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Som surround sem intermediários - AMD TrueAudio

Com o advento da série de GPUs das Ilhas Vulcânicas com as tecnologias Mantle e TrueAudio, a menção da AMD é cada vez mais vista no contexto de uma discussão sobre tópicos de processamento de áudio. Juntamente com a API Mantle em termos de importância, projetada para aumentar o desempenho gráfico, a tecnologia TrueAudio envolve separação espacial do som, além de reduzir a carga no processador. Mas isso não é tudo.



Fundo TrueAudio


O início do desenvolvimento da idéia de som de qualidade nos produtos AMD foi lançado em 2006 pela ATI, que continuava sendo uma corporação autônoma. As placas gráficas Radeon R600 receberam tecnologia de decodificação de hardware UVD, suporte HDMI e uma placa de som integrada.

A abordagem foi um presente real para aqueles que usaram o computador como um sistema multimídia doméstico. Um monte de fios diferentes foram facilmente substituídos por um único cabo HDMI. Para fazer isso, adaptadores DVI-HDMI especiais foram fornecidos com alguns modelos de placa de vídeo. De modo geral, nesta fase, os usuários recebiam benefícios exclusivamente práticos, pois além de se livrar de fios extras, era possível esquecer uma placa de som separada.

A melhoria subsequente na direção continuou em 2008, quando um suporte semelhante à transmissão de áudio ficou disponível através do DisplayPort. Então, já em 2009, foram dedicados esforços para melhorar a qualidade do som graças ao suporte do formato DTS-HD Master Audio - transmissão de dados de áudio em alta taxa de bits.

Paralelamente, a tecnologia AMD Eyefinity começou a se espalhar. O suporte tecnológico permite que vários monitores sejam conectados diretamente a uma única placa gráfica. Juntamente com o desenvolvimento do Eyefinity, um aumento nas resoluções e suporte para várias configurações de múltiplos monitores, suporte para a saída de som multicanal DDMA (Discrete Digital Multi-Point Audio).


Se anteriormente a saída via HDMI ou DisplayPort estava limitada a apenas um fluxo de áudio, agora é possível emitir vários canais independentes. Isso se tornou útil para uma configuração mais conveniente de multitarefa e videoconferência. Obviamente, nos jogos, essa abordagem também parece extremamente atraente.

Apesar da modernização do trabalho com som, a AMD deixou de lado a idéia de desenvolver soluções de hardware usando produtos conhecidos de empresas especializadas. Neste contexto, o problema do notório hardware EAX para som tridimensional para jogos permaneceu sem solução. No entanto, muitos usuários ainda estão satisfeitos com a falta de aceleração de hardware, conteúdo com codecs na placa-mãe.

Isso se deve em grande parte ao lançamento do Windows Vista, onde o processamento de som do hardware foi deixado de lado. Começando com “Vista” e terminando com o Windows 8, o DirectSound não tem acesso ao driver da placa de som e funciona no modo de emulação no processador. Apesar de essa abordagem de implementação de um mixer de software ter resolvido alguns problemas com drivers de som, também levou a uma perda de compatibilidade com EAX e DirectSound ( eles escreveram sobre o problema e sua solução em 2011). Assim, toda uma galáxia de grandes empresas de som, incluindo a Creative, para otimizar o som nos sistemas operacionais, mudou para o OpenAL, que, em geral, se tornou uma solução universal.

Nesta equação de otimização e processamento de som, existe outro denominador na forma de um processador, o qual, em essência, é responsável por fornecer a idéia da comitiva sonora dos desenvolvedores de jogos para o usuário final. O grau de carga do processador é bem demonstrado no diagrama abaixo, onde o efeito de reverberação é adicionado à amostra.



Se você simular um componente de áudio rico de um jogo moderno, a carga na CPU aumentará dez vezes. Ao mesmo tempo, o processador tem outras tarefas e uma média de 10% dos recursos são alocados para processamento de som. Obviamente, essa proporção literalmente liga as mãos aos desenvolvedores.

E o que acontecerá se a GPU estiver equipada com um processador de sinal para processamento de áudio em tempo real? Os desenvolvedores terão acesso total à tecnologia, o processamento de dados ocorrerá diretamente na GPU e não dependerá da placa de som e do processador. O último também significa um aumento no desempenho da CPU. Esta é a solução de hardware implementada nas placas de vídeo das Ilhas Vulcânicas (disponível para GPUs com arquitetura GCN 1.1) e a tecnologia é chamada TrueAudio.

Arquitetura TrueAudio


Apesar do fato de o TrueAudio ser o primeiro “mecanismo de áudio” programável, já existem números bastante oficiais no campo das tecnologias para melhorar o som. Portanto, para evitar guerras de patentes, a AMD contratou a Tensilica e a GenAudio para cooperar e também obteve uma licença para usar os processadores de sinal Xtensa. Ao mesmo tempo, existe uma ampla cooperação com empresas envolvidas em mecanismos de jogos e bibliotecas.



Portanto, o principal recurso do AMD TrueAudio é dedicado aos núcleos HiFi EP Audio DSP da empresa Tensilica acima mencionada. Os responsáveis ​​diretos pelo processamento do som são os três núcleos Xtensa HiFi 2 e o núcleo da lógica aprimorada do Xtensa HiFi EP. O último é responsável pelo processamento de dados, contribui para o aumento do desempenho da memória e é construído em uma arquitetura de 24 bits. Para fazer isso, cada núcleo possui 32 kilobytes de cache para armazenar instruções de processamento, 8 kilobytes de memória Scratch e 32 kilobytes para dados.



Além disso, os kernels usam algoritmos para usar instruções e algoritmos para reduzir os custos de energia. A propósito, os núcleos também são equipados com uma unidade de adição de multiplicação, projetada para aumentar o desempenho com baixo consumo de energia no decodificador DTS Master Audio. A lógica de sua própria produção é capaz de usar até 64 megabytes de memória da placa de vídeo. O recurso mencionado acima na forma de nenhuma carga na CPU está associado a um mecanismo DMA interno que interage com 384 kilobytes de memória interna.



O som transmitido através do TrueAudio pode ser produzido não apenas via HDMI e DisplayPort, mas também via USB, uma tomada de áudio de 3,5 mm e até mesmo através de um codec integrado na placa do sistema.

Som posicional


O uso da arquitetura acima permite criar som surround 3D, além de obter o chamado "som posicional". Sob descrições semelhantes, conhecemos sistemas há muito tempo, como DTS e Dolby. No entanto, o AMD TrueSound está posicionado como uma solução diferente das tecnologias listadas. As diferenças estão no fato de que o mesmo Dolby Digital envolve o uso de vários canais, bem como de todas as fontes de som em um plano, e o efeito de presença é fornecido pela ilusão de som em movimento nesse plano. A

tecnologia RealSpace 3D está se movendo em uma direção semelhante ao AMD TrueSoundda VisiSonics, que, aliás, também é projetada para jogos e realidade virtual. O comum das tecnologias é que elas proporcionam a separação espacial das fontes e a modelagem do som nos planos horizontal e vertical.



A AMD usa a tecnologia AstroSound do mencionado estúdio GenAudio para criar som posicional. A tecnologia é um bloco de algoritmos usado como plug-in em alguns DSPs. A biblioteca não está disponível apenas para todos os sistemas operacionais populares, incluindo os móveis, mas também é compatível com vários hardwares. A modelagem de som ocorre de 0 a 359 graus no plano horizontal e de -90 a 90 graus no plano vertical. A saída de som surround pode ser realizada através de configurações multicanais e através de fones de ouvido ou dois alto-falantes.



Além disso, o AMD TrueAudio suporta o reverb Convolution Reverb, que a empresa compara com a “fotografia espacial”. O reverb é baseado em registros pré-preparados em vários espaços.

Como resultado, o TrueAudio, juntamente com o Convolution Reverb, é capaz de trabalhar e processar mais de 100 fluxos em tempo real e fornecer som posicional em qualquer espaço. A peculiaridade de usar reverb no contexto do TrueAudio é que seu suporte não carregará o processador, que foi o principal problema de implementação.

Conclusão


Um dos principais recursos do AMD TrueAudio é que, além do hardware correspondente (placas de vídeo baseadas em processadores com arquitetura GCN 1.1), são necessários produtos com suporte de tecnologia.

O primeiro jogo habilitado para TrueAudio foi Thief, que suporta efeitos de reverberação. Vale ressaltar que todos os outros canais de áudio ainda são processados ​​pela CPU e o processador é descarregado devido ao suporte do Convolution Reverb.

Outro produto de exemplo TrueAudio é o aplicativo de demonstração Tuscany , criado por GenAudio e Oculus VR. Nesse caso, a extensão AstroundSound é usada para separar espacialmente as fontes de som.

O AMD TrueAudio merece atenção não apenas porque é uma das primeiras soluções de longa data para melhorar o som, mas também pela possibilidade de alterar drasticamente o nível de áudio em um PC. Além disso, o PlayStation 4 e o Xbox One possuem APUs AMD e são construídos sobre a arquitetura x86, o que significa que o AMD TrueAudio também poderá ser portado em breve para o console. Resta apenas aguardar a plena implementação de tecnologias em produtos para realidade virtual e jogos novos.

Source: https://habr.com/ru/post/pt396527/

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