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会议主题：中国工程师巡回研讨会-宁波站
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常见音频格式面面观 之基础篇
1、PCM编码
&&PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写.前面的文字我们提到了PCM大致的工作流程,我们不需要关心PCM最终编码采用的是什么计算方式,我们只需要知道PCM编码的音频流的优点和缺点就可以了.PCM编码的最大的优点就是音质好,最大的缺点就是体积大.我们常见的Audio CD就采用了PCM编码,一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息.
&&这是一种古老的音频文件格式,由微软开发.WAV是一种文件格式,符合 PIFF Resource Interchange File Format规范.所有的WAV都有一个文件头,这个文件头音频流的编码参数.WAV对音频流的编码没有硬性规定,除了PCM之外,还有几乎所有支持ACM规范的编码都可以为WAV的音频流进行编码.很多朋友没有这个概念,我们拿AVI做个示范,因为AVI和WAV在文件结构上是非常相似的,不过AVI多了一个视频流而已.我们接触到的AVI有很多种,因此我们经常需要安装一些Decode才能观看一些AVI,我们接触到比较多的DivX就是一种视频编码,AVI可以采用DivX编码来压缩视频流,当然也可以使用其他的编码压缩.同样,WAV也可以使用多种音频编码来压缩其音频流,不过我们常见的都是音频流被PCM编码处理的WAV,但这不表示WAV只能使用PCM编码,MP3编码同样也可以运用在WAV中,和AVI一样,只要安装好了相应的Decode,就可以欣赏这些WAV了.
&&在Windows平台下,基于PCM编码的WAV是被支持得最好的音频格式,所有音频软件都能完美支持,由于本身可以达到较高的音质的要求,因此,WAV也是音乐编辑创作的首选格式,适合保存音乐素材.因此,基于PCM编码的WAV被作为了一种中介的格式,常常使用在其他编码的相互转换之中,例如MP3转换成WMA.
3、MP3编码
&&MP3作为目前最为普及的音频压缩格式,为大家所大量接受,各种与MP3相关的软件产品层出不穷,而且更多的硬件产品也开始支持MP3,我们能够买到的VCD/DVD播放机都很多都能够支持MP3,还有更多的便携的MP3播放器等等,虽然几大音乐商极其反感这种开放的格式,但也无法阻止这种音频压缩的格式的生存与流传.MP3发展已经有10个年头了,他是MPEG(MPEG:Moving Picture Experts Group) Audio Layer-3的简称,是MPEG1的衍生编码方案,1993年由德国Fraunhofer IIS研究院和汤姆生公司合作发展成功.MP3可以做到12:1的惊人压缩比并保持基本可听的音质,在当年才烫旒鄣娜兆永铮琈P3迅速被用户接受,随着网络的普及,MP3被数以亿计的用户接受.MP3编码技术的发布之初其实是非常不完善的,由于缺乏对声音和人耳听觉的研究,早期的mp3编码器几乎全是以粗暴方式来编码,音质破坏严重.随着新技术的不断导入,mp3编码技术一次一次的被改良,其中有2次重大技术上的改进.
&&VBR:MP3格式的文件有一个有意思的特征,就是可以边读边放,这也符合流媒体的最基本特征.也就是说播放器可以不用预读文件的全部内容就可以播放,读到哪里播放到哪里,即使是文件有部分损坏.虽然mp3可以有文件头,但对于mp3格式的文件却不是很重要,正因为这种特性,决定了MP3文件的每一段每一帧都可以单独的平均数据速率,而无需特别的解码方案.于是出现了一种叫VBR(Variable bitrate,动态数据速率)的技术,可以让MP3文件的每一段甚至每一帧都可以有单独的bitrate,这样做的好处就是在保证音质的前提下最大程度的限制了文件的大小.这种技术的优越性是显而易见的,但要运用确实是一件难事,因为这要求编码器知道如何为每一段分配bitrate,这对没有波形分析的编码器而言,这种技术如同虚设.正是如此,VBR技术并没有一出现就显得光彩夺目.
常见音频格式面面观 之技术篇
1、无声时代的FLC
&&FLC、FLI是Autodesk开发的一种视频格式,仅仅支持256色,但支持色彩抖动技术,因此在很多情况下很真彩视频区别不是很大,不支持音频信号,现在看来这种格式已经毫无用处,但在没有真彩显卡没有声卡的DOS时代确实是最好的也是唯一的选择.最重要的是,Autodesk的全系列的动画制作软件都提供了对这种格式的支持,包括著名的3D Studio X,因此这种格式代表了一个时代的视频编码水平.直到今日,仍旧有不少视频编辑软件可以读取和生成这种格式.但毕竟廉颇老矣,这种格式已经被无情的淘汰.
2、载歌载舞的AVI
&&AVI——Audio Video Interleave,即音频视频交*存取格式.1992年初Microsoft公司推出了AVI技术及其应用软件VFW(Video for Windows).在AVI文件中,运动图像和伴音数据是以交织的方式存储,并独立于硬件设备.这种按交替方式组织音频和视像数据的方式可使得读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息.构成一个AVI文件的主要参数包括视像参数、伴音参数和压缩参数等.AVI文件用的是AVI RIFF形式,AVI RIFF形式由字串“AVI”标识.所有的AVI文件都包括两个必须的LIST块.这些块定义了流和数据流的格式.AVI文件可能还包括一个索引块.
&&只要遵循这个标准,任何视频编码方案都可以使用在AVI文件中.这意味着AVI有着非常好的扩充性.这个规范由于是由微软制定,因此微软全系列的软件包括编程工具VB、VC都提供了最直接的支持,因此更加奠定了AVI在PC上的视频霸主地位.由于AVI本身的开放性,获得了众多编码技术研发商的支持,不同的编码使得AVI不断被完善,现在几乎所有运行在PC上的通用视频编辑系统,都是以支持AVI为主的.AVI的出现宣告了PC上哑片时代的结束,不断完善的AVI格式代表了多媒体在PC上的兴起.
说到AVI就不能不提起英特尔公司的Indeo video系列编码,Indeo编码技术是一款用于PC视频的高性能的、纯软件的视频压缩/解压解决方案.Indeo音频软件能提供高质量的压缩音频,可用于互联网、企业内部网和多媒体应用方案等.它既能进行音乐压缩也能进行声音压缩,压缩比可达8:1而没有明显的质量损失.Indeo技术能帮助您构建内容更丰富的多媒体网站.目前被广泛用于动态效果演示、游戏过场动画、非线性素材保存等用途,是目前使用最广泛的一种AVI编码技术.现在Indeo编码技术及其相关软件产品已经被Ligos Technology 公司收购.随着MPEG的崛起,Indeo面临着极大的挑战.
3、容量与质量兼顾的MPEG系列编码
&&和AVI相反,MPEG不是简单的一种文件格式,而是编码方案.
&&MPEG-1(标准代号ISO/IEC11172)制定于1991年底,处理的是标准图像交换格式(standard interchange format,SIF)或者称为源输入格式(Source Input Format,SIF)的多媒体流.是针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒质运动图像及其伴音编码(MPEG-1 Audio,标准代号ISO/IEC 11172-3)的国际标准,伴音标准后来衍生为今天的MP3编码方案.MPEG-1规范了PAL制(352*288,25帧/S)和NTSC制(为352*240,30帧/S)模式下的流量标准, 提供了相当于家用录象系统(VHS)的影音质量,此时视频数据传输率被压缩至1.15Mbps,其视频压缩率为26∶1.使用MPEG-1的压缩算法,可以把一部120分钟长的多媒体流压缩到1.2GB左右大小.常见的VCD就是MPEG-1编码创造的杰作.MPEG-1编码也不一定要按PAL/NTSC规范的标准运行,你可以自由设定影像尺寸和音视频流量.随着光头拾取精度的提高,有人把光盘的信息密度加大,并适度降低音频流流量,于是出现了只要一张光盘就存放一部电影的DVCD.DVCD碟其实是一种没有行业标准,没有国家标准,更谈不上是国际标准的音像产品.
&&当VCD开始向市场普及时,电脑正好进入了486时代,当年不少朋友都梦想拥有一块硬解压卡,来实现在PC上看VCD的夙愿,今天回过头来看看,觉得真有点不可思议,但当时的现状就是486的系统不借助硬解压是无法流畅播放VCD的,上万元的486系统都无法流畅播放的MPEG-1被打上了贵族的标志.随着奔腾的发布,PC开始奔腾起来,直到后来Windows Media Player也直接提供了MPEG-1的支持,至此MPEG-1使用在PC上已经完全无障碍了.
MPEG-2(标准代号IOS/IEC13818)于1994年发布国际标准草案(DIS),在视频编码算法上基本和MPEG-1相同,只是有了一些小小的改良,例如增加隔行扫描电视的编码.它追求的是大流量下的更高质量的运动图象及其伴音效果.MPEG-2的视频质量看齐PAL或NTSC的广播级质量,事实上MPEG-1也可以做到相似效果,MPEG-2更多的改进来自音频部分的编码.目前最常见的MPEG-2相关产品就是DVD了,SVCD也是采用的MPEG-2的编码.MPEG-2还有一个更重要的用处,就是让传统的电视机和电视广播系统往数码的方向发展.
&&MPEG-3最初为HDTV制定,由于MPEG-2的快速发展,MPEG-3还未彻底完成便宣告淘汰.
&&MPEG-4于1998年公布,和MPEG-2所针对的不同,MPEG-4追求的不是高品质而是高压缩率以及适用于网络的交互能力.MPEG-4提供了非常惊人的压缩率,如果以VCD画质为标准,MPEG-4可以把120分钟的多媒体流压缩至300M.MPEG-4标准主要应用于视像电话(Video Phone),视像电子邮件(Video Email)和电子新闻(Electronic News)等,其传输速率要求较低,在bits/sec之间,分辨率为176X144.MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术,压缩和传输数据,以求以最少的数据获得最佳的图象质量.
&&MJPEG,这并不是专门为PC准备的,而是为专业级甚至广播级的视频采集与在设备端回放的准备的,所以MJPEG包含了为传统模拟电视优化的隔行扫描电视的算法,如果在PC上播放MJPEG编码的文件,效果会很难看(如果你的显卡不支持MJPEG的动态补偿),但一旦输出到电视机端,你立刻会发现这种算法的好处.
4、属于网络的流媒体
&&RealNetworks RealVideo,采用的是 RealNetworks 公司自己开发的 Real G2 Codec,它具有很多先进的设计,例如,SVT (Scalable Video Technology);双向编码(Two—Encoding,类似于VBR).RealMedia 音频部分采用的是 RealAudio ,可以接纳很多音频编码方案,可实现声音在单声道、立体声音乐不同速率下的压缩.最新的RealAudio竟然采用ATRAC3编码方案,以挑战日益成熟的MP3.
&&Windows Media,视频编码采用的是非常先进的 MPEG-4 视频压缩技术,被称作 Microsoft MPEG-4 Video Codec,音频编码采用的是微软自行开发的一种编码方案,目前没有公布技术资料,在低流量下提供了令人满意的音质和画质.最新的Windows Media Encoding Utility V8.0将流技术推向到一个新的高度,我们常见的ASF、WMV、WMA就是微软的流媒体文件. 事实上我们常见的MPG文件,也具有流媒体的最大特征——边读边放.
当前音频格式一览--关于HDCD,XRCD,SACD,DVD-A
关于HDCD,XRCD,SACD
第一部分:什么是HDCD?
传统CD规格形同瓶颈在1983年刚推出CD之时,曾出现过两种截然不同的意见.数字音响的赞许者预言:CD将会为音响业开创一个新纪元.反对者则认为:CD的重放音质欠佳.它损失了原始音响中的调频细节和弱音记号,声音生硬,缺乏感染力.在音色上,CD难与LD等模拟器材相媲美.这些意见道出了CD规格的一些缺陷.
&&大家知道,普通CD采用了16BIT/44.1KHZ的声频规格.这里存在着几个限制:
&&首先,16BIT的保真度,在经过复杂的录制和编码处理之后,可能仅剩下14BIT或更低的精度,声音的漏损失较大.动态范围降低.即使在理想状态下,按照1BIT等效于6DB计算,该系统的动态范围的上限限定在96DB,又考虑到实用中的衰减等因素,这将难以适应更大动态的节目源.
&&其次,根据奈奎斯特(NYQUIST)取样定理,44.1KHz的取样率,可处理的声频上限为20.05KHz,实用中取到20KHz;然而,某些音乐的高次谐波或隐含着高频细节乃至室内混响的讯息频率,则可能要远高于20KHz,因此,在高品质录放技术中,44.1KHzR的取样率己无法满足要求.
&&再则,量化噪声“掩蔽”了一些声音中的弱音讯号,很难“原汁原味”地再现出乐曲的神韵.
&&总而言之,随着前后端设备的频繁更新与不断进步,传统的CD规格已经变成一个“瓶颈”.严重影响了数字音响的品质提升.尽管不少录音公司均采用了高比特、超取样率的预录制技术,也发售过一些以24BIT、96/128KHz为取样方式的CD.但是事实上,这些碟片仅在母盘制作之前采用了这类高位录制方式,在制作CD母盘时,它们仍要降到16BIT/44.1KHz标准格式,并未摆脱CD规格的局限性.那么,是否能有一种既能完全兼容CD,又能大幅度改善声源保真度的技术呢?
二、HDCD技术应运而生?
&&90年代技术中期,美国太平洋音响微音公司的HDCD就应运而生了,并受到了国际音响界的极大关注和重视,HDCD的唱片特别受到了音响发烧友们的欢迎,已成为当今唱片技术发展的最新、最高科技的代表.那么,HDCD的成功秘决在哪里呢?美国太平洋音响微音公司推广的HDCD技术的处理过程,可以分为编码和解码两个部分.可以说,它技高一筹之处就在于,它把那些将被CD格式抛弃的必要讯息进行编码,再把相关指令存入比特流的最小有效位(LSB)中,从而不必改动CD格式,而是通过及24BIT D/A转换器输出,这样能大幅度提升重放音质.
1. 编码处理
&&将原录制的模拟讯号,首先经过高速A/D转换器进行数字化处理.其处理字长24BIT,取样率为l92KHz.采用高位处理技术的优点很多,以一在样点取样为例,24BIT系统可以精确定义出个取样值;在取值精度上,它要比16BIT系统的小得多.另外,选用l92KHz取样率,不仅可展现高端响应,以减少漏损失真,而且为了再现那些与HDCD编码相关的讯息,要求该系统具有远高于20KHz的峰值响应,以免损伤音乐瞬态.经A/D转换的讯号,再通过微处理器分析、滤波、数据再格式化之后,把会被传统CD格式漏损掉的讯息分离出来.这类讯息可能涉及到音乐细节、乐器音色、人声齿音.空间混响各种种弱音讯号等.用24BIT字组中的最小有效位(LS承载与这类讯息相关的指令,这样它与该字组段中的主要讯息相伴而生,时序上不会错位.经HDCD编码后的节目源,再转制到CD-R盘或其它数码母盘(带)上,用来生产出带有HDCD“基因”的音乐碟片.
2. 解码处理
&&相对而言,解码处理比编码处理简单.HDCD解码器有解码和数字滤波方式.解码器通过检索CD比特流的LSB,看是否载有HDCD的编码讯息,以决定处理方式.当它察觉LSB上有HDCD编码讯息时,就按照LSB时序所拾的连续指令组,激活并处理在碟片的数据;如果检查普通CD,该解码器则通过专用D/A转换器处理来提升音质.
三、为什么HDCD比普通CD好?
&&HDCD唱片的出现使得CD这种格式产生了飞跃性的变化,得到了全球发烧友们一致推崇.那么,HDCD唱片到底比普通CD唱片好在哪里呢?一些专家的评测报告的意见认为:HDCD唱片比普通CD唱片更具鲜活的临场感,酷似模拟式的原声母带,它即有数字声音的高清晰度,又具有模拟声的温暖感,听起来其声场宏大,纵深感强,低电平的空间混响与背景噪声再现自然,具有更丰宣细腻的音色层次和解析力,动态范围更宽且启蒙及全音域,在极高的程度上挖掘出了CD这种格式的潜力.
&&因此,HDCD是目前所有CD格式的改进措施中最好一种,正如《唱片指南》(ALAM GARY CAMPBELL)所指出的一样:“HDCD示范碟是终极示范碟,是最靓声的CD产品”.
&&HDCD最初定规格时,是以20BIT的D/A转换来达到讯息转换的现在新研制的HDCD MODEL TWO.即2型机器已经达到了24BIT D/A转换.虽然它最终在还原的时侯是以16BIT的方式输出,但音乐细节却被提升了很多.从理论上讲24BIT的解码精度仅比20BIT多出4BIT,但反映在动态范围上,却多出了24DB.也就是说16BIT的格式,你最能听到96DB,其中还有损耗,实际上达不到96BIT的精度,怎么都可以到达100DB以上,如此一来,HDCD唱片的音效比普通的CD好很多..
HDCD如何还原播放
&&目前主流CD及其播放器材拥有很大的使用量,如果改进CD音质的同时需要发烧友们来一次彻底换机大行动的话,那是不太现实的,HDCD是现在所有CD格式的改进措施中最好的一种.HDCD有两种还原方式:第一是用专业的解码器将碟片内所含编码讯息解析出来,第二是它能通过普通CD机兼容播放且比普通CD唱片效果明显要好.现在许多进口和国产功放、DVD机、CD机和民用解码器上都配备有了专门的解码系统.所以大家大可不必担心HDCD唱片的音效要比普通的CD好很多.
HDCD唱片的识别
&&现在市场上很多CD唱片都印有HDCD标志,但实际上,由于HDCD唱片高昂的制作费用的原因,真正的HDCO唱片很少,怎样识别它的真假呢?
&&HDCD唱片不同于其它一些改进措施的CD唱片的另一明显标志是它有显著的识别标准,即它有标识指示灯.当唱片放入带有HDCD解码器的CD机、DVD机上时,解码器就会将HDCD的编码解析出来,此时,HDCD的指示灯就会亮起,证明这是一张真的HDCD唱片,相反,如灯不亮,就是假的.
&&从美国太平洋音响微音公司的HDCD的MODEL ONE(1型机)到今天的MODEL TWO(2型),构成了HDCD技术的推广主要也是依据专利方式进行的.
以上文章引用http://www.800buy.com.cn/hd/hdcd/main.htm#
第二部分:SACD
SACD与现在流行的CD相比有何优势?问:何为SACD?它与现在流行的CD相比有何优势?
答:SACD全称叫Super Audio CD,即超级音频激光播放机,它是由索尼和飞利普公司合作开发的一款具有全面取代CD音源实力的最新格式的数码播放机.1999年5月,当日本SONY公司推出全球第一台SACD格式的SCD-1型光盘机时,其超凡入圣的高保真度和音乐再现能力以及音质音色、动态范围和频响范围就已大大超过当时最高级的分体式CD播放机,经过两年来不断的改进与发展,SACD技术已高度成熟,其频率范围可达1 Hz-100kHz,动态范围及信噪比更可达120dB!成本也大幅度降低到几乎人人都可以买得起的范围.是目前Hi-Fi业界绝大多数专家和发烧友一致公认的最先进、音质最好的音源设备,以下附SACD和CD的参数和部分技术特性比较.
名 称 SACD CD
编码方式 1bit信号流 16 bit线性PCM信号
采样频率 2.8224MHz 44.KHz
量化比特数 1bit 16 bit
声道数 2 . 5 . 6 2
播放时间 双声道 109分 74分
附加信息量 900 k/s 43k/s
重放频响 2Hz - 100kH z 20Hz – 20kHz
动态范围 120d B 96dB
问:能简单介绍SACD的技术要点吗?
答:关于SACD的技术,简单地讲:它是SONY采用的DSD(Direct Stream Digital直接数据流)技术转换音频讯号,将1比特数据直接以1比特形式录制在唱片上.由于采用1bit量化不需要经过传统的PCM信号取样由十进制经多比特量化到二进制、重放时又必须由二进制转换为十进制的中间过程,所以电路及器件相对PCM数据流来说要简单得多,且精度高、成本低,编解码过程更是简捷方便.从理论上讲,重放端仅需要一个RC积分电路就可成功地还原音频模拟信号.同时,又从根本上剔除了PCM所固有的一些失真,使音频信号得以高度的返真还原.DSD制式的取样频率为2.8224MHz,较传统CD的取样频率 44.1kHz高出64倍,而总的信息容量为传统CD的4倍.理论上可以把频响范围扩展至1Hz-400kHz,这就大大超越传统CD20 kHz的极限.而64倍于CD的超取样频率,又可使听域范围的量化噪声完全被分配到人耳的听域之外.更因为DSD技术中又开发了所谓的“噪声整形电路”可进一步把可闻频带(0 ~ 20kHz)内的噪声进一步转移到20kHz以上的超音频范围中去,从而令SACD的信噪比高达120dB以上.
问:SACD和DVD-Audio号称本进纪取代传统CD的两大数码音源,就目前的实际情况,这两大音源孰优孰劣?
答:SACD和DVD-Audio虽原理不同、电路各异但都比传统CD的音质改善甚多.而就技术指标而言,SACD和DVD-Audio可谓旗鼓相当.因而两者之争至今也无法统一.但就目前的情况而言,SACD始终保持着领先的地位.
首先:在硬件供应方面,SACD已先一步走到DVD-Audio之前,早在两年前,SONY公司就有一款轰动业界的SCD-1旗舰问世,之后接踵而来的SCD-777SE、SCD-555、SCD-XB940,甚至影音兼容的DVP-S9000ES、Manantz公司的SA-1、SHARP公司的DX-SX1、先锋公司的DXAX100;飞利浦公司的SACD1000,还有日本著名的Hi-Fi精品金嗓子DP-100/DC-101分体机,其它如日本安桥、爱华、第一音响等等,不胜枚举.而DVD-Audio阵容到目前为止也仅有松下、胜利、天龙等几家公司的少量品种应市.不过近来DVD-Audio也在加快步伐追赶.
其次,软件供应方面也是SACD捷足先登,至今已有超过300款SACD唱片面世,国内看得到的也有近百种,其中SONY和Philips一方面凭借自己旗下的唱片公司源源不断地出版SACD碟以示支持.另一方面更说服Telarc、DMP、拿索丝、DIGITAL等发烧唱片公司加盟SACD陈营,不断推出SACD软件给广大消费者造成了“先入为主”的极深印象.而DVD-Audio却时乖命蹇,还在摇篮中就被计算机黑客破解了防盗版密码,从而大大推迟了DVD-Audio唱片推出的时间表,这也是许多饱受盗版之苦的唱片公司暂不考虑对DVD-Audio阵营支持的主要原因.
档次方面:SACD一开始就把自己定位于Hi-end级别,索尼推出的第一台旗舰SCD-1可谓极尽发烧之能事,无论内部用料、整机工艺都严格按Hi-end唱机规格设计,以后推出的中低档机型也严格按厚重沉稳,用料实在的发烧理念设计制造.深受广大Hi-Fi发烧友的青眯与肯定.而DVD-Audio陈营在与SACD的争斗中,一直把DVD-Audio当作是一种花费不多,效果不错的功能附加在普及型DVD影碟机上进行宣传的,给人的印象是一种大路货,加之DVD-Audio功能众多但并不专一,机身纤薄,用料一般,故在广大音响发烧友心目中并不好看,从而在档次上输给了SACD.
音质方面:由于SACD自身的定位以及1比特量化DSD直接数据流在技术方面的简洁和优势,大多数资深的音响发烧友经过亲耳聆听后,主观感觉都认为SACD在音质上略胜一筹.因而音响界许多朋友都认为,若组建家庭影院兼容Hi-Fi,DVD-Audio应该是首选.但若以玩高保真音乐为主,特别是以追求音质音色的至真至纯为目的的朋友而言,SACD是您理想的选择.
第三部分:下一代的音频霸主?-DVD-AUDIO
谁是下一代的音频霸主?金耳朵经常抱怨,CD虽然方便好用,但声音还是不够理想,欠缺温暖韵味,和做得较好的 LP(即传统黑胶唱片)比起来,还是差了一些. 资深的发烧友也知道音频载体大约在10~20年间就会出现一种替代品.44.1kHz取样频率、16bit量化标准的CD格式音频已生存近20年,看来快到退休期了. 据国际消费指南的统计,目前在世界各地消费者手上的CD机和CD ROM机约有七亿部,而CD唱片则已远远超过一百亿张.可从1997年开始,全球CD盘片销量却出现负增长,显然CD 即将要步出历史舞台,市场正期待新的生命.七倍于CD记录量的DVD出现令人们看到了曙光,早在1995年12月,由日立、松下、飞利浦、索尼等10家公司联合组建的DVD联盟就着手开发音频DVD.经过两年多的不懈努力,该制式标准已于1998年6月完成,并在1998年11月的东京音频展览会上亮相,DVD-Audio软件、硬件也同步亮相.就在DVD各系列产品全面出击之际,索尼与飞利浦公司却于1997年底离开拥有122个成员公司的DVD联盟大家庭,另辟蹊径,在经过了一年多的认真开发之后,又一种崭新的音频制式SACD(Super Audio Compact Disc)超级音频CD出现在我们面前.日,最终的SACD标准传出.1998年5月,两家公司宣布开发成功1.0版本的SACD.时至1999年的下半年索尼正式销售它的SACD机.而P a n a s o n i c也准备在2000年初把世界首台DVD-Audio机推向市场.至此,DVD-Audio与SACD两音频制式已摆开了对阵,一场音频制式战已拉开了序幕.那么,在纯音响方面,到底谁会成为CD的接班人呢?且看........
&&1999年上半年,举世关注的DVD-Audio V1.0最终版本终于在Forum (DVD Forum的成员包括东芝、三菱、日立、胜利等日本厂商)出台 .全球46家相关厂家,已经同意DVD AUDIO采用统一规格.此规格定义了DVD-Audio与DVD-VIDEO同样是单面唱片,分单层与双层两种,单层唱片信息存储量为4.7GB,约为CD的7倍.另外这项V1.0的DVD-Audio规范要求用户使用能处理6个音频信道,且在两个信道的立体声中能容纳74分钟录音的五英寸光盘.这种格式的光盘能提供9.6Mbps的数据传输率.除数字音频数据外,该光盘还能储存唱片的说明文字, 包括名称和演唱者的作品目录等. DVD音频V1.0版是目前最高、最全面的音频标准,它囊括了所有的声道模式;所有的取样频率和编码位(如取样频率48/96/192kHz44.1/88.2/176.4kHz;编码位有16/20/24bit)和所有的音频格式:LPCM、杜比数字、DTS、SDDS、MPEG.44.1kHz /16bit标准CD机一出现人们就听出了数码声,音感没有模拟音频柔和流畅.后来在还原系统上采用了高倍取样和再量化等技术,确实使后代CD机的声音越来越靓.高倍取样把还原音频中的高次谐波分量向高端推去,从而减轻了模拟滤波器的压力, 192kHz取样的基波频率(Sampling Frequency)就比44.1kHz取样频率要高出3倍.高端可达192kHz的频率响应完全能再现自然界一些高频超过20kHz的各种声音,而其高取样频率能使铙、钹和三角铁等尖锐刺耳的发声趋于平和,使各种乐器发声层次分明,立体声逼真,方位感清晰,而且192kHz格式经D/A变换后的信号, 对模拟滤波器的要求变得很低,普及型结构的机种也能放出很好的音质了.24bit(Quantization)的量化率可提供144dB的动态范围.宽的动态范围给音乐中的力度、环境、空间方位和分离度等方面提供更多的感觉.人类刚能听到1kHz声音时的声压是0dB,把耳朵刺得生痛的声压为140dB,差不多接近24bit的差距 .
&&每个数码字则由24个1或者0的数目组成,而量化的数值愈大,则表示音波可切分得更细,再还原成声音时,得到的细节就会更多.传统16bit/441kHz的CD录放之时,由于bit数低、取样慢、分析力弱、在PCM的过程,产生大量的混淆误差,出现无数的量化误差和数码信号的时间误差,这些误差令CD声音劣化.DVD就是因为bit数高、取样快、分析力强,因而精确、细密,使上述的误差得以消除.不难想象,真正24 bit/192kHz的DVD-Audio一定靓声. 前年日本电子展中Pioneer率先展出DVA-24bit/96kHz 的DVD Audio 样板机,去年Pioneer扩大展出规模,推出新的样板机DV-LX10,Panasonic也正式加入DVD-Audio, 而今年不论Pioneer或Panasonic都已经将两声道播放时的规格提高到24bit/192kHz.近日Panasonic更领先全球,开发出世界上第一台既可播放传统CD和DVD盘片,又可播放最新的DVD音乐光盘的DVD-Audio商品机.并将于近期以Panasonic、Technics和National等不同品牌在美国、日本两地上市. 软件业者也将配合发行爵士、古典等数十种DVD.而令人印象最为深刻的还是24bit/192kHz两声道的模式,信息量与空间感都达到相当惊人的地步,无论是声音清晰度、声音的质感、动态范围还是方位特性,DVD-Audio均远超过CD唱片.192KHz 是指取样频率,24Bit 则是指量化,两者都是将乐器发出的声音作数字录音时,必须运用到的规格,也是决定声音优劣的因素.
松下的Panasonic DVD-A7(见上层图) 与Technics DVD-A10(见下层图)是即将面市的世界首批DVD-Audio∕Video“兼容”播放机.
&&正如各方预期,这两款DVD家族最新成员,果然配备了众所瞩目的高位高取样DAC,松下宣布两机内置以“MASH”技术研发出的「Noise Shaping(噪讯修整式)」新型DAC,最高可以对应至两声道24bit∕192kHz,与六声道24bit∕96kHz的LPCM处理. 而且为了确保高品质模拟讯号的纯净,这两款机种设计了可隔离噪声的“虚拟电池”,并且采用独门“Class AA”电路,完全分离处理各式数字∕模拟、与影像∕声音等讯号,以隔绝干扰.另外更令人兴奋的是,这两款机种不仅仍可播放CD∕VCD,兼容DVD-Audio∕Video,甚至还已经内置好现成的DTS与Dolby Digital解码电路,与5.1声道模拟输出端子!而且相关的基本前级环绕设定功能,两机都一律齐备,无论音响迷还是AV迷,都可以一次完全升到顶级,不需再另购一堆DAC或解码器,这样玩家可节省一大笔的卖机经费了.两款兼容机仍然内置两声道“V.S.S.虚拟5.1环绕”功能,而且耳机输出时仍然有效.“Cinema剧院模式”可以针对画面内容,自动消除噪声,减少闪烁,并增进暗部细节;同时也可以提升中央声道里对白的清晰度,而不影响整体音量.跟DVD-A7相比,DVD-A10采用的部分组件更为高级,设计上更为讲究.配备了“R-core变压器”,与独家“竹 II 电解电容”;还有新式24∕192芯片数字处理电路,就算是播放传统CD,也能进一步提升音质.此外,虽然DVD-A10与DVD-A7的外观相同,但前者的机箱下方另附有重量级的“复合结构避震底板”,因此两机重量分别为8.6及5.2公斤.两机没有倍频输出,这点未免令到想欣赏高质的景象效果的玩家失望.不过,最令人惊讶的是,这两款功能齐备DVD-Audio∕Video兼容机,价格不仅远低于其主要对手--SACD播放机,甚至比起目前一些DVD-Video单机,还要便宜许多!定价分别为DVD-A7日币十二万∕美金$999.95 ,及DVD-A10日币十五万∕美金$1,199.95,吸引死了!
&&宣布近期推出DVD-Audio商品机除了松下外另一品牌是Pioneer,型号为DV- S10A(见上层图),与价钱平些的DV-AX10(见下层图).它与Panasonic的两款新机共同特色是,它们都是DVD-Audio的兼容机,都可播放DVD-Audio∕Video软件.Pioneer DV- S10A的外型和该公司的当前代表性机种DV -S9相似,延续相同风格,但内里则大不相同.首先,在Audio方面,共可分成两大部分,一是作两声道的立体声(Stereo)使用时,此机即可以内置的声频DAC(数字模拟转换器),将最高规格的192KHz/24Bit, S/N比高达120dB,音乐讯号完整呈现;二是作多声道的环绕音效使用时,此机即可以96KHz/24Bit的规格产生6个数字声道,重现环绕声音效果.换句话说,在Stereo的情况下,将可再生最美好的音乐.
事实上此机具有新开发的纯声频时基参考功能,可对应44.1KHz及48KHz两种系统,因此能播放多种音频讯号,不会出现那种软件无法播放的情况.而新设计的Hi-Bit IC则能将原来16 Bit的讯号转换成24 Bit,可提高分辨率.至于内置dts及Dolby Digital双数字环绕音效则快变成是Pioneer 高级DVD的标准配备了.其次,在Video 的部分,值得注意的是,此机已开始采用循序扫描(Progressive Scan),以倍频方式进行图像扫描,这样做之后,就可使得DVD影像画质再进一步提高,看起来会更细致美丽,赏心悦目.事实上循序扫描正在逐渐取代传统的隔行扫描方式,将来会有更多的DVD播放机跟着采用.不过必须提醒的是,因为循序扫描的扫描频率高出一倍,所以如果家里的电视太旧,将无法播放,变成有了新DVD机也不能观看的情况.Pioneer计划在2000年第一季才推出DV-S10A上市,目前售价未定,但在日本的参考售价则是20万日币.至于松下的两款新型的DVD-Audio有许多功能都与Pionee DV-S10A/DV-AX10相同,例如192KHz/24Bit的高音质立体声播放等等,不过此机并没有循序扫描输出功能.以此机播放DVD-Audio 软件时,再接电视,那么即可从屏幕上看到专辑的相关资料,例如乐曲解说、歌词等等,甚至还可以像幻灯机一般,播出静态的歌者、指挥等碟片内置的文字与图像信息.
&&除了上述两机外还有VictorXV-D9000DVD DVD-Audio∕Video兼容播放机,DVD-A24/192不用多讲,CD部份是Victor独门武器K2——ExtendedK2Processing,如果听过XRCD的发烧友都知经K2后的威力;而且Video部份与Pioneer DV S10A一样具备顺序扫描输出端,无论声与影,都可堪称一流.
&&可能有人会突然想问:有了DVD-Audio的机器,那......DVD-Audio片子在哪里呢?本来这 并不是问题,因为DVD-Audio软件发行上的最后关键——著作权保护问题,在年99年上半年时终于解决,DVD-Audio盘片上已经确定使用“数字水印”技术限制翻版.而原本松下公司DVD音频产品原计划采用CSS2“数字水印”版权保护系统,但是,在DVD视频产品上使用的CSS版权保护系统在一个月前遭到挪威的技术开发机构MoRE( Master of Reverse Engineering)破译之后,原来制定的计划陷入一片混乱之中. CSS2版权保护系统是CSS版权保护系统的更新版本.由于DVD视频产品的版权保护系统被破译,人们担心DVD音频产品中的版权保护系统也会被破译,因此,大家正在考虑使用更强有力的保护措施.松下将推出一种新的版权保护系统,它将拥有更强大的密钥和全新的编码系统.松下公司,东芝公司,英特尔公司和IBM等过去推出 CSS2系统的企业,正在开发一种新的替代系统.一旦开发工作完成之后,这四家企业将提议DVD论坛把新的替代系统作为标准.就在DVD格式的开发者们正在忙着寻找一种新的版权保护系统之际,松下公司表示,它预计将会把DVD音频产品的发布日期推迟.其它准备推出DVD-Audio的公司也因此而不约而同决定或考虑暂缓推出,以避免新盗版风潮发生,这就比本以提早占领市场的SACD提供了有利的条件.
SONY/PHILIPS DSD/SACD
&&为了争夺新一代音频格式盟主的地位,飞利浦在1996年宣布与索尼共同开发DSD新技术来取代DVD的音响制式,并于今年的3月4日正式颁布了SACD1．O版本技术规范,而更令人高兴的是前段时间索尼刚刚推出了世界上第一台商品化的SACD播放机——SCD-1(见图).SACD唱片制式使用DSD(Direct Stream Digital)定向信息流数字编码技术,其高密度层采用无损耗数据压缩系统(一种由索尼与飞利浦联合开发的预先编码与平均信息量编码的综合方式),其原理是利用一种连续流通有次序地处理的数码信号.SACD技术根植于的PWM理论,Pulse Width Modulation, 脉冲宽度调变,听起来很复杂,但其实却是非常直观的观念.
&&大家知道,数字输出就是高低电位的变化,如果我们控制 高低电位变化的时间,那不就是等于控制脉冲的宽度? 真够简单的!只要让“1”久一点,脉冲就长一点,让“1”短一点,脉冲就短一点.而“t”越小,就代表数字输出端所能呈现脉冲宽度变化更为细腻. 更为细腻?这就是“调变频率”高一点. 摆在CPU或数字系统上,这意味速度快一点,让我们可以用更快的速度缩短输出时间间隔,呈现最细致的变化. 想想极端的例子,如果CPU的输出仅能做到每秒切换一次高低(t=1秒),或者每秒切换100,000次,哪个厉害?哪个 “一齿、一齿”少?当然是后者.如果,每秒切换速度在2,000,000次以上,大概只要用一个很简单的低通滤波器就可以没什么“一齿、一齿”,平平滑滑的了,这就是SACD.当音乐储存在软件上时,呈现的状态是PWM的,即用一对0与1来表示脉冲宽度的关系(当然还是用上许多编码技术啦),然后利用一些机制把这些0与1捉出来 ,变成很直观的长短脉冲,接着送入低通滤波器,然后出来便是我们能听得懂的模拟音频信号.而整个PWM 的过程就是DAC——一个简单的DAC.以电路而言简单直接就是对保证信号真实还原最好的方式,故此这设计无论从对音质的优化还是对节省整机的价钱都是一个很好的主意. SONY/Philips强调的是,如果有一天软件储存技术更高了, 运算技术也更强悍,几乎不必动到DAC,我猜,SONY指的是那个低通滤波器,因为我们只是把更密集的脉冲送入低通滤波器、换取更佳的音质.SACD是基于直接数据流DSD技术开发而成,因此SCD-1播放机的核心是DSD解码芯片.在进行DSD解码之前,它首先识别并读取SACD盘片上的数字水印,若发现是非法软件,则拒绝播放;若确认为合法软件,则借助于一个大容量的缓冲存储器来重新安排输出数据,以形成连续的数据流; 该机所采用的电流脉冲D/A转换器,是索尼最新开发的新型芯片,可将来自同步控制器的输出电压转换为一连串的高精度脉冲信号.
SCD-1针对CD过多使用数码滤波而影响音色的弱点,由头到尾采用1bit脉动音响信号贯穿全程,简单直接,原音原色.再加上它采取比传统CD高出64倍,即2.8MHz的惊人速度去取样, 故此,它能准确地截取记录每一个最细微的原始声音.SACD是DSD制式下的新软件, 它同CD一样大小,分两层组成:第一层是CD层,采用独家的超比特变换技术把DSD处理过的音信储存到此,可用所有的CD机播放.第二层是高密度层,容量达4.7GB,里面包括正式DSD的两声道立体音信,频带达100K,动态120dB,比起CD的96dB,史无前例.另外,此处还包含DSD六声道的相同音信及其它的图文资料, 听过真正DSD/SACD的人士都说其瞬变和动态惊人,声音非常纤细,极度透明, 而且它十分悦耳和富于音乐感.另外现正使用CD的朋友也绝不须担心,超级音频CD最突出的特点是与CD唱片的双向兼容性,故此在这方面它绝不顾此失彼.为了增强播放CD时的音频性能, SCD-1采用了一种新的可变系数数字滤波器(VC24).
&&它能以24bit的字长进行数字滤波运算,精度和效率远高于普通CD唱机采用的恒定系数滤波器,音质自然是会较普通的唱机播放为好.在外观上金属加工层次颇有Sony顶级高价机种的风范,就连造型设计亦是极为相近.至于转盘方面更采用了近似SONY CDP-XA7ES SONY Fixed Pick Up Mechanism(光头固定读取系统)素质就更不用怀疑了.在继SCD-1之后SONY还推出较平价的SCD-777ES(见图),它采用上方置片,机械仍是沿用固定激光头的方式,喜欢SACD的玩家又多一个选择的机会了.近期索尼已在日本本土发行了多张SACD唱片,内容有古典音乐和爵士音乐 ,据称今后每个月将新发行10张左右的SACD软件,看来SONY在这次世纪之争是志在必得的.除了SONY之外还有其它的公司如Aiwa等也推出它们的样机.只可惜真正商品化的SACD暂时仍然只Sony一家孤军作战.
两种制式相比有以下异同:
&&1、相同点: 1)光盘直径和CD唱片一样,为122)都系单面存储信息;3)存储的都是数字信号;4)主要存储的均是音乐节目;5)都可记录文本、图形和活动图像等附加信息;6)音质都好于CD;7)都为保护版权考虑了相应的防范措施;8)都有双声道与多声道两种放音声道模式;9)目前都不能相互兼容播放对方.
&&2、不同点 1)DVD-Audio所用1.2mm厚的光盘结构与DVD-Video相同.系两片0.6mm的基片粘合而成,而SACD所用1.2mm厚的光盘结构则与一般CD唱片相同,无需两片相粘;2)DVD-Audio除标准12cm直径光盘外,还有8cm直径的小型光盘,而SACD仅有12cm直径光盘一种;3)DVD-Audio唱片有单层与双层两种,而SACD唱片仅双层一种;4)DVD-Audio唱片的双层是性质相同的信息记录层,而SACD双层则一层是一般的CD层,而另一层是高密度HD层;5)DVD-Audio可提供一套以上的多声道放音,而SACD只提供一套;6)DVD-Audio可向下兼容播放CD唱片,而CD唱机则不能向上兼容播放DVD-Audio,系单向兼容;然而SACD可双向兼容播放,即SACD播放机可播放CD唱片,同样,CD唱机也可播放SACD唱片;7)DVD-Audio的播放时间有多种,而SACD的播放时间仅有一种,与CD一样,里外两层均为74分钟;8)DVD-Audio的声道设置有2、3、5、6四种,而SACD的声道设置是2、4、5、6四种;9)DVD-Audio的信号编码采用与CD一样的线性脉冲调制,而SACD信号编码采用的是索尼公司开创的DSD定向信息流数字技术.
&&DVD-Audio与SACD的较量已不可避免,谁胜谁负或以兼容形式握手言和分庭抗礼,长期共存,目前不得而知.谁是下一代音频载体的真命天子,读者不妨拭目以待.
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