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音乐瞬间的博客

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开启高清之门:新一代影音技术之音频  

2013-11-13 17:12:33|  分类: 音乐 |  标签: |举报 |字号 订阅

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开启高清之门:新一代影音技术之音频
作者:小和尚 afa发表于:微型计算机 2008-03期
前言
        “高清”是一个完整的系统,而非单一的标准或产品。高清时代需要视频和音频同样都达到高清的标准。什么才是高清音频,高清音频相对普通音频而言到底有那些好处,从高清音频开始,一层层揭开高清音频技术的面纱。
怎样去定义高清音频
        1.多声道5.1环绕声,高清音频的“及格线”
        毋庸置疑,我们生活在环绕声的环境中。现实中声音的位置和强弱,都可由我们的耳朵所感知。自从有了电影电视以来人们就一直在探寻,除了更好的视觉感受之外,如何获得更接近真实和自然的听觉感受。在影碟时代,人们开始熟悉和了解多声道,发现多声道环绕声所带来的效果远远优于以往的2声道。虽然还不是十全十美,但听起来却逼真得多。
        从感受上来说,越是接近自然和真实,越是让人如同身临其境的声音,就离高清音频的标准越近。因此我们可以说,要判定自己所听到的是不是高清音频,多声道5.1环绕声是最基本的。而在这一基础上延伸出来的6.1,甚至是7.1多声道环绕声,则更接近高清音频的定义。
        可是,仅从“声道”这个角度来看,所谓的高清音频早已实现了。甚至在高清视频来临的很多年前,DVD时代的音频标准就已经轻松达到了这一高度。如此一来,高清音频就没有必要再详究了吗?其实不然。
        2.不只是声道,更多的细节和更高的保真度也很重要
        拥有足够多的声道,就算是完全迈入高清音频的门槛了吗?这样的理解并不完全正确,因为高清音频诞生的初衷是要让人们获得逼真的音效。多声道只是为我们建立了一个相对真实的声场,而要想获得更多的声音细节,保证声音更为真实,就必须从声音的编码方式入手—采用低损耗编码压缩、无损编码压缩,甚至是不压缩的处理手段。因此,Dolby和DTS这两大多声道环绕声技术的业界巨头都推出了自己的高清晰度音频编码标准。
        它们的共同点是,相比以往最基本的多声道音频而言,具有更高的采样率、采样精度,以及数倍于前一代多声道音频格式的超高码率。这让它们能还原出保真度非常高的声音,与录音棚里录音师所听到的一模一样。配合高清视频信号,可为我们提供前所未有的影音体验—我们所看到的和所听到的,全都是高清晰度的效果。
        事实上,目前我们通过网络所接触到的基于BD和HD DVD的高清片源,也都包含了不同的高清音频信号。
解决压缩比与音质的矛盾—Dolby Digital Plus
                高清音频的效果之所以比传统音频听起来更好,是因为其包含了更多信息。但这就带来了一个问题—对于同一节目源而言,使用高清音频就必须用更大的空间来进行存储,同时这一特性也给网络传输带来了压力。倘若要缓解存储和传输的问题,采用更高压缩比的编码方式是行之有效的办法,但采用高压缩比的代价却是音质的下降。
        Dolby Digital Plus也被称为“DD+(杜比数字+)或DD plus”,它是专为高清节目与媒体所设计的下一代音频技术。与以往我们所接触的Dolby Digital音频编码格式类似,它也属于有损编码。不过,作为新一代的Dolby音频编码格式,它的特点在于优秀的编码效率,可让用户在享受高质量音效的同时节省存储空间。
        Dolby Digital Plus采用分离式声道输出的多声道环绕声,可以处理多达7.1声道的音频节目,并且还可以支持8个以上的声道。它具有相当高的码率,最高可达6Mbps(在HD DVD中码率最高为3Mbps,在BD中码率最高为1.7Mbps)。同时,Dolby Digital Plus还具有很高的兼容性,可与用户现有整合了Dolby Digital技术的多声道音频系统兼容。可以输出杜比数字信号,以便在现有的数字系统上播放。        值得一提的是,Dolby Digital Plus在新一代DVD标准中,分别被HD DVD和BD定为强制音频标准和可选音频标准。
无损的声音,让人惊叹的效果—Dolby TrueHD
        人们总是期望获得更好的东西。就音效而言,我们也总是希望它尽可能的接近原声。Dolby Digital Plus虽然优秀,但它毕竟属于有损编码格式。相比以前的Dolby Digital,它只是离“原始的声音”更近了一步。而Dolby TrueHD,则是专为高清媒体所开发的新一代无损编码技术。
        Dolby TrueHD采用了近乎100%无损的音频编码技术,让每个一bit都与录制时完全相同,以获得如同录音棚母带品质的音效。它支持多达八个分离式24bit/96kHz全频带声道(理论上最高支持13.1个声道),码率高达18Mbps。
        而且,它与Dolby Digital Plus一样—获得了HDMI1.3a的支持、并分别被HD DVD和BD定为强制音频标准和可选音频标准。有趣的是,DolbyTrueHD还有一个非常人性化的特点—动态范围控制(夜间模式)。能够让用户在播放时应需而变地进行声音设置,在保证声音细节的同时降低峰值音量水平,以免在夜间观看影片时,因为大动态的场面而影响他人。
        Dolby TrueHD的开发,很大程度上得益于一个较早之前的技术—MLP无损压缩(MLP Lossless)。MLP Lossless是一种专用于DVD-Audio的无损编码技术,在不影响高解析度PCM(Pulse Code Modulation,脉冲编码调制,用于CD Audio)音频质量的同时,有效地将磁盘空间扩充为原来的两倍,从而可以使DVD-Audio碟能够携带同一节目的立体声和多声道音轨。        事实上,后面将涉及的DTS-HD的最高标准—Master Audio,也采用了类似的bit对应bit的编码方式。
灵活、高质量的音频方案—DTS-HD
        目前DTS在高清音频方面所推出的标准是DTS-HD,首先DTS-HD技术与Dolby Digital Plus类似,都是以7.1声道为起点,并且最高能够支持32声道的环绕声回放,同时码率将达到1.5Mbps以上,从而实现了8~192kHz(16/24bit)的取样范围。
        DTS-HD采样方式灵活,兼顾了网络传播,并向下兼容DTS、DTS ES、DTS 96/24等格式,DTS-HD与Dolby Digital Plus、Dolby TrueHD一样,也获得了HDMI1.3a的支持。
        DTS-HD沿用了MLP音频技术,并做了改进。新的MLP技术应用在HD DVD及蓝光DVD为载体的纯音频编码的时候依然会延续DVD-AUDIO音频的多个优点。首先是更大的数据流,这将会为MLP音频技术的提升带来莫大的帮助,纯音频的BD或HD DVD格式的DVD-Audio会从原来的9.6Mbps的数据量提升到18Mbps的水平;而MLP技术也把DVD-Audio当中的声道数目由以前的6声道向8声道扩张,实现更完美、真实的音频表现。
        DTS-HD和Dolby的新一代高清音频格式一样,实现了真正意义的7.1声道数字输出,而不是在现有的5.1声道基础上,在解码时“模拟”产生出更多声道。DTS-HD环绕彻底从编码就开始让DVD碟片拥有真正更多声道的环绕模式,因为当制作DVD电影的时候,就已经确定了13.1路,甚至32路的环绕声模式在其中,并且配合DTS-HD的超大的数据流量特点,确保了声音的信息量和音质都达到了更高的水准,还原出来的环绕声更加接近真实效果。
        DTS-HD的向下兼容体现在设计上,就是采用了核心+扩展的设计方式。核心DTS Core(以前称为DTS Encore)就是兼容部分,码率为1.536Mbps,5.1声道,为有损压缩。以前的播放设备可以识别核心的数据流,将扩展部分全部忽略掉,就可以达到兼容了。而如果采用新的播放设备,则既能识别核心,又能识别扩展部分,二者组合起来就可以达到最高音质。
        根据扩展应用的不同,DTS-HD分为了几种编码解码格式。DTS-HD能编码和解码的DTS格式有三种—DTS-HD Master Audio,DTS-HD High Resolution Audio和DTS Digital Surround。
        当扩展全部加上,就是最高的DTS-HD Master Audio。DTS-HD Master Audio能将音频处理得与录音原版每一比特都相同。音频码率在BD上能达到24.5Mbps,在HD DVD上能达到18.0Mbps。这时7.1声道的8声道的音频都能达到24bit/96kHz,与原来的录音版本完全一样。扩展部分加上,就是DTS-HD High Resolution。DTS-HD High Resolution处理的7.1声道声音与原始声音没有听感上的区别。
        DTSHD高分辨率音频处理的码率为:BD 6Mbps和HD DVD 3Mbps。同样能到达7.1声道的24bit/96kHz。不加扩展部分,就是DTS-HD Digital Surround,这是家庭影院音频的原始DTS解码格式。保留这种格式就能让用户用原来具有DTS解码能力的播放设备去播放BD和HD DVD。
        对于DTS-HD Master Audio的制作,DTS公司提供了最新的音频编码制作工具—DTS-HD Master Audio Suite,简称MAS。MAS不仅支持DTS 5.1音乐碟片(即DTS-CD)、DVD-Video、DVD-Audio中的DTS音频编码制作。同样也为新一代高清格式光碟(BD和HD DVD)中制作DTS-HD音频提供全套解决方案,包括音频编解码、质量控制和码流管理。通过MAS进行音频编码制作可创造出多达7.1声道、采样频率高达192kHz、传输码流高达24.5Mbps的环绕音频,更能以“比特至比特”的一致性再现原音。
原汁原味—LPCM
        LPCM(Linear Pulse Code Modulation,线性脉冲编码调制)是一种不经过压缩而录制音频的技术,以连续线性取样的方式撷取模拟信号转换成数字信号,LPCM通常是16bit/48kHz立体声信号,属于DVD标准音频规格的一种,基本不失真。
        简单来说,LPCM就是未经压缩的原音重现,理论上讲拥有最好的音质。但也由于不采用任何压缩的格式,数据量非常庞大,一般在CD和DVD中应用比较普遍。无论CD还是DVD乃至更高要求的规格中使用的LPCM在原理上是一样的,区别在于量化精度和采样频率的不同。普通CD规格为16bit/44.1kHz,DVD的规格则有多种,量化精度可分为16bit20bit、24bit,采样频率分为48kHz、96kHz。此外,LPCM信号中还可录入杜比环绕声信息,供杜比定向逻辑系统使用。
        也就是说,LPCM根本就不需要解码,因为LPCM根本就没有编码。其记录的实际上是数字多声道线性信号,只要通过传输途径传输出去,就直接可以在功放内部经DA(数模)转换后立刻放大了,所以LPCM的传输途径是最短的。
        不过,必须再次重申的是,LPCM只是理论上音质最好的回放方式。它的音质取决于录音制作的品质—如果制作得好,那么它当之无愧地是最好的;倘若制作的时候品质就不是很高,那么我们最终所获得的,可能还不如有损压缩的音频,更可能敌不过Dolby TrueHD和DTSHD Master Audio这样可接受后期音场处理(如功放提供的DSP声场处理)的音频信号。
写在最后
        高清时代除了视频效果的提升,音频质量也必须同步提高。从新一代编码格式中我们不难发现,未来的家庭影院都将具备最少7.1声道的音频回放能力,同时由于更先进编码模式的引入,在同样比特率下我们将会享受到更高质量的音频。
        当崭新的影音时代来临时,要求信号、软件、显示设备、播放设备,以及连接设备的全面配套。只有当影、音真正地结合起来之后,才算得上完美的高清体验。
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