解析高清音频之谜-发展及介绍

★　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、模拟、输出

高清音频格式

　　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。

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。

各种高清音频解码表

如此庞大的体积我们需要对它进行压缩：用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。。。

二、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......

4、硬件

对于家庭HTPC来说，音频和视频同样重要。如何花费最少的钱达到最佳的效果，是我们DIYER追求的终极目标。好的音效离不开好的硬件，我们要通过硬件才能欣赏到好的音质。

对于电脑来说，要组建家庭影院也不是很困难，只要有一块具有DTS和AC-3解码功能的声卡即可。我们知道要实现DTS/AC-3解码有三种方式：一是通过DVD播放软件来解码（Powerdvd等软件），二是通过硬件解码，三是通过外部的解码器进行解码（功放，外置解码器或者有些具有独立解码功能的音箱）。我们这里要说说硬件解码。

HTPC上要实现DVD级的家庭影院效果队硬件的要求其实并不高：只需要一块支持DTS/AC-3的声卡（音效芯片），5.1以上的音箱即可。作为音频解码输出的主要硬件，这里我们来说说声卡。

华硕XonarD2

作为IT大厂华硕推出的第一块独立声卡，XonarD2无疑给声卡市场注入了一针强心剂。而华硕对高清音频的前瞻性，也自然让XonarD2具备Dolby Digital、DTS等一众相关音效。

创新Audigy2 ZS

在发布之初，创新Audigy2 ZS就以“唯一24bit ADVANCED HD声卡系列、唯一能够播放DVD-Audio的声卡系列、唯一获得THX标准认证的声卡系列、唯一经过Dolby认证，支持Dolby Digital EX 7.1声卡系列”等众多荣誉为一身的声卡品牌。

而EAX ADVANCED HD 4.0等附加音效集成，更是让从来以音效著称的创新凭借该款产品再度印证了自己的实力。

★　板载音效芯片

在2004年INTEL在推出915/925芯片组的时候，把High Definition Audio（简称HD Audio）的音频规范引入整个构架来替代沿用已久的AC97规范。尤其是INTEL在HD Audio规范中加入对Digital Surround EX、Digital Prologic llx、Digital Virtual Speraker、DTS、DTS ES 24/96、DTS Neo6等音频编码的支持，让我们消费者不多花费就能获得这些功能。

现在几乎所有的主板都有HD Audio芯片：以REALTEK的ALC880系列芯片和Cmedia的CMI9880系列芯片最为常见。不过板载的音效芯片还是要依靠CPU参与计算，高负荷状态下的输出质量和和声卡还是无法相比的。不过对于音质要求不高的消费者，板载的音效芯片还是比较适用的。

★　连接线材

对于HTPC与平板电视连接，音频方面我们推荐同轴/光纤直接连接功放。希望大家在选购主板的时候购买配套至少一种上述接口的主板，对于独立声卡来说也应该购买一块带此类接口的子卡。

SPDIF输出/输入接口

光纤和同轴都属于SPDIF输出/输入接口。虽然接口样子和信号传输载体不同：同轴接口之间依然采用电信号方式传输，而光纤接口之间则采用光信号传输。相对来说光纤对信号的损失更小，传输速度和距离，信号损失等参数也更佳。如果不经功放由声卡连接音箱还是和一般电脑连接方式一样。

三、HDTV主流音效

曾几何时，HDTV这个名词伴随“高清”“蓝光DVD”“HD DVD”频频出现在我们的耳边。这无疑是一种强烈的视觉冲击：1920X1080的分辨率展现给我们一个更加真实的世界。我们不赞叹：如今的电影真的太清晰了，连演员的皮肤细节都可以看得非常清楚。音频也逐步跟上，在DVD时代就不得也无法重用的PCM，如今因为有了巨大容量保证，每每出现在我们熟悉的电影中。那么进入HDTV时代，主流的音效有些什么呢？让我们一同了解一下。

 高清主流音频解码表

1、PCM

PCM是一种无压缩无损的编码，比DVD所用的AC-3及DTS更接近原音。前文已经提及了一些关于PCM编码的基础知识。我们这里要说的是HDTV时代，PCM有什么特别的变化呢？

PCM的比特率，从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit甚至24-bit；采样率从44.1kHz发展到192kHz。如此高采样率和高采样精度以及高达7.1的声道输出使得PCM编码音频所占据的空间越来越多，而且要求的输出带宽也越来越高。

传统的同轴/光纤的SPDIF端口已经无法满足如此庞大的数据流。如果采用同轴/光纤接口，最多只能支持两声道输出。想要7.1声道输出PCM只能采用HDMI接口或者IEEE 1394接口，以后者的输出方式比较少见。

2、Dolby TrueHD

Dolby TrueHD是杜比实验室专门为HDTV开发的新一代无损压缩音频编码。TrueHD可以支持HD DVD格式下多达八个全频带无损声道，其中包括环绕声，采样率高达192kHz。

此外，该技术不仅能应用于5.1环绕声，还能支持7.1环绕声。PCM采用的是静态码率，而Dolby TrueHD则采用的是先进的动态码率：当需要表现大量声效时，码率变大，反之减小。Dolby TrueHD在蓝光DVD中最高码率为18Mbps。

3、DTS-HD

DTS总是喜欢和杜比实验室对着来：当杜比实验室发布了Dolby Digital Plus后，DTS公司也宣布了其最新研发的DTS-HD。DTS-HD并不是一个音轨格式，它包含有损压缩DTS-HD High Resolution Audio和无损压缩DTS-HD Master Audio，两者都支持7.1音轨。前者在蓝光DVD中最高码率为6M，后者则可以达到28M。因为DTS-HD High Resolution Audio是有损压缩技术，为了空间牺牲了音质。DTS-HD Master Audio是无损压缩技术，与Dolby TrueHD一样，也是采用了动态码率技术。

4、DTS-HD High Resolution Audio 

DTS-HD Master Audio是DTS标准中最顶级的音频格式，是真正意义上的无损压缩编码，具有超高的可变比特率，在蓝光光盘上可达24.5Mbps（非常恐怖的音频流），支持7.1独立声道，和杜比TrueHD一样，能带来与录音母带一致的96kHz/24bit数码环绕声效，同样需要HDMI接口传输。

５、DTS-HD Master Audio

DTS-HD Master Audio 在蓝光光盘上可达24.5Mbps

DTS CD，是一种采用DTS编码的多声道音频载体，存储方式与一般的音乐CD相同，都是16bit量化、44.1kHz采样频率（但普通CD为PCM采样信号），这种CD目前已经很普遍，很多唱片公司都发行过此类CD。

６、Dolby Digital Plus（DD+）

　　Dolby Digital Plus技术是专为所有的高清节目与媒体所设计的下一代音频技术，是一种有损压缩技术。从参数和应用领域来看，都像是Dolby Digital的一个加强版，与之前所有家庭影院完全兼容。

从市场定位上来看，Dolby Digital Plus对应DTS-HD High Resolution Audio，Dolby TrueHD对应DTS-HD Master Audio。两家公司都有满足不同需求的产品。

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