资深玩家分享心得 车用无损音频播放器应如何设计

- z; T8 x, C- i2 ~1 t  r4 t* K! @0 m    这两年，得益于内建DoP对应的192kHz/24bit DAC芯片的大量量产，DSD数字音乐档案透过USB或者以太网传输越来越廉价，无损音频播放器如雨后春笋一样，在市场上扎根、壮大。这当中，高端的诸如Linn，宣布放弃家用cd机的研发生产，全力主攻数码音频播放；中低端的市场俨然成了国产播放器的主战场，既有家用的一体播放机，也有便携的小型机，价格涵盖了几百到一万多元的区间，争持相当激烈。加上本身已存在多年的PC-HiFi，还有苹果这个异类平台，无损音频播放终于进入寻常百姓家了。

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    然而，当我们希望把现下的无损音频播放方式移植到车上，或者更直接的，我们希望在车上简单、有效、高质量的回放我们收集到的各种无损音频文件（如Wav、Ape、Acc、Flac等）时，撇开RCA接口或功率输出与车用要求完全不符的“死症”，我们还是会发觉每一种方式都有着它们固有的先天性的弊端：
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    1、家用式的播放器，这里根本不用展开，供电方式完全不一样；

) @" v& u# n: ~5 L; E$ e9 V1 N+ Z    2、便携式播放器如七彩虹C4、QLS QA-550、Iriver AK-120等，都有数字输出，续航能力也绝对够用，作为无损音频播放器接在车上是目前比较流行的做法，优点是携带方便，音质有保证，缺点是屏幕太小，操作不便，行车时操作非常危险（这当中尤以C4为甚）；

    3、苹果IPAD及IPAD Mini为首的平板电脑，屏幕够大，操作也比较简单、方便，本来也应该是无损音频播放器的首选（我甚至曾经在Mini问世时在论坛里发起讨论帖：《讨论下ipad mini作为数字转盘的可能性。。》），但奈何最大64G（实际根本没有那么多）的容量，根本装不了几个专辑，且苹果的唯一接口如果用作数字输出，更加很难做容量扩展；
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    4、PC-HiFi移植方案一：使用笔记本+带数字接口的USB声卡，供电、接口的问题解决了，但上车之后笔记本放哪里？放副驾驶位意味着别人没法坐了（或者帮你一路抱着这台笔记本），放后排操作不了，放脚底下影响开车……
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/ o6 M7 L( V' M+ T    5、PC-HiFi移植方案二：装一台电脑，扔在随便什么角落，接上带数字接口的声卡，操控可以选择用平板通过远程连接操控，甚至可以通过ARM，通过原车或加装的电子屏、方向盘遥控等实现。关于这种无损音频播放模式，有个非常著名的帖子《京帮咖啡车载电脑上车作业 一期工程完工了》（by @茉茗沏妙 ）， 大家可以百度一下参考 。这个做法目前来看，算是音质与操控皆可兼顾了，但由于需要对电脑软、硬件有比较深入的认知，自己玩玩DIY过把瘾可以，还不适合大规模推广应用。

+ v' d0 F7 g$ D+ }& ^" x    6、PC-HiFi移植方案三：直接在原车2 din位装一台dvd导航大小，带显示屏的微型PC，并兼容ARM平台，这个我和@Rocky 一年多前做过尝试，最后由于时间关系中断了，现在回想，还有一大原因是windows系统在触摸屏上实在太难用（当时Win8还没问世），我们甚至想过预备一只无线鼠标，反正我俩的大腿都又肥又滑……总之，这个就算试验成功，依然属于DIY的范畴，对市场不会带来任何的正面作用；
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    7、在现今的DVD导航上加上无损音频播放功能。这个其实一些大牌子早就加了，只是在他们看来，无损音频播放=usb口+足够的格式支持，音质从来不是他们需要考虑的因素。有的大牌子DVD导航虽然提供了数字输出，但输出质量实在不敢恭维，而且bug多多，用起来平添烦恼。

* t2 J4 D& }. B. g+ E) U* L* @/ @    8、阿尔派（Alpine）将其车用数字播放器产品系列定位为“低端消费品”，格式仅仅支援MP3/AAC；先锋（Pioneer）有款名为CD-7X的“数字接口”，可以接驳USB，可以支援Wav格式，但缺乏对CUE文件的支持，更要命的是，虽然其能通过支持的主机上直接进行选歌等操作，但这些主机无一例外均是先锋的高端播放器如P01、ODR等，换句话说，这个CD-7X只能作为这些动辄过万的高端主机的“附属品”存在，完全不具备性价比。

8 D' I' h' G' p& G6 p    以上的种种“不妥”说明了他们还未能满足能让大多数车主应用上的车用无损音频播放的基本要求。那么，我所说的“基本要求”都包括什么内容呢？满足这些要求，又有多大的难度呢？

    在我看来，一台真正的车用无损音频播放器的设计，需要从三个方面去把握：In，Out，Process。
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一、In
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    这里的In有两层含义，一是指Command Input（指令输入），二是指System Embedded（系统嵌入）。
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    1、Command Input（指令输入）
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    和家用绝然不同的是，我在这里将车用无损音频播放器的指令输入作为最最基本和关键的一环，原因就是四个字“行车安全”。一般来说，我们的眼睛离开前方路面的时间超过0.4秒（大脑做出紧急反应判断的最慢时间），就有可能对安全行车造成威胁（低速的，视野开阔的环境下，这个时间可以适当放宽）；这就使得我们不可能像在“我的电脑”或者“foobar”上利用键盘输入一长串歌名去查找一首歌。那么，如何能够快速、安全、有效的从可能的海量歌曲中迅速定位到某一首歌，就是一个播放器是否真的适合放在汽车使用的分水岭。以下，是各种常见的指令输入方式的比较：

    （1）按键输入。包括主机上的按键，遥控器按钮，方向盘控制器按钮等“有形”的物理按键。其好处是熟悉之后可以就某些指令进行“盲操作”，比如上一首下一首、大小声调教、暂停、重播、随机播放等。缺点是当操作指令超过3步，效率就会急剧下降；超过8步，比如快速挑选多层目录、搜索歌曲等，基本上就会失效。一种解决方法是增加更多物理按键，或者添加更多的“快捷方式”，如长按、双按均可做出定义，但这并不能根本上解决长指令的效率问题。
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    （2）触屏输入。在触摸屏上输入指令。好处是所见即所得，操作指令越复杂，越能体现其效率。但缺点非常明显：由于不能精确定位，盲操作失误率极高。打个比方，（1）和（2）就好像以前的有按键的手机和现在的智能手机，当需要拨打电话时（本人反对开车时操作电话，只是为了举例，特此说明），如果记得号码，（1）比（2）要方便得多，盲操作就能拨出；但如果接听电话时需要查找某个号码或者录音，或者查找某条短信，则（1）是怎么也快不过（2）的。一个有效的解决办法，是利用多点触控功能，定义一些快捷键手势（如两指左右划、两指连击等），增加短指令盲操作的成功率。
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    （3）语音输入。带有语音识别功能的影音播放系统，肯定是以后的趋势。但不是现在：一是语音的识别率并不能得到保证；二是现在的高品质音频格式文件，多以整轨+cue索引文件的方式保存，对cue文件内容进行检索，专辑数量多起来，效率根本得不到保障；而且，遇到重名的怎么办？比如十段不同的钢琴协奏曲，第二乐章都叫做“Adagio”，语音输入检索就很难解决这个问题。而全部转换为单轨音频文件，为几千首歌曲都编上不同的名字以提高语音输入的准确率，则会额外牵扯掉玩家非常多的时间和精力。


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    那车用无损音频播放器，应该采取哪种指令输入方式呢？我的答案是“任君选择”。就是通过不同的配件，支持并提供尽可能多的途径，让用户自行选择、使用最适合他们的方式。如果是我自己用，我会选择遥控器的方式，但需要多加几个我觉得非常有用的方式：1、先随机后顺序播放。比如按一次按钮，播放器从众多目录中随机选择一首歌，听完之后如果没有新的指令，直接播放同专辑中下一首歌曲；2、为每一首歌建立播放台账，每播放一次计数器自动加一。然后添加两个按键，一个是最常听歌曲随机播放，另一个是最不常听歌曲随机播放，这样当听歌达到一定的积累，播放器会“学到”如何迎合玩家的口味与意图。

/ W" ~, g/ D! L8 _8 X' s/ p    2、System Embedded（系统嵌入）

    这个问题对于家用而言，同样“不是问题”：或者通过RCA接入前级或后级，或者通过数字信号线接入解码器。但车用的无损音频播放器，需要考虑的问题就多多了：当一个车主拥有了一只无损音频播放器，是该围绕这个播放器来重新打造一套汽车音响系统，还是将它通过不同的形式接入现有的系统呢？这就是System Embeded（系统嵌入）的含义。一个专门为汽车打造的无损音频播放器，设计前先要了解大部分系统嵌入方式，再选择主流的或者能体现自身价值的嵌入方式来提供音频接口。那么，目前汽车上的外部播放器接驳入现有系统的方式有多少种呢？
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    （1）FM发射形式。没有讨论的必要了。
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8 [  F- d- O$ D: q: I    （2）AUX接入原来的系统。现在包括很多原车音响在内的系统，都提供了AUX接口以接驳包括手机、平板电脑、MP3等外来音频播放器。但这种形式仍然属于比较低档的应用，丝毫体现不了无损音频文件的优势所在。
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    （3）无损音频播放器作为主播放器，AUX输出变成输入。这种与上一点相反的接法，同样是以牺牲某个音源的音质的为前提的。而且，将其作为主播放器，除了AUX端需要提供够质量的接驳模块外，指令输入与显示方式都要配套完善，无疑也必将拉高播放器的制造成本。
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    （4）一种新的想法，是无损音频播放器的功率输出与原车音响的功率输出接在一起，播放器内增加一个电压侦测的模块，一旦判断到原车音响有功率输出，马上启动静音或暂停。这种系统嵌入的方式，好处是基本不用对原车音响进行改动，而且不会受AUX传输音质大幅度劣化的影响。这种嵌入方式最大的问题是对于有独立功放的系统（如后改装的系统或原车即带有功放的系统），由于跳过了功放放大，声音差异非常大，因此这种方法只适合于原车音响（带功放除外）不做改动或只做了更换喇叭的后改装系统。
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) [0 U# h. x3 h: u/ y    （5）对于车上原本就带有解码器（如先锋ODR、阿尔派H800等）的系统，嵌入就相当简单了：直接作为数字转盘，通过数字信号传输。因此，数字接口（包括同轴和光纤）应该作为无损音频播放器的必备接口，而不是像市面上大部分主机（包括CD主机与DVD导航主机）一样，将其略去了。

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; l& y$ O: }+ f) O- z0 g! n& V7 W; W    二、Out

7 z% x. _* e. Q( W1 y    这里的Out也有两重含义，一是指Display Output（显示输出），二是指Wave Out（音频输出）。

/ e; O1 j; j9 q; v7 N    1、Display Output（显示输出）
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* V( a) J7 @9 o2 D* L( K    从字面意思就能猜到，这里是指如何将播放器的状态、内容，以及查找、设置等显示出来。家用的简单，直接在播放器上加一块屏就可以了。但车用的就需要考虑播放器的安装位置，如果装在主机位置，尚且可以通过改变中控台模具来实现不同车型的匹配；但如果播放器装在其他地方，比如手套箱、座椅底甚至尾箱呢？因此，车用的播放器必须设置一个独立的视频输出接口，以方便连接显示屏。

8 B. C1 b1 `, ^4 W# O& I& M    （1）将显示内容通过视频接口显示在原车的dvd屏（如果有的话）上。好处是够“原装”，不好的是由于各种车型的dvd屏的尺寸和分辨率不一样，视频输出的设置方面需要顾及周全，否则要么一些内容看不到，要么显示尺寸太小，看不清楚。
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    （2）增加一个选配件，就像阿尔派的C800一样，即既带有显示屏又有功能按钮，通过连接线接到播放器上。好处是显示效果可控，部分简易的输入指令也可轻松设定。坏处是这个类似C800的选配件，带着一根长线，到底装在哪里好呢？而且，这个选配件的体积、面积、重量，都要有很繁琐的要求，否则会对车用内饰视觉效果造成严重影响。

    （3）增加一个选配件，即后视镜显示屏，要注意的是这个显示屏只有显示功能，不带按钮，指令输入还是在遥控器上。这样做的好处当然是显示效果可控，而且由于在车顶，接线可以从车顶走，不像上面第二点，显示屏的线如何埋线成为一个难题。
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    （4）使用平板电脑或者手机，通过软件来实现远程控制，相当于一个无线的显示屏，相较于上面的三点，优势实在有些大；尤其是当使用DLNA（Digital Living Network Alliance，数字生活联盟）标准来实现其对播放器的控制时，其便利性更是秒掉上面三点几条街。问题是现在DLNA对无损音频格式的支持还不是很充分，如果采用自行开发的协议，开发、维护的成本和难度都非常高。

    （5）还有一个“无招胜有招”的方法，就是跟苹果的shuffle一样，完全不提供显示输出。且看看苹果公司对于shuffle的想法：（摘自互动百科）

- b/ U# c: h5 ]& p7 O: O0 i     “IPOD Shuffle的推出，其实是APPLE公司想推广自己的随机播放的理念，因为‘Shuffle’就是随心随意随机的意思。其实APPLE公司就是想把这一理念推广到如今繁忙的城市生活中去，让人们活得更随心随意，不要受到拘束，就连听音乐也不用太刻意去根据一个顺序播放，听到什么是什么，仿佛一场音乐冒险。”
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, l2 A; x+ b8 e/ t& I    “一场音乐冒险”，多么好听的词汇，而实际上shuffle在欧美国家的销售情况远比国内理想，可见我们还是更多的习惯于“所见即所得”。还有一点就是shuffle的理念在500M的mp3 中固然显得突出，但车用音频播放器由于带有USB接口，其扩展容量可以高达1T以上，那拥有者还会将时间浪费在自己一首首歌在电脑上选好吗？
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    2、Wave Out（音频输出）
   
    这个也很好理解，就是指音频信号的输出方式。目前民用常见的音频输出有三种：一是高电平输出（也叫功率输出），可以直接接喇叭；二是低电平输出（也叫RCA输出或前级输出），需要连接功放再推动喇叭；三是数字输出，有同轴和光纤两种方式，需要接音频解码器做解码。

* K/ U! m5 f7 K/ G9 R    前两种方式，车用和家用最大的分别在于“路”数（即Channel数量）的不同。无论高电平还是低电平，家用立体声系统一般就是左右两路输出，只有家庭影院才有多路输出；而车内由于“约定俗成”的“兼顾后排乘客”的传统，高电平常有4路输出，低电平更是有6-8路输出，这也是很多家用、便携数字音频播放器不能直接用于车上的另一个主要原因。
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/ p1 s: Z7 F5 A0 h) j    至于数字输出，就要配合车用的音频解码器使用了。目前车用带数字输入的音频解码器并不多，来来去去不外乎先锋的ODR系列、阿尔派的H系列、ARC DSP8、Audison Bit One等音频处理器，抛去最终的音质及效果，选择依然是很少的。但随着数字播放的普及，这类音频处理器肯定会越来越多，因此车用的音频播放器，是必须要保留数字输出接口的。
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    关于输出的最后一个问题：车用无损音频播放器，是否每个产品都必须带着这三种接口呢？个人的看法是不能贪多求全，因为体积的问题，高电平输出所带来的总体功率、干扰、散热等负面因素不能忽略，实际上要想声音更好，单纯的数字转盘（就是只有数字输出）是最理想的；但因应汽车音响改装市场的现状，高电平输出反而是最实际的。因此，不同的音频接口组合，可以作为产品的不同定位使用；如果能够像一些阿尔派主机一样，用户使用其他接口时，可以通过设置将高电平输出屏蔽，那就更好了。

三、Process

    这里的Process，指的是音频处理，包括File Format Support（文件格式支持），以及Digital Sound Process（数字声音处理）。
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/ d' G$ G- h. d    1、File Format Support（文件格式支持）
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    数字音频文件这两年的发展，可以用“卫星发射”来形容：“高清音频”格式从理论到实物到音乐资源，都呈现了几何级数的增长；所带来的其中一项影响，就是今天的无损音频播放器所需要支持的文件格式比过去越来越多；但也许18个月后（墨菲定律），就可能有一大批音频格式不能支持了（举个例子：“blu-ray audio（蓝光音乐）”粉墨登场，一张专辑将近50G）。以下我先整理一下现今比较流行的数字音频格式，它们主要分为三大类：
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. b+ K% _0 I/ S0 P    （1）基于“CD格式”的音频文件格式
! {. b7 K: K8 N     CD问世10年后，基于“CD格式”的各种有损、无损压缩音频格式开始渐渐涌现，至今仍是主流。他们的生成是从CD抓轨得到的“非压缩”16bit/44.1kHz的WAV文件，再通过某种算法对WAV文件进行压缩，就得到了大小不同音质也不同的音频文件。他们的分类如下：
    非压缩：WAV，一张专辑的大小约为600-750M。
    无损压缩：APE、FLAC、TTA、AU、WavPack等，根据不同的算法以及压缩比的不同，一张专辑的大小从250M到400M不等。
5 y8 y( f( Q1 Z8 `0 U! i5 }8 v/ y    有损压缩：MP3、WMA、OGG、AAC等，根据不同的算法以及压缩比的不同，一张专辑的大小从90M到200M不等。
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' @, t2 n, d. _$ Z' f    （2）双声道高清音频
0 B  _3 _  d3 a  U    CD格式的采样精度只有44.1kHz，位深只有16位；当音频文件的位深和采样精度比CD格式高，无论是16/88.2还是24/192，我们就统称之为“高清音频”。尽管文件的后缀名是WAV或者FLAC，但它们的大小比CD格式要大得多，比如24bit/192kHz的数字音频文件，一张专辑的大小约为4G。常见的双声道高清音频文件包括WAV、FLAC、ISO（SACD）、ISO（DVD-Audio）等。

    （3）多声道环绕音频
' G$ ~0 l0 L" y    数字化多声道音频，本来是作为数字化电影院的必备设备，Dolby（杜比）、THX与DTS（Digital Theatre System，数字化影院系统）是其广泛应用的一种多声道有损压缩编码方式。10年前开始，陆续有国外机构将其应用于单纯的多声道录音、直播上，取得了非常大的反响。如今，名目繁多的环绕模式、增混方式等层出不穷，也有DTS-HD Master Audio这个真正意义上的无损压缩编码，普通用户要想搞清楚这之间的关系实在不是一时半会儿的事情。
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! Z6 j$ i/ @" w. h, {$ W( B    除了上面三种格式，一个无损音频播放器还必须支持一种特殊的文件格式，它的名称叫做“cue脚本”，文件后缀名是.cue，大小只有1、2k。通过cue脚本，我们可以方便的将一个集成多个音乐片段（track）的音频文件虚拟划分为多个原来多个音频片段，而无需直接分区该集成音频文件；除外，也可以记录整个音频文件和每个分轨的描述信息。无论是wav、ape、flac或者mp3，只要这个文件是从光盘整体拷贝的，那么没有cue脚本，就不能对这个文件进行分轨播放，更不要说切割了。
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    以笔者多年以来使用家用、便携无损音频播放器的经验，音频文件的数量、音频文件的码率、无损压缩比、是否需要虚拟分轨、是否需要“升频（就是将16bit/44.1kHz的文件利用算法实时加工为更高码率的文件进行播放）”等，都会对整体使用的流畅性带来显著的影响。车用无损音频播放器必须采用分离式的人机界面，所处理的I/O指令更为复杂，对响应速度要求更高，因此，如果屏蔽某些不是太常用的格式和码率，以提升整体的流畅度，是一个可行的做法。特别是当作为数字转盘输出时，目前车用最高端的解码器也不过24bit/96kHz，而且就算能解码，决定汽车音响最终效果的短板也并不在音源上，故而量力而为，“死守”16/44.1（或者24/48）并不会招来多少恶评，最多少了些宣传上的噱头而已。

    2、Digital Sound Process（数字声音处理）
  
9 I- u; [% m) ]    数字声音处理是改变“实际听音效果（也就是‘音效’）”的一个重要和常用途径，基础的处理包括EQ（均衡器）、reverb（混响）、time alignment（时间校正）等；一些固定的EQ、混响组合会被封装为诸如rock（摇滚）、classic（古典），还有我们最常见的LOUD（等响度补偿）等等提供给用户选择；还有一些有着各自厂商专利的组合，则会以各种名字出现，比如alpine自带的MX模式、先锋自带的BBE……这些数字声音处理都提供了改善音效的便捷途径，但车用无损播放器，还是在于上面提到的Display Output并不固定，因此过于复杂的如图形均衡器等，显示起来就会出现兼容性的问题。因此，数字声音处理的功能，个人觉得可以采取“一键选择”的方式，就是预设几条综合的曲线，由用户通过遥控器去选择是否用、用哪一条。

    没有，行不行？不仅行，而且，真的是作为高端数字转盘存在的话，所有的数字声音处理功能都不应出现。前面提到，这些处理改变的是“音效”，而不是“音质”。很不幸的，每一次声音处理过程，就是对音质的损害过程。特别是廉价的DSP芯片，其互调失真之大，令人咋舌。与其勉强去做，不如不做，而将设计资源放到“人机界面”那里去。
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    以上就是我对真正的车用无损音频播放器的设计要求的粗浅认识，敬请各位指正。

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