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音響基礎(chǔ)知識大普及(五)

作者: 時間:2013-04-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
以避免磁帶的飽含失真,而對于一個數(shù)字記錄系統(tǒng)過載可導致出現(xiàn)不必要的量化誤差(數(shù)據(jù)碎片),同樣會對音質(zhì)產(chǎn)生影響。為此普通A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)備都有一個絕對最大錄音電平(0dB)以保證峰值不削波。HDCD采用獨特的振幅編碼技術(shù),可獲得比常規(guī)數(shù)字記錄多出一個比特(相當于+6dB)的容量來處理大動態(tài)信號。由于采用數(shù)字運算處理方式,這個擴展信息能以精確穩(wěn)定的特性控制重放設(shè)備的譯碼器復原。加上數(shù)字處理特有的“超前處理”(Look ahead)能力,所以系統(tǒng)能在一個大信號開始前瞬時恢復增益,提供更大信息容量避免信號瞬時過載。

  對于這個一個比特的信息擴張量,何時操作受制于HDCD的隱含控制碼(稍后講到),對于普通CD播放,信息無變化,而用HDCD譯碼器播放,則可在隱含碼的控制下,信息準確膨脹,達到大動態(tài)播放的目的。

  高頻擾動技術(shù)(Dither)。采用高頻擾動技術(shù),可提高量化信號的分辨能力,使之量化器的非線性變換特性得以改善,降低低電平信號的諧波失真,而且有可能重現(xiàn)低于量化差值的信號。但如添加不當,高頻振蕩(dither)將會變成真正的添加噪聲。HDCD技術(shù)采用了改良的高頻擾動技術(shù),使得音樂細節(jié)更為豐富而噪聲低不可聞。

  HDCD隱含控制碼。對于HDCD的最后量化操作部分,為準確控制HDCD編碼記錄的超量信息在解碼器上精確播放,特設(shè)置一相關(guān)的控制代碼,這個代碼被插入數(shù)據(jù)記錄的字組段中的最小有效位LSB位,如被普通CD機播放該碼為隱含而不被激發(fā)。由于所處的特定位置且只占LSB位元的1%~5%,對于CD音質(zhì)的影響弱不可聞。當用HDCD解碼器播放時,系統(tǒng)可準確捕捉該隱含碼并用來激活主要數(shù)據(jù)通道的信息,使得信息量膨脹,得到數(shù)倍于普通CD格式的信息輸出,經(jīng)DA轉(zhuǎn)換即可獲得大動態(tài)、細節(jié)豐富、高信噪比的模擬音頻信號。

  為避免誤碼操作,HDCD采用在主副通道設(shè)置雙重代碼同步計時器,這樣它與該字組段中的主要信息相伴而生時序不會錯位。只有在隱含碼與主要相關(guān)代碼呼應(yīng)時,主通道選擇數(shù)據(jù)才有效,否則取消解碼操作。

  模擬音頻信號經(jīng)緩沖器低通濾波后,先進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,并用一個高頻擾動信號對ADC實時控制,量化產(chǎn)生88.1kHz、24bit數(shù)據(jù)流,該數(shù)據(jù)流向主副兩通道,主通道信息被延遲存儲,而副通道信息相對于主通道提前一個分量進行數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生控制信號,該信號動態(tài)控制數(shù)字濾波器做取樣率變換,振幅編碼和增益控制。最后由微處理器將分析、濾波、數(shù)據(jù)再格式化容易被漏失的信息分離(這些信息可能涉及到音色、聲場、微細聲音),與控制碼一起組合生成隱含碼被插入主通道音頻數(shù)據(jù)LSB位,經(jīng)高頻擾動處理后再量化為16bit/44.1kHz標準CD格式輸出,完成全套HDCD編碼過程。

  HDCD的解碼過程與PMD100

  HDCD的解碼操作是編碼過程的逆動作。設(shè)計目的是在DAC的數(shù)字濾波器部位用HDCD解碼專用集成電路取代,完成HDCD信息解碼及超取樣數(shù)字濾波雙重作用。

  解碼器首先檢測數(shù)據(jù)流中的LSB位中是否攜帶有HDCD隱含碼,如有則按照隱含碼的連續(xù)指令激活主通道音頻數(shù)據(jù)信息使之膨脹,恢復在編碼過程中對數(shù)據(jù)信息的壓縮。由于隱含碼的控制,可準確地對波峰進行適時擴展,對低于平均電平值的信息做適當?shù)脑鲆嫦聹p,因此HDCD方式可獲得高于常規(guī)的大動態(tài)及小信號的高清晰度。

  作為HDCD的唯一解碼芯片是美國PMI公司生產(chǎn)的PMD100,該芯片需經(jīng)授權(quán)使用。它是一個28腳DIP封裝的大規(guī)模集成電路。

  當PMD100接收到輸入數(shù)據(jù)為HDCD編碼方式則自動轉(zhuǎn)換到HDCD解碼格式下工作,并在其27腳輸出電流驅(qū)動LED發(fā)光管做狀態(tài)指標。

  當非HDCD信號時,信息數(shù)據(jù)被接收做常規(guī)超取樣數(shù)字濾波處理,因此該器件有雙重特性。在做普通CD格式數(shù)字濾波器使用時該器件特性也相當優(yōu)良,通帶紋波從0~20kHz不超過0.0001dB,阻帶衰減》120dB。

  該器件的其它特性為:

  ·具有2、4、8倍超取樣數(shù)字濾波

  ·可接受24bit輸入數(shù)據(jù)及同精度處理

  ·可按受32~ 55kHz任一輸入取樣頻率

  ·輸出16、18、20及24bit不同數(shù)據(jù)格式

  ·具有數(shù)字去加重功能

  ·可用0.188dB步長進行數(shù)字音量控制

  ·時鐘頻率為256fs或384fs可選

  ·具有軟、硬兩種靜噪方式

  ·提供硬件設(shè)定及程序方式兩種控制模式,

  ·提供8種不同類型的高頻擾動模式以適應(yīng)不同類型的DAC

  ·提供恒定輸出時鐘到DAC,即使輸入數(shù)據(jù)和主脈沖都丟失也能保證DAC輸出無偏移和產(chǎn)生脈沖的可能

  解碼芯片PMD 100的管腳排列與一些頂級數(shù)字濾波器有相似之處,如SM5842、SM5803、DF1700等,因此在有上述濾波器的DAC或CD機上,通過稍加改動就可將普通CD機或DAC改為具有HDCD解碼功能的處理器了。


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