Seit über zwanzig Jahren verfolgt Trinnov Audio einen softwarebasierten Ansatz für Audio-Decodierung und -Verarbeitung, anstatt auf handelsübliche Chips von Unternehmen wie Texas Instruments oder Analog Devices zurückzugreifen. Trinnov ist das einzige Unternehmen, das diesen Ansatz verfolgt.
Wie unterscheidet sich dieser Ansatz von der Verwendung spezieller DSP-Chips, und stellt er ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis dar?
Der Einsatz eines leistungsstarken PCs, der eine hochoptimierte Version von Linux verwendet, anstatt nur eine Reihe von DSP-Chips zu nutzen, ist deutlich teurer, sowohl in Bezug auf Hardware- als auch Software-Entwicklungskosten. Dieser Artikel untersucht diesen Ansatz und dessen Wert.
Eine architektonische Entscheidung: CPU vs. DSP
Die rohe Rechenleistung eines Prozessors wird in Giga-Floating-Point-Operationen pro Sekunde (GFLOPs) gemessen. (Ein GFLOP entspricht einer Milliarde Floating-Point-Operationen pro Sekunde). Floating-Point-Operationen werden für präzise mathematische Berechnungen verwendet, die für komplexe Operationen erforderlich sind.
Bevor wir untersuchen, wie Trinnov diese rohe Rechenleistung nutzt, wollen wir einige der wesentlichen Unterschiede zwischen chipbasierter und CPU-basierter Rechenleistung betrachten. Die meisten AV-Prozessoren verwenden DSP-Chips mit weniger als 3 GFLOPs, während die leistungsstärksten Chips fast 20 GFLOPs erreichen können.
Zum Vergleich liefert die CPU, die derzeit im Altitude32 verwendet wird, 240 GFLOPs und bis zu 422 GFLOPs mit Intels Turbo-Boost-Technologie. Das Altitude16, das weniger Kanäle hat, erreicht immer noch etwa 211 GFLOPs (275 GFLOPs mit Turbo-Boost). Zum besseren Vergleich werden hier die niedrigeren Werte verwendet, die immer noch mehr als das Zehnfache der Rechenleistung des leistungsfähigsten Konkurrenzsystems ausmachen.
Jeder Surround-Prozessor muss eine Menge komplexer Berechnungen in Echtzeit durchführen. So wichtig rohe Rechenleistung auch ist, GFLOPs erzählen jedoch nicht die ganze Geschichte.
Rechenleistung kann nur genutzt werden, wenn der Prozessor nicht auf Daten und Programmanweisungen warten muss. Leider ist der externe Speicher zu langsam, um direkt vom Prozessor abgerufen zu werden, sei es eine CPU oder ein DSP-Chip.
Dieses Problem wird durch den Einsatz von internem oder „Cache“-Speicher direkt auf dem Prozessorchip gelöst. Diese Hochgeschwindigkeitsspeicher-Schicht hält vorübergehend häufig abgerufene Daten und Anweisungen bereit. Cache-Speicher ist entscheidend für die Echtzeit-Audiobearbeitung, um eine reibungslose und unterbrechungsfreie Signalverarbeitung zu gewährleisten. Wenn nicht genügend interner Speicher vorhanden ist, wird der Prozessor viele Rechenzyklen verschwenden, während er auf die fehlenden Daten wartet, die aus dem externen Speicher abgerufen werden müssen. Das Warten auf kritische Informationen verschwendet die verfügbare Rechenleistung des Systems.
Ein Beispiel: Hochauflösende FIR-Filter sind extrem speicherintensiv. Sie sind jedoch auch einzigartige und leistungsstarke Werkzeuge, um sowohl Frequenzgang- als auch Timing-Fehler im Audio zu korrigieren und sind für eine effektive Raumkorrektur unerlässlich. Wir werden in der nächsten Abschnitt auf die hörbaren Ergebnisse solcher Filter eingehen. Doch schon jetzt lässt sich erkennen, dass der verfügbare Cache-Speicher der fortschrittlichen CPUs des Altitude alles übertrifft, was selbst in den leistungsstärksten DSP-Chips zu finden ist.
Ein großer Vorteil besteht darin, dass alle notwendigen Berechnungen an einem einzigen Ort durchgeführt werden. Die Architektur des Altitude mit nur einem Prozessor teilt den internen Speicher unter allen Verarbeitungskernen auf. Dadurch stehen alle Daten sofort zur Verfügung, ohne Verzögerungen oder zusätzlichen Rechenaufwand.
Im Gegensatz dazu verwenden viele Surround-Prozessoren mehrere DSP-Chips in Gruppen von zwei oder vier. Diese Lösung ist zwar günstiger, bringt jedoch einige Einschränkungen mit sich. Die Kommunikation zwischen den Chips ist komplex und führt zu Synchronisationsproblemen, die wiederum Verzögerungen und einen höheren Rechenaufwand verursachen. Dies kann die Echtzeitverarbeitung des gesamten Systems beeinträchtigen.
Zudem ist die Entwicklung und Optimierung von Software für parallele Verarbeitungssysteme aufwendiger. Es ist nicht einfach, eine fortschrittliche Audioverarbeitung so aufzuteilen, dass sie auf mehreren separaten Prozessoren effizient läuft.
Aus all diesen Gründen bietet ein einzelner leistungsstarker Prozessor in den meisten Anwendungen eine bessere Leistung als ein Prozessor-Array.
Audioleistung und Anwendung
Ein leistungsstarker Prozessor muss gleichzeitig hochauflösenden Sound (bis zu 96 kHz oder 192 kHz), eine große Anzahl von Audiokanälen (bis zu 34 Kanäle) sowie fortschrittliche Raumkorrekturtechnologien wie Active Acoustics unterstützen.
All diese Anforderungen erfordern eine enorme Rechenleistung. Der Einsatz von CPU-basierten Architekturen anstelle herkömmlicher DSP-Chips reduziert notwendige Kompromisse.
Typische Einschränkungen von DSP-basierten Chips sind:
- Begrenzung der Anzahl der Surround-Kanäle, was die räumliche Klangauflösung reduziert.
- Begrenzung der FIR-Filterlänge auf 512 oder 3000 Taps, was die Frequenzauflösung einschränkt (z. B. auf 94 Hz oder 16 Hz). Im Vergleich dazu kann der Altitude bis zu 32.768 Taps bei 48 kHz verarbeiten, was eine viel höhere Präzision ermöglicht.
- Keine native Verarbeitung von hochauflösendem Audio mit 96 kHz oder 192 kHz. Standard-DSP-Plattformen müssen Audiodaten auf 48 kHz herunterrechnen, was die Klangqualität mindert. Altitude-Prozessoren hingegen bieten FIR-Filter mit bis zu 131.072 Taps bei 192 kHz.
- Nutzung von 32-Bit-Floating-Point-Berechnungen anstelle von 64-Bit, was die Präzision der Signalverarbeitung beeinträchtigt.
- Ausschluss bestimmter Lautsprecher von der digitalen Raumkorrektur oder Active Acoustics.
Jede dieser Einschränkungen hat möglicherweise nur eine geringe Auswirkung auf den Klang, aber in der Summe mindern sie die gesamte Klangqualität erheblich. Nur Altitude-Prozessoren verfügen über die nötige Rechenleistung, um diese Kompromisse zu vermeiden und eine optimale Signalverarbeitung zu gewährleisten.
Zukunftssicherheit
Da viele der aktuellen DSP-basierten Designs bereits an ihre Grenzen stoßen, bleibt wenig Spielraum für zukünftige Technologien. Doch die Anforderungen an die Signalverarbeitung steigen stetig.
Die Altitude-Plattform mit ihrer CPU-basierten Architektur bietet hier einen entscheidenden Vorteil: Sie benötigt keine speicher- oder rechenzeitsparenden Tricks und hat genügend Reserven für kommende, noch anspruchsvollere Algorithmen.
Dies macht die Altitude-Prozessoren zu einer klugen Wahl für langfristige, nachhaltige und leistungsstarke Installationen. Ein konkretes Beispiel: Selbst die ersten Altitude32-Prozessoren aus dem Jahr 2014 verfügen noch über genügend Rechenleistung, um Trinnovs WaveForming™-Technologie auszuführen – obwohl diese erst lange nach ihrer Entwicklung entstanden ist. Diese mittlerweile zehn Jahre alten Prozessoren bieten immer noch die fünffache Rechenleistung im Vergleich zu den besten heutigen DSP-basierten Designs.
Diese außergewöhnliche Nachhaltigkeit ist in der Welt der Surround-Sound-Prozessoren sonst unbekannt. Nicht-Trinnov-Prozessoren gelten in Mehrkanalsystemen praktisch als „Verbrauchsartikel“, da sie alle paar Jahre ausgetauscht werden müssen, um mit technologischen Entwicklungen und Innovationen Schritt zu halten.
Dank der unübertroffenen Leistung und einzigartigen Architektur der Altitude-Plattform konnten die meisten neuen Technologien durch einfache Software-Updates integriert werden – ohne dass ein Austausch der Hardware erforderlich war.
Die CEDIA würdigte die Langlebigkeit und den langfristigen Wert der Altitude-Plattform im Jahr 2023 mit der Aufnahme des Altitude32 in ihre renommierte Hall of Fame.
Warum setzt nur Trinnov auf CPU-basierte Verarbeitung?
Angesichts der vielen Vorteile von Trinnovs Ansatz für fortschrittliche Audioprozessoren stellt sich die Frage, warum nicht mehr Unternehmen diesen Weg eingeschlagen haben.
Trinnovs Prozessoren unterscheiden sich grundlegend von einem herkömmlichen PC mit Audio-Software. Sie basieren auf der Forschungsplattform, die die Firmengründer entwickelten, um dreidimensionale Klangfelder präzise zu erfassen und wiederzugeben – ein Ziel, für das das Unternehmen gegründet wurde. Anstatt einfach einen „Home Theater PC“ zu bauen, setzt Trinnov auf drei hochentwickelte Technologien, die über zwei Jahrzehnte verfeinert wurden:
- Trinnov-OS: Ein einzigartiges Betriebssystem mit einem speziell abgestimmten, extrem reaktionsschnellen Scheduler für ultraschnelle Kontextwechsel.
- Kernel-Level-Verarbeitung: Kritische Elemente der Audiokette werden direkt auf Kernel-Ebene ausgeführt, was ihnen höchste Priorität verleiht – vergleichbar mit den zentralen Funktionen des Betriebssystems. Dadurch bleibt die Audioverarbeitung ungestört von anderen Prozessen.
- Multithreading: Die Software ist speziell für parallele Verarbeitung optimiert und nutzt die Mehrkernfähigkeiten moderner CPUs vollständig aus.
Andere Unternehmen haben nicht jahrelang in die Entwicklung dieser hochmodernen Technologien investiert, sondern setzen auf Standardkomponenten von der Stange. Diese Methode ist zwar einfacher und kostengünstiger, bringt jedoch zwangsläufig Kompromisse mit sich – Kompromisse, die die Gründer von Trinnov nicht akzeptieren.
Im Gegensatz dazu entwickelt Trinnov die gesamte Audio-Software selbst, einschließlich des fortschrittlichen Trinnov-OS. Dieses basiert zwar auf Linux, hat sich aber zu einem maßgeschneiderten, hochspezialisierten Echtzeit-Audioverarbeitungssystem weiterentwickelt. Diese Eigenentwicklung gibt Trinnov die volle Kontrolle über die Signalverarbeitung und garantiert kompromisslose Klangqualität und maximale Effizienz.
Zusammenfassung
Es ist unbestritten, dass die Altitude-Plattform eine höhere Anfangsinvestition erfordert als die meisten Konkurrenzprodukte. Allerdings handelt es sich dabei um eine „buy once, cry once“-Investition in dauerhaften Wert, anstatt alle paar Jahre Geld für ein kurzlebiges Heimkino-Produkt auszugeben.
Diese Investition zahlt sich langfristig aus: Regelmäßige, kostenlose Software-Updates halten die Plattform auf dem neuesten Stand und bieten genügend Rechenleistung für zukünftige Technologien. Gleichzeitig ermöglicht sie fortschrittliche Funktionen, die Multi-DSP-Designs nicht erreichen können, und gibt Trinnov vollständige Kontrolle über die Signalverarbeitung.
Anstatt sich auf DSP-Ingenieure großer Chiphersteller zu verlassen, die festlegen, welche Funktionen „ausreichend“ sind, behält Trinnov die vollständige Kontrolle über die Leistungsfähigkeit seiner Produkte. Selbst wenn neue Hardware erforderlich wird – etwa durch Weiterentwicklungen des HDMI-Standards – erlaubt das modulare Design der Altitude-Plattform einen einfachen und kostengünstigen Austausch der entsprechenden Platine, anstatt den gesamten Prozessor ersetzen zu müssen.
Die Altitude-Plattform bietet damit einen einzigartigen Mehrwert in einer Welt ansonsten kurzlebiger Surround-Prozessoren.
