声卡入门·声卡的基本工作流程

天地Music

从存储器上的二进制文件，到声卡发出声音，这其中有一个数据流动转换的过程。不管声卡的界面是PCI还是PCI-E，或者是USB的，它们的工作流程基本一样。本篇着重讲讲声卡的工作流程。
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, I: y/ ?) r4 M0 H* Y. @模拟输出

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- h! [  ]: g' D                       声卡模拟输出流程示意图

3 p8 z7 z- c: l4 {! Q模拟在港台称为类比。模拟输出是我们使用得最多的输出方式，相比数字输出方式，它无需外接任何解码设备就能完成声音的输出。系统通过系统总线（例如PCI）传送数据到主芯片（I/O控制器或者音频控制器），然后输出数字信号到Codec或者DAC进行数字信号到模拟的转换，再通过声卡上的模拟输出插座输出。
整个过程为，总线->主芯片->Codec或DAC->输出。在最后一个环节，会有运放参与其中的工作，对信号进行放大，但这个环节，并不是一定需要的。
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# X3 X# ?1 `) L! E! k8 T6 A数字输出

. r! {8 v) v' ]6 b: S# |                    声卡数字输出示意图

相对模拟输出方式，数字输出少了一个数字信号到模拟的转换过程，直接由声卡的光纤或者同轴输出端子和外置DAC通讯，数字模拟信号的转换过程交给了外置组件。
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模拟输入
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6 L1 G% {5 S0 [  i$ J% ?                             声卡模拟输入流程示意图
6 w) t" l8 ^3 y  x# b2 t插上麦克风录歌就是一种单纯的模拟信号输入的过程。在这个过程中，Codec和在输出的任务不一样，而是完全相反的，麦克风只能提供模拟信号，要被主芯片接受必须经过模拟信号到数字信号的转换，这个转换过程被称为ADC（注：ADC在用于硬件名称时，是指的模拟数字信号转换器），主芯片接受信号后传递给系统总线。Codec在此流程中担当的工作也可被专用的ADC芯片取代。
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数字输入
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; K7 h4 V7 Y, Q) F0 c* Z! n              声卡数字输入流程示意图
- ~* J* w- {6 t1 @6 r: C( s7 b例如要录取MD的音乐节目，就需要使用到数字输入方式。在某些录音棚中，会有外置的ADC与声卡相连，此时录音，声卡也需要用到数字输入方式。数字输入的流程很简单，将输入的信号变成文件保存，其关键流程就是经过主芯片的转换并传送到系统总线。
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回放方式
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                声卡回路方式的流程示意图

4 v4 D) }) a0 n7 _使用一根双3.5mm头的线材将声卡的模拟输出和模拟输入(Line in)连接起来的方式被成为回路，主要用于测试声卡的一些指标，可以看成是模拟输出加模拟输入的流程集合，这种方式不具备实用价值，除了测试之外没有人会这么用。这种流程太长，双3.5mm头的线材的质量会严重影响测试结果，其实很难测试到声卡的真实表现。
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4 d- M. r1 c) H4 V3 E$ ]内录

. v  n: w5 j' D8 d( c( }声卡内录方式的流程示意图
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捕捉当前播放的数字信号的过程通常被成为内录，内录常常使用于测试，用于检测声卡的数字信号处理质量相当好用。在日常应用中，也可能用到内录，例如你录制实时播放的数字电台节目，就需要用到内录。


USB声卡的模拟输出
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USB声卡模拟输出示意图

$ g2 p7 w5 F. h5 `# B  n2 ]' d0 Z其实与内置声卡相比，外置的USB声卡在模拟输出时，其工作流程也大同小异，只不过是总线由PCI或者PCI-E变成了USB，其他流程完全一致。同样是经过主芯片到Codec或DAC后输出。也有少量的火线声卡，其工作方式同样与内置声卡相似，总线不同罢了。
以上讲述的几个例子都是基本的流程，在不同的主芯片内部，进行数据处理时，其内部流程也会有所不同。
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主芯片内部的流程
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  u! p4 {" d& P* {6 k音频加速器和纯I/O控制器的工作流程对比示意图

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在《声卡入门·2009版 元件篇·认识主芯片》[作者: 夏昆冈 ] 一文中我们说到，主芯片又分音频加速器和I/O控制器两类，音频加速器集成了I/O控制器和DSP，这也导致了它们内部的信号流程会有所不同。I/O控制器很简单，就是输出和输出，而音频处理器的内部流程可能更为复杂，信号可能经过内部的DSP，也可能不经过，这需要看不同场合下声卡驱动的设定。在很多时候，不能依靠简单的硬件来区别其工作流程，因为软件可以让CPU来模拟DSP的工作，即便使用的是基于纯I/O控制器的声卡，它在打游戏的时候，其输出流程中一样会出现一个基于CPU模拟的DSP模块。

媒体播放器位于流程的什么位置？
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, e$ |# Q: ^# q2 k声音的输出，不能单纯依赖硬件得以实现，其中播放器是非常重要的一个环节，但这个环节，有位于整个流程的什么位置？
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9 l* k  c7 K; w4 ]! }* {0 a2 x播放器到声卡示意图
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9 s5 c; ~! D/ K$ T; h这个环节位于输入到声卡之前。播放器读取存储器上的文件，并进行解码，然后输出到设定的声卡。在这之后，声音的处理均与播放器无关。
/ e3 t( ?7 M& l- X8 @: |播放器的DSP 插件，又位于流程的什么位置？

Foobar2000音频播放器的工作流程示意图
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以Foobar2000为例，在其读入存储器文件数据后并完成解码后会直接输出，如果加载了DSP插件，就会多一次处理。假设你使用的是X-Fi声卡并开启了环境音效，使用Foobar2000也开启了某个DSP插件，此时，你听到声音，是经过2次DSP处理过的，一次处理，是对输入声卡之前的信号进行处理，即Foobar2000的DSP处理，另外一次就是来自声卡主芯片内部的处理。
流程暂且讲到这里，下一篇重点是一个与流程密切相关的环节，SRC。
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