100 Streams in Echtzeit verarbeiten und verarbeiten und in jedem Raum Positionssound liefern. Die Besonderheit der Verwendung von Hall im Kontext von TrueAudio besteht darin, dass durch seine Unterstützung der Prozessor nicht geladen wird, was das Hauptproblem bei der Implementierung war.

Fazit


Ein wesentliches Merkmal von AMD TrueAudio ist, dass zusätzlich zur entsprechenden Hardware (Grafikkarten auf Basis von Prozessoren mit GCN 1.1-Architektur) Produkte mit technologischer Unterstützung benötigt werden.

Das erste TrueAudio-fähige Spiel war Thief, das Hall-Effekte unterstützt. Es ist bemerkenswert, dass alle anderen Audiokanäle weiterhin von der CPU verarbeitet werden und der Prozessor aufgrund der Unterstützung von Convolution Reverb entladen wird.

Ein weiteres TrueAudio-Beispielprodukt ist die von GenAudio und Oculus VR erstellte Demo-Anwendung für die Toskana. In diesem Fall wird die AstroundSound-Erweiterung verwendet, um die Schallquellen räumlich zu trennen.

AMD TrueAudio verdient Aufmerksamkeit nicht nur, weil es eine der ersten seit langem verfügbaren Lösungen zur Verbesserung des Klangs ist, sondern auch wegen der Möglichkeit, den Audiopegel auf einem PC dramatisch zu ändern. Darüber hinaus verfügen PlayStation 4 und Xbox One über AMD-APUs und basieren auf der x86-Architektur. Daher kann AMD TrueAudio bald auch auf die Konsole portiert werden. Es bleibt nur noch auf die vollständige Implementierung von Technologien in Produkten für virtuelle Realität und frische Spiele zu warten.

Source: https://habr.com/ru/post/de396527/

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