高分辨率音频技术林林总总

技术分类: 消费电子设计  | 2003-05-31
Brian Dipert,EDN高级技术编辑

各种最新的音频格式的优势可能已给芯片提供商、软件提供商、技术提供商、系统制造商和媒体生产商都带来了明显的利益,但对消费者来说其好处则好像并不那么明显。如果把这种情况与这些格式的多样性和不兼容性联系起来,则这些格式最终全都可能各得其所。
  借助高解析度音频格式(即采样长度大于 16 位的格式、采样频率高于 48 kHz的格式或采样长度和频率分别大于16位和48kHz的格式),音频行业希望找到使消费者再次购买的欲望促销“秘诀”。这些较大参数听起来很诱人:24位采样,192 kHz 和 2.822 MHz 采样率。然而,正如PC 行业最近发现的那样,存在着一个价格上限;超出这个上限,尤其是在缺乏有吸引力的应用时,客户就不愿意掏钱了。
  你在设计新的音频增强系统时要考虑的两个重要问题是:预期的客户接受程度和达到这一接受程度的价位。哪种候选格式最有机会获得商业上的成功呢?原因又是什么?
  Pacific Microsonics 公司也许是第一家开发出一种被行业广泛采用的高解析度的音频技术的公司。HDCD(高密度兼容数字)音频建立在行业标准的音频 CD 和 音频DVD 基础上(图1)。通过在已改
变的 LSB(最低有效位,在这些格式存储的音频采样中的平均比例不到 5%)内嵌入控制信息,开发商们声称,如果播放设备包含一个 HDCD 解码器,则 HDCD 能够极大地扩大音频的动态范围。否则,已改变的 LSB 就是类似于高频颤动的不相关的噪声,而且实际上是听不见的。
  隐藏在 HDCD 的“20位”热销后面的技术有三种基本形式。首先,由于音乐特性在四种抗混淆 FIR(有限脉冲响应)滤波器(它们在 16 位采样和 22 kHz 采样率之间具有不同的特性)之间随着时间的推移而变化,HDCD 编码可以进行动态选择。对频率抑制和瞬时响应进行平衡的目的是使滤波器在各种可能的音频条件下尽可能保持声音上的中性。一些 LSB 控制位可驱动 HDCD 解码器中一个相应的可配置滤波器阵列。
有些人在把 DVD 视频格式作为高解析度音频存储平台时,忘记了他们不一定需要求助于有损压缩方案,比如杜比数字(Dolby Digital)或 DTS(数字影院系统)。人们有可能把至少 2 个、多至 6个高解析度声道压缩到DVD 视频的 6.144 Mbps 最大允许音频比特率(表1)以内。
  增强功能的超声产品
DTS 位流格式一开始就设计得可以在将来进行扩展,并对上一代解码器具有相应的逆向兼容性(图2)。借助 DVD 音频,可以在需要时把整个 9.6 Mbps 位流用于传输音频信息。这种较高的比特率使媒体能够存储两路 24 位192 kHz 非压缩音频信号。然而,这种比特率还不足以传输未经压缩的 6 路 24 位192 kHz 甚或 96 kHz 环绕声音频信号。有很多方法可以克服这一局限性。你可以降低所有声道的采样率或采样长度。借助 DVD 音频规范内在的灵活性,你还可以有选择地降低某些声道的采样率或采样长度;各个声道不必全都具有相同的特性。
  第三种技术涉及到使用Meridian Audio 公司开发的 MLP(Meridian 无损压缩)技术。与其它多数高解析度音频压缩算法不同的是,MLP 是无损压缩。在大多数情况下,MLP 与缓冲相配合可以使 6 声道 24 位96 kHz音频存储量(正常情况下需要 13.8 Mb 的比特率)压缩到 DVD 音频的峰值传输速率以内(表2)。
  MLP 也是你用以延长每张光盘的播放时间的一种手段(表3)。DVD 音频光盘可以使用也可以不使用MLP,而 DVD 音频位流解码器则必须使用MLP。DVD 音频格式的标准化决没有完成;例如,DVD 论坛正在进行 DVD-AR(可刻录 DVD 音频)规范的审定工作。据报道,DVD-AR 不仅包括线性PCM(脉冲编码调制)音频和压缩的(MLP编码的)PCM音频,而且还包含 6 种有损压缩格式,即杜比数字、DTS、MPEG-1(和MPEG-2)、Layer II、ATRAC-3、MP3PRO(MP3 的一种逆向兼容的超集)和 MPEG-2 AAC(先进音频编码)。
  在 DVD 音频与 SACD 之间的差别中,数字水印的差别是最次要的。SACD 是被称为 CD 先驱的飞利浦公司和索尼公司发明的,它采用了物理(而非感性的)水印,因此不会改变音频特性。尽管许多第一代 SACD 只提供了双声道音频,但越来越多的光盘包含了环绕声混频,并且很多 SACD 是多层混合光盘,也可以在 CD 机上播放——尽管是以 16位、44.1 kHz 双声道形式播放的(图3)。
  你把注意力转到流式传输媒体时,应该首先注意到 24 位 MP3 解码器 L3Dec 和 MAD(MPEG 音频解码器)。这两种解码器据说能降低传统 16 位
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