Настоящее аудио. Обзор технологии AMD TrueAudio

Как вы знаете, в рамках мероприятия AMD GPU ‘14 Tech Day, прошедшего в конце сентября на Гавайях, компания AMD представила новые графические ускорители поколения Volcanic Islands. Мероприятие было особенно интересно потому, что Volcanic Islands — первое крупное обновление архитектуры графических процессоров AMD с 2011 года! И даже несмотря на значительность «графической» составляющей анонса, большую часть времени представители американской компании посвятили одной из новых фишек чипов — технологии обработки звука AMD TrueAudio.

Технология TrueAudio — отнюдь не первое «звуковое» нововведение в графических процессорах AMD. Так, в 2006 году видеокарты ATI Radeon HD 2000 «научились» передавать звук с помощью интерфейса HDMI посредством встроенного HD аудиоконтроллера. В 2008 году графические карты ATI Radeon HD 3600 первыми получили поддержку передачи аудиоданных через интерфейс DisplayPort, а в 2009 году в видеокартах ATI Radeon HD 5800 появилась поддержка передачи звука с высоким битрейтом через HDMI.

Что касается графических процессоров AMD Radeon HD 7900, то они обзавелись поддержкой дискретного цифрового многоканального аудио первого поколения. Одним словом, AMD всегда уделяла внимание работе со звуком.

Настоящее аудио

По словам представителей AMD, технология TrueAudio создана для звуковых инженеров, которые с ее помощью смогут вывести реалистичность и в целом качество аудио на новый уровень. К слову, видеокарты Volcanic Islands стали первыми в истории GPU с программируемым аудиодвижком. Технология поддерживается только на видеоадаптерах AMD Radeon R9 290X, R9 290 и R7 260X — решение с индексом R7 250 TrueAudio не поддерживает. По мнению AMD, TrueAudio способна изменить игровой звук так же, как в свое время применение шейдеров изменило графику.

Тем не менее, AMD не стремится навязать конкуренцию существующим «звуковым» решениям от сторонних компаний (например, Creative Labs): TrueAudio является лишь приятным дополнением к ним, но никак не самостоятельным продуктом. Заявление довольно сомнительно, учитывая, что в то же самое время представители американской компании подчеркивают преимущества TrueAudio при использовании позиционированного звука через видеокарты Volcanic Islands.

«Наша технология — это дополнение к существующим звуковым картам. Хотите — верьте, хотите — нет, но в настоящее время на рынке очень много различных звуковых решений. TrueAudio работает с ними и улучшает их», — говорит Ритч Корпас, директор AMD по вопросам софтверных альянсов и связям с разработчиками.

Звук: консоли против ПК

Ситуация со звуком в версиях игр для ПК довольно неоднозначна. Во-первых, уже довольно долгое время аудио не было одним из приоритетных направлений при разработке игр. По причине более простой реализации выбор разработчиков пал на оптимизацию звуковых данных вместо обработки аудио в реальном времени. К тому же архитектуры ПК не обладают такими широкими возможностями в плане аудио, как консоли, поэтому мы слышим более «богатый» звук в консольных версиях игр.

В случае с ПК обработкой аудиоданных занимается CPU, который помимо этого имеет множество других задач. В итоге складывается ситуация, при которой лишь 10% возможностей CPU отводится под работу со звуком. Учитывая, что производительность CPU крайне важна для обработки звука в реальном времени, уже не кажется странным, что на ПК такой подход к работе с аудио используется очень редко.

Во-вторых, со времен Windows Vista отсутствовало аппаратное ускорение аудио, поскольку Microsoft отключили поддержку DirectSound и DirectSound3D в целях повышения надежности звуковых драйверов. По большому счету, технология AMD TrueAudio может стать решением проблемы качественного звука на ПК. Она обеспечивает обработку звуковых данных в реальном времени на любой системе с видеоадаптером с поддержкой TrueAudio, причем вне зависимости от установленного процессора.

Архитектура AMD TrueAudio

В основе программируемого движка AMD TrueAudio лежат специализированные ядра HiFi EP Audio DSP от компании Tensilica. HiFi EP Audio DSP представляет собой улучшенный набор самой популярной логики Tensilica HiFi 2 Audio DSP. Ядро HiFi EP Audio DSP имеет 24-битную архитектуру, оптимизацию DSP для предварительной и пост-обработки голосовых данных и интеллектуальную предварительную выборку для увеличения производительности кэш-памяти. Также оно поддерживает основанную на Eclipse интегрированную среду разработки и библиотеку с более чем 100 кодеками. Среди других преимуществ HiFi EP Audio DSP стоит выделить наличие блока умножения-сложения 32x24 MAC (Multiply Accumulator) для более высокой производительности при низком энергопотреблении в lossless-декодере DTS Master Audio, а также использование различных инструкций и алгоритмов для упрощения программного кода и увеличения энергоэффективности.

Каждое из ядер HiFi EP Audio DSP в GPU имеет собственную кэш-память для инструкций объемом 32 Кбайт, кэш-память для данных объемом 32 Кбайт, а также 8 Кбайт Scratch-памяти. Среди особенностей архитектуры блока TrueAudio нужно отметить многоканальный потоковый DMA-движок с программируемыми дескрипторами и архитектурой рассеивания/сборки (Scatter-Gather). Также имеется встроенная разделяемая память объемом 384 Кбайт, причем блоки объемом 8 Кбайт могут выделяться при одновременном обращении DMA-движка и каждого и ядер DSP. Интересно, что блок TrueAudio может использовать до 64 Мбайт памяти видеокарты посредством высокопроизводительного интерфейса с низкими задержками.

Стоит отметить, что похожие процессоры DSP используется при обработке аудио на консолях. Схожесть архитектуры звуковых процессоров приведет к большей простоте портирования звука с игровых приставок на ПК. Конечно, при этом улучшится и качество аудио на настольных системах.

Работа TrueAudio в различных играх и приложениях обеспечивается через промежуточные наборы эффектов и алгоритмов: например, McDSP, GenAudio и других. Сам же доступ к технологии обеспечивается через TrueAudio API. Вывод звуковых данных осуществляется не только через 3.5-мм разъем типа Jack, но также посредством интерфейсов USB, HDMI и DisplayPort.

Виртуальное окружение

Самой важной особенностью технологии TrueAudio является возможность создания объемного звучания. До настоящего времени не существовало технологии, которая работала бы с «позиционными» данными. По этой причине было невозможно создать полноценный 3D-звук. Ради решения этой задачи компания AMD объединила свои усилия с большим игроком на рынке объемного аудио — компанией GenAudio. Для создания 3D-звучания в TrueAudio используется технология GenAudio AstoundSound. О ней мы и поговорим далее, однако для начала сделаем небольшое отступление.

У многих из вас может возникнуть вопрос: а как же Dolby и DTS? Ведь эти компании активно продвигали одноименные технологии объемного звука. Однако ни одну из них нельзя считать таковыми. Дело в том, что при их использовании все источники звука находятся в одной плоскости, и это не позволяет обеспечить объемное звучание. Использование нескольких каналов, как в случае с последними версиями Dolby Digital и DTS, в сравнении, например, со стереосистемой лишь улучшает эффект присутствия за счет создания иллюзии перемещения мнимого источника звука в плоскости, но не пространстве! Поэтому полностью задачу это не решает.

Проблема создания трехмерного звучания лежит в строении слухового аппарата человека. Расположение ушей по бокам головы позволяет нам хорошо распознавать звуковые сигналы, идущие в горизонтальной плоскости, хотя звуки, идущие спереди и сзади, мы различаем хуже. Также достаточно ограничено восприятие звуков в вертикальной плоскости. Кроме того, строение нашего туловища и головы тоже влияет на то, что мы слышим, поскольку тело является препятствием на пути распространения звуковых волн. А это значительно усложняет вопрос построения объемного звука.

Что касается «обработки» звука человеком, то этот процесс происходит следующим образом. Звуковой сигнал «принимается» барабанной перепонкой, а затем мозг обрабатывает данный сигнал, определяя местоположение источника звука. Данный принцип и взят за основу технологий построения 3D-звука.

Вообще, суть таких технологий заключается в том, что, используя алгоритмы фильтрации, основанные на изменении амплитуды и частоты звукового сигнала, можно создать объемное звучание, а именно заставить мозг считать, что обрабатываемые звуковые сигналы идут от источников в трехмерном пространстве. Технологии могут реализовываться посредством как наушников, так и колонок, хотя в обоих случаях есть свои нюансы.

В случае с AstoundSound происходит моделирование звука около слушателя как в горизонтальной плоскости (от 0 до 359 градусов), так и в вертикальной (от -90 до 90 градусов). Изначально AstoundSound была создана как программное решение. Технология представляет собой высоко оптимизированный набор C/C++ программного обеспечения для процессоров DSP. Данная библиотека доступна для всех основных ОС: Windows, Mac OS, iOS, Linux и Android. Технология совместима с любым аппаратным обеспечением. Вывод объемного звука с помощью AstoundSound осуществляется через два динамика, но также поддерживаются многоканальные системы.

Интересно, что многоканальный контент может быть воспроизведен через системы с меньшим количеством каналов. Например, аудио, созданное для систем формата 7.1, будет звучать почти так же на решении с формулой 5.1. Кроме того, что AstoundSound используется в некоторых процессорах DSP, технологию можно встретить в виде плагинов. Таковым, например, является Wwise. Но самое важное, что движок AMD TrueAudio сможет раскрыть весь потенциал технологии AstoundSound на ПК.

Еще одной интересной особенностью TrueAudio является поддержка высококачественной реверберации под названием Convolution Reverb. Convolution Reverb представляет собой реверберацию в различных пространствах, основанную на заранее заготовленных записях. Как говорят инженеры AMD, это «почти фотография того пространства, которое вы пытаетесь воссоздать».

Главное преимущество Convolution Reverb заключается в том, что она обеспечивает качественное объемное звучанию в любом пространстве вне зависимости от пресетов. Прежде мало кто решался использовать реверберацию: данный эффект очень требователен к аппаратной части, и 10% ресурсов центрального процессора не могли справиться с поставленной задачей. С выходом TrueAudio ситуация должна в корне измениться. По словам представителей AMD, движок сможет самостоятельно обрабатывать более 100 отдельных аудиопотоков в режиме реального времени.

Когда?

Ожидать появления технологии AMD TrueAudio в играх осталось совсем недолго. В феврале 2014 года должно увидеть свет продолжение культовой серии в жанре Action под названием Thief. Игры серии известны своей атмосферностью, поэтому при должном внимании со стороны разработчиков Thief, компании Eidos Montreal, TrueAudio может проявить себя с самой лучшей стороны.

Чуть позже выйдут другие игры с поддержкой TrueAudio: RPG Lichdom на движке CryEngine 3 от компании Xaviant, космический симулятор Star Citizen от разработчиков из Cloud Imperium Games и игра в стиле Adventure под названием Murdered Soul Suspect от Airtight Games. Однако будьте уверены: в самое ближайшее время список игр с поддержкой технологии TrueAudio значительно расширится.

Заключение

Безусловно, AMD TrueAudio — очень интересная технология. И не только потому, что с ее помощью аудио на ПК может выйти на качественно новый уровень, но также потому, что это первое значительное «звуковое» нововведение за долгое время. По большому счету, AMD бросила вызов своим конкурентам. Теперь мы будем с интересом наблюдать, последует ли мгновенный ответ со стороны NVIDIA или «зеленые» предпочтут занять выжидающую позицию. У NVIDIA есть одна очень важная причина для ожидания: пока еще неясно, заинтересуются ли разработчики технологией TrueAudio и смогут ли ее эффективно использовать. Однако то, что в «застоявшейся» сфере обработки звука уже происходят какие-то качественные изменения, уже не может не радовать.