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高清音频揭秘!!!

 东鸣 2011-03-24

[家庭影院] 高清音频揭秘!!!


      高清音频解码发展和高清视频一样融合在高清概念中的高清音频,一直以来呼声并不大。这里面有人为的因素,比如直观来讲,视频提升给人的感受来的更加明白和具有冲击力。而更主要的,还在于硬件方面的限制。下面我们首先了解一下高清音频解码方面的知识,从这里同时得到音频信号输出设备方面的信息。关于回放设备,在后面以结合具体应用的形式予以阐述。但是有一点我们要明确:只有音频和视频一样达到高清,高清时代,才真的来临。
一、数字音频的产生和编码
  提到高清音频我们不可避免地先提到音频的模数转换——音频信号的本源当然是模拟信号,将模拟声音数字化最基本的是采用PCM编码,即脉冲代码调制编码。这个转化过程分为三步,即采样、量化、编码三个步骤,最终将连续变化的模拟信号转换为数字编码.
  PCM我们可以认为是模拟转化为数字音频的最原始编码,但是这种编码实在是太吃容量了,到底有多夸张呢?我们用一个实例来描述。
  上图是一张蓝光影碟的封面。在规格清单中我们可以清楚地看到:第一行是画质:1080P(也就是1920X1080的分辨率),采用了AVC(H.264视频编码),16X9  2.4:1高宽比。第二行就是我们这次要说的重点:采用5.1声道未经压缩的PCM编码(48kHz/16bit)。这是什么意思呢?
PCM码率计算公式是:码率=采样率×采样精度×声道数目
这里48kHz是采样率,16bit是采样精度,5.1是声道数目
PCM 5.1(48kHz,16bit)=48000×16×6=4608000(bits/s)=4.39M(bits/s)
  这部影片的片长为138分钟56秒等于8336秒,所以采用PCM编码的音频容量为8336×4.39M(bits/s)=36595Mbits,(看清楚单位,bits和bytes的核算要除以8)约合4.4671G。这是什么概念呢?如果采用 DVD 介质,单单是声音一个部分,就已经超过一张盘的容量!也只有蓝光/HD DVD才能有这样容量存储下这种音频编码。我们常见的CD就是采用这种编码,一张光盘的容量大约为650M,只能存储72分钟的PCM编码音频信息。
   如此庞大的体积我们需要对它进行压缩:一特定的算法进行压缩,期间的音质有可能下降,最终目的是为了能够减小体积,达到更加方便传输的目的。大名鼎鼎的 MP3 格式就是我们最常听到的音频编码格式。除此以外还有OGG、WMA、RA、APE等等。他们各自有它们的特点,这里不再解释了。历史翻过一页,音频媒介从CD发展到了DVD......
    DVD主流音效
  DVD时代,因为媒介的容量暴增,我们的影音又提高了一个层次:DTS、AC3、THX等音效技术经常出现在DVD封面上,下面我们来解释一下这些技术。
1、DTS
  DTS是“Digital Theatre System”的缩写。DTS总公司是一家专业从事音频编码解码,提供相关解决方案的公司,他推出了多种声场技术,其中DTS Digital Surround是最广为流传的一种,属于5.1声道系统,这就是我们经常可以在DVD封面上看到的“DTS”。
    在电影院中,DTS技术是采取声音和图像分开播放的方法:DTS音轨在CD光盘上进行播放,用一种特殊的设备使得音频和 视频 同步。因为传统的胶片上无法容纳DTS巨大的数据流,这点有别于AC-3来的更好些。DTS技术开发出来以后,一在电影界公布,马上受到大导演斯皮尔伯格和环球影业公司的高度重视。并率先在大型科幻电影“侏罗纪公园”中尝试采用DTS技术......目前,几乎所有的5.1声道环绕声 处理器 都使用了DTS的解码技术。
  世界范围内也有超过3亿台消费电子产品使用了DTS技术并通过了认证。不要以为DTS只是针对家庭影院,我们也能够在汽车音响、个人 电脑 、 游戏 机、 数字电视 等产品上看到DTS的标志。
   对于DVD这种媒介来说,虽然DVD-5格式的容量有4.3G之多,但是对于DTS还略显的不足:DTS的最大编码流量与PCM相同,也就是每秒48000X16X2=1536kbits,这样算来,一张150分钟的5.1声道的DTS音频文件就要1.6875G,大约是一张DVD-5容量的40%!为了能够装入一张DVD-5的盘片中,厂商经常会删减些花絮、语言、制作特辑等来满足容量的需求,或者采用双层DVD-9来容纳这么庞大的数据。
  DTS(Digital Theatre System 数字化影院系统)是美国另外一家非常有实力的数字音频格式制定公司,总公司位于洛杉矶,公司主要分为两大部分:一部分是以电影 音乐 的录音现场及电影院的编、解码为主的专业用“数字影院系统”,另一部分是以家庭用解码器的开发及DVD/LD/CD等套装 软件 为主的消费电子用“DTS技术”两大部份。
    2、AC-3
  全称是Dolby Surround Audio Coding-3,是日本先锋公司与美国的杜比实验室合作研制成功一种崭新的环绕声制式。
   1997年初,杜比实验室已正式将AC-3环绕声改称为杜比数码环绕声(Dolby Surround Digital),简称为Dolby Digital。与DTS不同的是,AC-3音轨数据存储于电影胶片上的齿孔与齿孔之间,因为容量限制,所以将一些耳朵听不到的音频内容删除了。音频的采样率也不可能很大,细节方面单调平淡。
  AC-3采用6只喇叭的输出模式,除了超重低音部分外,其余皆是全频段立体声(48kHz/16bit)。AC-3可以与现有的其他种类音响系统很好地兼容,是DVD影片所使用的标准声音格式。
   3、THX
  THX认证主要是为家用视听器材提供完整的品质规范。这并非是一种认证。是著名的“星球大战”电影的导演:乔治卢卡斯锁设立的一种认证机制。涵盖家庭剧院器材、影片录音室还有电脑、游戏等,所以我么可以在玩一些游戏的时候看到这个标志,比如极品飞车之地下狂飙。
   THX基本上来说是对于器材及环境的一个要求,也算是一个后级处理而已,得到THX的认证,代表着其音效表现有一定的水准。THX与DTS和AC-3是不矛盾的:有了DTS和AC-3的音效,加上THX的器材环境认证,效果更上一层楼。不过高昂的认证费用使那些经过认证的器材身价倍增!!
    以后有再和大家介绍现在主流的几种高清音频的效果!!

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