高性能音頻解決方案

　　在歷史上的某個(gè)時(shí)候，音頻是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的技術(shù)。當(dāng)美國愛迪生發(fā)明了留聲機(jī)的時(shí)候，他宣告了一個(gè)革命性家庭娛樂時(shí)代的開始。人們可以在自己家里聆聽預(yù)先錄制好的音樂。不幸的是，愛迪生發(fā)明的固有聲音質(zhì)量是比較差的。而且，早期的基于金屬箔的錄音帶的壽命也很有限，因此對更高音頻質(zhì)量和更長壽命的渴望導(dǎo)致了78蟲膠(shellac)唱片的誕生。

　　但聲音質(zhì)量由于當(dāng)時(shí)使用的喇叭放大器的高噪音水平和非常低的音量水平仍談不上完美。1940年哥倫比亞(Columbia)發(fā)明的33 rpm乙烯基LP唱片、真空管和隨后的基于晶體管的電路、以及立體聲唱片標(biāo)示著在開發(fā)高性能音頻解決方案方面又邁出了戲劇性的一大步。

　　盡管一路上不時(shí)有新的技術(shù)出現(xiàn)，但只有1982年P(guān)hilips和Sony推出的CD(緊湊型光盤)才促成了數(shù)字音頻革命的真正開始。不過，盡管數(shù)字音頻唱片和制造技術(shù)在傳統(tǒng)唱片行業(yè)里被廣泛使用，但回放設(shè)備仍然是模擬的。

　　聲音質(zhì)量的大幅提升能否惠及普通消費(fèi)者和數(shù)字音頻格式的采用成為衡量未來音頻系統(tǒng)的基準(zhǔn)。

　　這一音頻技術(shù)發(fā)展史很大程度上聚焦在音頻信號再現(xiàn)能力的改善上，以在家庭中盡可能精確地恢復(fù)原始的音頻信號。

　　這一原則已經(jīng)在過去的數(shù)年中隨著音頻市場分裂成不同的縫隙市場而受到逐漸侵蝕，音頻性能、格式和記錄介質(zhì)已經(jīng)針對有關(guān)應(yīng)用高度優(yōu)化。如Mini Disc、便攜式MP3播放機(jī)和DVD視頻播放系統(tǒng)這樣的新產(chǎn)品在為消費(fèi)者提供新的音頻體驗(yàn)的同時(shí)，也在強(qiáng)調(diào)它們并不是在朝高性能音頻信號再現(xiàn)方向努力。

　　最近大多數(shù)數(shù)字音頻系統(tǒng)的研究集中在如何大幅降低為得到“近似CD”質(zhì)量音樂的再現(xiàn)而所需的位速率。為了在窄帶電話網(wǎng)絡(luò)上快速傳輸大型聲音文件或?qū)⑺鼈兛焖俅鎯υ谙耖W存卡這樣的固態(tài)媒介上，上述努力是非常需要的。例如，使用MP3對CD位速率進(jìn)行編碼可以將速率降低11倍，從12Mbps降到96kbps，但仍然能很好地再現(xiàn)原聲。

　　目前市場上有許多不同的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其中一些標(biāo)準(zhǔn)在市場上比其它標(biāo)準(zhǔn)更加成功。大家比較熟悉的音頻標(biāo)準(zhǔn)包括MP3、Dolby Laboratories的AC-3、Microsoft WMA和Franhofer Institute的AAC。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)(如Huffman編碼或行程編碼器)對音頻數(shù)據(jù)的壓縮效果不是很好。幾乎所有的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)都使用了人類聽覺的心理聲學(xué)模型。

　　它們使用了三大關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)要剔除低于最小聽覺閾值的聲音時(shí)，使用頻率屏蔽技術(shù)。當(dāng)一個(gè)大幅度信號非常接近另一個(gè)較低幅度的信號時(shí)，使用幅度屏蔽技術(shù)。從而小信號被大信號屏蔽，因此小信號將不被編碼。最后，當(dāng)不同音調(diào)在時(shí)間上非常接近時(shí)，使用時(shí)間屏蔽技術(shù)。從而可屏蔽掉在一個(gè)較柔和聲音前或后的高音，并把它丟棄掉。

　　因此，還有誰在關(guān)心高性能？市場看起來就好像消費(fèi)者不再渴望新的更高質(zhì)量的音頻標(biāo)準(zhǔn)。但盡管市場氣氛冷漠，我們正處在提供超高質(zhì)量數(shù)字音頻的革命性時(shí)代的前沿。

　　盡管最近才正式商業(yè)發(fā)布，DVD Audio是業(yè)內(nèi)宣布的第一個(gè)高帶寬、高分辨率音頻系統(tǒng)。這一特殊音頻格式是DVD論壇提出來替代CD的，它是DVD Video標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)派生格式，未來它可能允許回放以192 kHz采樣率和高達(dá)24位分辨率錄制的音頻信號。

　　DVD論壇是最早的對新的音頻規(guī)范有決策權(quán)的機(jī)構(gòu)，其成員包括：JVC、Panasonic、Pioneer、Samsung和Warner Brothers。一個(gè)由33家成員公司(10家原始DVD論壇成員、再加上包括英特爾公司和感興趣半導(dǎo)體公司在內(nèi)的其它公司)組成的獨(dú)立組織準(zhǔn)備付清開發(fā)1998年后期首次公開的DVD-Audio格式的入會費(fèi)。

　　DVD論壇的音頻工作組公開了對3種類型的DVD音樂光盤和3種類型的DVD播放機(jī)的詳細(xì)建議，它們都具備不同的性能。該規(guī)范支持：PCM和包括雙聲道24位96kHz和192kHz立體聲錄音在內(nèi)的壓縮音頻格式、壓縮4/5/6聲道編程、甚至由24位96kHz前部聲道數(shù)據(jù)和24位96kHz環(huán)繞聲道數(shù)據(jù)組成的5聲道方案。

　　需要指出的是，DVD-Audio格式將與其它DVD格式相互共存。它們包括：

•純音樂DVD盤含有一個(gè)符合被提議的DVD Audio規(guī)范的音樂程序，它也可能含有文本、靜態(tài)圖片和一個(gè)可視的屏幕菜單。這類光盤可以在DVD-Audio播放機(jī)(它可以回放PCM音頻，但不要求它回放Dolby Digital、DTS和MPEG音頻)和電影/音樂組合播放機(jī)(它可以回放DVD-Audio光盤和符合當(dāng)前DVD Video規(guī)范的光盤)上回放。

•混合純音樂程序(符合被提議的DVD Audio規(guī)范)和動態(tài)音樂視頻(符合當(dāng)前DVD Video規(guī)范)的組合光盤，音樂視頻可以在組合(或通用)電影/音樂播放機(jī)和專用純視頻播放機(jī)(如當(dāng)前市場上的那些型號)上回放。純音樂程序可以在電影/音樂組合播放機(jī)和純音樂播放機(jī)(它也可以播放音樂視頻的音頻部分)上回放。

•第三種類型光盤(它被看作是DVD Video規(guī)范的擴(kuò)展)可以存儲電影和音樂視頻，但它也含有一個(gè)“音頻導(dǎo)航文件”，該文件可使得視頻內(nèi)容的任何授權(quán)音頻部分在專用DVD-Audio播放機(jī)上回放。可在純音頻播放機(jī)上回放的授權(quán)音頻部分的格式可以是PCM音頻、Dolby Digital、DTS和MPEG音頻。

　　數(shù)字音頻的最常見數(shù)據(jù)格式是脈沖編碼調(diào)制(PCM)。CD使用以44.1kHz采樣頻率錄制的16位PCM數(shù)據(jù)，DVD-Audio盤也使用PCM數(shù)據(jù)格式，因此用來處理DVD-Audio數(shù)據(jù)的技術(shù)與CD是一樣的。典型的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。注意：在sigma-delta DAC之前，有一個(gè)數(shù)字濾波器用來處理過采樣和防止圖像抖動。

　　Alec H. Reeves在1937年發(fā)明了脈沖編碼調(diào)制(PCM)，當(dāng)時(shí)他在法國國際電話和電報(bào)公司工作。PCM在1962年首次用于電話傳輸，當(dāng)時(shí)集成電路的發(fā)展使得這樣的應(yīng)用已具備實(shí)際意義。狹窄的4kHz聲音頻段采用8kHz頻率進(jìn)行采樣，每個(gè)脈沖采用一個(gè)數(shù)字值進(jìn)行編碼，然后把這些數(shù)字值當(dāng)作一個(gè)線性系列相似脈沖進(jìn)行分時(shí)傳輸，每個(gè)脈沖采用及時(shí)從聲波上的特定點(diǎn)上采樣到的幅度進(jìn)行編碼。

　　在過去的15年里，ADC和DAC系統(tǒng)的性能一直在穩(wěn)定地增長。下面的音頻DAC表簡要列出了今天最先進(jìn)的DAC和1986年最先進(jìn)的DAC之間的性能比較。現(xiàn)在，將廣泛的數(shù)字濾波技術(shù)集成進(jìn)今天的DAC轉(zhuǎn)換器中不僅在技術(shù)上是可行的，而且也非常經(jīng)濟(jì)。如Wolfson Microelectronics公司的DAC器件WM8740具有完全支持最新DVD-Audio標(biāo)準(zhǔn)、CD和其它使用PCM格式數(shù)據(jù)的數(shù)字音頻系統(tǒng)的架構(gòu)。

　　DVD-Audio提供了空前的高質(zhì)量音頻回放潛力，不過，DVD-Audio并不是唯一的高質(zhì)量音頻標(biāo)準(zhǔn)。Sony和Philips也已經(jīng)合作開發(fā)了一個(gè)稱為Direct Stream Digital (DSD)的競爭標(biāo)準(zhǔn)。1999年在日本公布的Super Audio CD (SACD)與PCM格式CD和針對數(shù)字音頻的DVD標(biāo)準(zhǔn)不兼容。

　　DVD-Audio格式采用了線性PCM編碼方法，與目前CD格式采用的一樣，但最高采樣頻率提高到192 kHz，動態(tài)范圍也增加到24位。作為對比，DSD格式采用了一個(gè)稱為直接數(shù)字流(DSD)的編碼技術(shù)，其最高采樣頻率為2.8224 MHz。DVD-Audio盤和Super Audio CD盤能夠承載高達(dá)6個(gè)聲道的環(huán)繞聲信息。Super Audio CD系統(tǒng)還包括一個(gè)稱為Direct Stream Transfer的無損編碼方法，它可以將光盤上的數(shù)據(jù)減少一半，它使得單個(gè)高密度層就可以同時(shí)容納一個(gè)多聲道和兩聲道程序。在回放時(shí)，數(shù)據(jù)的恢復(fù)理論上不損害數(shù)據(jù)完整性。DVD-Audio也有一個(gè)稱作Meridian Lossless Packing (MPL)的無損壓縮方案，它執(zhí)行一個(gè)類似的數(shù)據(jù)壓縮處理。

　　DSD的關(guān)鍵優(yōu)勢是理論上更簡單的信號鏈。位流直接記錄到光盤介質(zhì)上，這可消除實(shí)現(xiàn)昂貴的數(shù)字濾波器的必要性。不過，對于準(zhǔn)備采用DSD的音樂業(yè)界來說，它們必須購買新的設(shè)備。現(xiàn)有的混音臺、錄音控制臺和數(shù)字錄音機(jī)現(xiàn)在都不支持PCM。

　　一個(gè)不可避免的問題是，哪個(gè)系統(tǒng)能提供產(chǎn)生最高質(zhì)量音頻的潛力。不幸的是，今天還無法對此進(jìn)行精確的評估，因?yàn)闆]有允許我們做出正確判斷的素材。但完全可以說，這兩個(gè)系統(tǒng)都可提供性能遠(yuǎn)超CD的潛力。我們將會看到另一場VHS對BETA的大戰(zhàn)嗎？在VHS對BETA的大戰(zhàn)中，性能差的系統(tǒng)由于得到來自軟件和零售行業(yè)的更好支持而變得更加流行?；蛘逥VD-Audio和DSD將會共存？幸運(yùn)的是，對工程師來說，一個(gè)播放機(jī)支持兩種標(biāo)準(zhǔn)從技術(shù)上而言是可能的。

　　消費(fèi)者可能發(fā)現(xiàn)，他們在決定這兩種新的下一代超級音頻標(biāo)準(zhǔn)的未來時(shí)處于一個(gè)非同尋常的位置。很可能最成功的格式將是那個(gè)最能抓住消費(fèi)者聽覺的格式，而不是技術(shù)上最優(yōu)秀的那個(gè)格式。

　　與此同時(shí)，市場上好像對最新的互聯(lián)網(wǎng)音頻小玩意有很旺的需求，不過，沒有人在大聲呼喚這些超高性能的音頻標(biāo)準(zhǔn)，除了那些準(zhǔn)備付更多的錢購買一臺Hi-Fi系統(tǒng)、一輛豪華汽車、以及想證明CD與DVD-Audio或DSD定性區(qū)別的音樂發(fā)燒友。

　　因此你還煩惱啥？我相信有很多人問過如何發(fā)現(xiàn)新世界或到肯尼迪航天中心登月等類似的問題。他們怎么可能預(yù)見到超級能量的出現(xiàn)或適合于航天領(lǐng)域的硅芯片技術(shù)的加速度發(fā)展？

　　與此同時(shí)，這些下一代音頻系統(tǒng)也不太可能像創(chuàng)造了一個(gè)新紀(jì)元那樣激動人心，目前在這個(gè)星球上幾乎看不到有一樣?xùn)|西可以在你的家里在你的眼前被重新創(chuàng)造出來，它能夠超越音樂的某些最高性能所帶來的情感影響。能夠觸及你的靈魂的那些東西是無價(jià)的。

　　Julian Hayes目前是Wolfson Microelectronics公司的行銷副總裁。他于1998年加入該公司并領(lǐng)導(dǎo)其音頻業(yè)務(wù)的拓展。在加入Wolfson之前，他已在ADI公司工作了十年以上，其間他一直擔(dān)任銷售和行銷方面的多個(gè)不同崗位。Julian Hayes擁有南安普頓大學(xué)的物理學(xué)榮譽(yù)學(xué)位，他的個(gè)人興趣有騎車、高端Hi-Fi、cordon bleu烹飪和照顧家庭。