CD唱片新技术介绍（转）

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发表于 2003-2-15 01:24 |只看该作者 |倒序浏览

最新XRCD2技术简介
随着我国经济的飞速发展，音响与音乐爱好者人数越来越多，对录音制品品质的要求也越来越高。回顾这一领域的历史，从钢丝录音、胶术唱片到开盘立体声磁带，以重放方式鉴赏音乐这一高消费的娱乐形式，过去只是少数人能够涉足的世界。自从盒式录音带方式问世后，才由于廉价及使用携带方便而被一般大众所接受。但盒式录音带物理特性有很大的局限性，音质较差，远远达不到爱好者们的要求。CD这一数字产品的出现，使重放声音的动态及噪声这样的重要指标得以大大改善，这是数字化技术给录音产品由所带来的一大飞跃。但也正是由于它是数字音频技术的初级阶段产品，在高标准要求下显露出音质上瘦、冷、尖、硬及缺乏丰润音色这些长时间不能解决的致命缺欠，以至于众多爱好者们又回过头来追求高档的开盘磁带录音机或高档模拟唱片机的重放方式，但这只是以高昂的价格及与CD比损失了动态及低噪声的重要特性为代价换取的丰润的音色的一种侧重不同的追求。数字化是录音制品发展的必然趋势。那么有没有既保持了CD的优点，又能满足爱好者们对音色的更多追求的方法呢？长期以来，全世界各开发厂商及研究机构投入了大量的人力物力进行开发研究，提出了多种解决方案。造成普通CD缺欠的最主要原因有三个。一是不够丰润，二是表现不够细腻，三是数字噪声。伴随着数字信号载体容量及传输速率的大幅度提高，用超取样及高值量化技术，使前两项缺欠得到大幅度改善。但剩下的由于CD数字记录方式的物理特性所造成的被称为“杰塔”的噪声，却迟迟没有得到解决。xrcd技术的问世，大幅度的改善了这一状况，使用了xrcd技术的CD既保持了原有的优点，又在音色上有了大幅度的提高。
　　现在，xrcd已得到业界的一致好评，国内外专业刊物上也时有介绍。特别是最新问世的xrcd2版本产品，更加强了xrcd系列忠实再现原音的优势。xrcd技术由日本的JVC公司开发，过去只用于该公司自己面向爱好者的高档产品。JVC公司为了保持xrcd品牌的优势，在选择母带品质上极为严格，而且对母带的xrcd再制作、刻母盘、压片等各工序都有严格的要求，加之技术保密等原因，JVC公司严格规定只能在本公司的本土的定点制作室及定点工厂加工生产。由于这些特性，即使是以数字对数字的刻制母盘这样严格方式进行非法复制，加工时不使用xrcd技术，xrcd的优势也将毫无显现。因此xrcd又被称为是“不能被盗版的光盘” 。
HDCD技术简介
HDCD的创史者
于1976年成立的RR(意为“参考录音”）典范录音唱片公司。RR唱片公司作为一个独立唱片品牌，始终致力于开发运用当今最高水准的录音技术。HDCD正是RR公司不断取得的技术进步的最新的一个例子而已。HDCD的成功应归功于RR公司的凯斯庄逊教授（Keith O. Johnsn),RR公司的录音均由他制作，使用他亲自制造或设制的录音设备。庄逊教授最新开发出来的技术是他和麦克尔.弗劳莫一起发明的HDCD技术，即（高清晰度兼容数码）。这是CD诞生以来录音技术最重大的进步，它运用心理声学原理，取得突破性进展，使更多音乐信号能被编码保存在CD中。RR公司正是第一家生产发行以HDCD编码的录音唱片公司。
HDCD技术简介
太平洋音响软件公司的HDCD（高清晰兼容数码CD）数码录音技术运用了一套复杂的编码/解码系统，大大地减少了数码录音过程中普遍存在的[添加失真]和[丢失性失真]，而且又与现有的CD格式兼容。采用HDCD技术制作的CD在普通的激光唱机上播放时具有更高的保真度。只要在一台普通的激光唱机上加入一块HDCD解码芯片，采用HDCD方式编码的CD将给我们带来前所未有的高保真音效。更奇妙的是，装上HDCD解码芯片后，连未经HDCD编码的普通CD的音质也能显著提高。
HDCD技术的高保真音质是怎样达到的呢？原来，它先找出存在于数码重播过程中的不明原因的失真来源，再加以纠正。数码重播的失真源之一是来自模拟数码转换以及数码模拟转换这两个人工环节所引起的[添加失真]，其二是来自目前录制的标准：44.1千赫、16比特PCM取样所引起的[丢失性失真]。HDCD技术有效地消除了[添加失真]——同时又将[丢失性失真]中丢失的信息加以补偿。因此，以HDCD技术制作出的录音在解析度和失真度上，都足以和最优秀的模拟母带相媲美，甚至更有过之。同时，它又能和现存的激光唱机和家庭音响系统完全兼容。HDCD技术的主要关键在于它的编码器中。这一编码器已经能被做在一块成本低廉的集成电路芯片中。
专业HDCD编码/解码器符合AES/EBU工业标准，与所有的44.1千赫、16比特PCM数码录音设备兼容，并能与20或24比特编辑系统及数码工作站兼容，包括流行的[音响解法公司]（Sonic Solutions)的产品。
从技术上说，HDCD技术的流程可以这样加以描述：模拟声音信号先被读入HDCD编码器，在编码器中被转换成相应的数码信号，而且在这一转换中，取样频率高于44.1千赫，字节长于16比特。因此，这一高解析度的数码信号包含着比普通CD上的信号多得多的信息。接着，运用DSP技术（用到11块摩托罗拉56000系列的处理芯片）对这一高解析度信号进行连续性的实时分析，以便确定在那些多包含的信息中，哪些才是人耳能感知到的。这一分析过程至关重要，运用了太平洋音响软件公司根据心理声学和人听音原理而开发出来的特殊算法。
一旦人耳能感知的那部份高解析度信号被找出来，HDCD编码系统用两种方法将此信号压缩成常规的16比特、44.1千赫线性PCM信号。一部份信息被直接编码成线性PCM数码信号，另外一部份被编码成隐藏的控制信号。这部份隐藏的控制信号是听不见的，对可闻的声音信号也没有任何影响。当经过HDCD编码的声音信号在普通的音响系统上播放时，隐藏的控制信号就起作用了。它告诉HDCD解码器，这一信号是经过HDCD编码的特殊信号，从而启动解码器的解码功能，精确地还原出高解析度的信号。这一信号随后以20比特、8倍超取样的方式输出到激光唱机中的数码模拟解码器。由于HDCD解码器取代了常规的单片数码滤波器，在播放普通的CD时，它也起着数码滤波器的作用，而且性能较一般的数码滤波器更为优越。
　
HDCD技术的优点
13年前，当激光唱片出现在大众消费品市场上，它采用的44.1千赫、16比特PCM格式是受当时硬件水平的限制和成本的控制，不得已而为之的。从那以后，数码录音技术有了翻天覆地的变化。然而，由于所有的激光唱机、激光唱片、数码录音设备都是照这个老格式制作的，整个录音圈仍采用着13年前的那套老格式。尽管新的格式从技术上说已完全可以投入使用，但积重难返，不管新技术多么优越，都不可能动摇现存老格式的巨大根基，因而迟迟不能进入市场。在专业录音圈内或音响发烧友中，仍有一部分日坚持认为，现有的数码录音格式不能记录足够的信息，重播音乐的标准性不够。一个具有讽刺性的事实是，许多30年以前的模拟录音或黑胶唱片比现在的先进的数码录音更有活生感，更加逼真。，许多人担心，在将来的人看来，即使现在最优秀的录音工程师们的天才也远非完美。
HDCD技术解决了这一令人左右为难的问题。它是一种比最好的模拟录音更逼真、忠实的数码录音技术，但同时又能与现有的数码音响系统兼容。这一技术很容易就进入了音响市场，因为它没有废弃现有的音响系统。唱片公司马上能从中得益。它使用HDCD技术能制作出音质更为优异的录音，使它们的产品更具商业价值。现有的数码录音、光学制模技术、CD压片设备都能继续延用。不会因HDCD而废弃。同样，激光唱机和解码器的制造商将会运用HDCD技术制造新一代产品，并从中得益。由于 HDCD的音质更高，制造商们从中所获的利润也会比生产现有激光唱机的利润更高。这些运用HDCD技术的产品会得到消费者的欢迎，因为他们亲耳听体验到了HDCD给音质带来的进步。在普通的激光唱机上播放HDCD编码的唱片时，音质有提高，在加装了HDCD解码器的激光唱机上播放普通CD时，音质也有提高，在装有HDCD解码器的激光唱机上播放HDCD编码唱片时，音质更是突飞猛进。对音响发烧友和普通消费者来说，HDCD技术使他们能享受到更逼真的音乐，如果他们的激光唱机安装了HDCD解码器，这一享受将更趋完美之境。有了HDCD技术，录音师能捕捉到音乐表演中的更多细节，更忠实地重现音乐软件公司感到无比骄傲，因为这一技术将把伟大音乐家们的天才表演完美地保存下来，并传播到天涯海角。
　
HDCD技术的前景
激光唱片是当今最主要的音响传播媒体，由于现今世界上所有的激光唱片和激光唱机都是根据老的格式制作的，无法从根本上加以改动，看来至少在未来十年内，现有的格式仍将一直延用下去。假如HDCD技术能得以广泛应用，克服现有格式的种种缺陷，那么这种可能性就更大了。一旦低成本的波长更短的激光二极管被发明出来，能更精确地读取光学信号，播放时间更长的CD或数码影碟会很快进入市场。HDCD技术将会与这些产品直接兼容，并使之受益。最近，几种运用数据压缩技术的数码音响格式出现在市场上，但都不能与现有的CD格式兼容。这些技术包括何兰飞利普公司的DCC（数码合带）、索尼公司的MD（微型唱片）以及几种DAB（数码广播系统）。最近由专家推行的对DCC和MD的一项调查表明，DCC和MD的音质比CD还不如。既然如此，考虑到现有的大量激光唱片和激光唱机，我们不得不认为DCC和MD不会在市场上取得大的成功。它们的主要优势在于能在家庭中方便地录制音乐。对CD的使用者来说，这一功能只有CD-R才能实现，但CD-R只能录一次。（可反复擦录的CD-R很快就会出现了。）无论如何，DCC、MD、DAB和其它新产品，不管是否使用了数据压缩，都以线性PCM录制的母带为音源，因此HDCD都有用武之地。展望将来，无论数码音响系统将会采用何种形式，数模转换过程中的一些基本方面是不会变的。由此可见，HDCD技术的广泛实用性意味着它能对任何形式的新产品作出贡献，决不会被淘汰。
　
HDCD技术的表现
HDCD技术的表现可以从两方面加以衡量：音响质量、与现有音响系统的兼容性。太平洋音响软件公司在发展这一技术的过程中显示出了它的雄心壮志。这就是，在整个 HDCD技术的运用过程中，从编码、录音、重播到解码，音质水准不允许有任何可闻的降低，与原始录音保持严格一致。现有普通CD的制作过程是这样的：模拟母带被送入标准的44.1千赫、16比特的录音/重播设备，加以转换，结果是，处理后转换出来的数码信号又干又硬，无法与模拟母带相对比。即使是第一代HDCD的声音也比它好得多。经过多年的实验和改进，太平洋音响软件公司终于达到了它的最终目标。由于HDCD技术的共同发明人凯斯.庄逊本人是一位录音师.为[RR]、[喇叭花]等唱片公司制作了很多备受推崇的录音，太平洋公司得以任意使用庄逊先生的模拟母带，作为音质参考的标准。这些模拟母带是用一台由庄逊先生亲自设计的录音机上录制的。它的调制噪音极小，不饱和的高频响应超过40千赫。在录音时，还使用了经庄逊先生设计改装的特制电容式麦克风。这样制作出来的录音可以说达到一当今世界的最高水准。为了鉴听的需要，一台由壮逊先生设计的速度极快的放大器（频宽达2MHz）推动一对高解析度的使用陶瓷球顶高音单元的鉴听扬声器，通过不会产生任何可闻噪音的低损耗切换开关，对直接馈入放大器的模拟母带和在怀入放大器以前先经过HDCD数码录音/重播系统的母带进行即时对比。今天，即使是庄逊先生那样听觉灵敏，而且对自己制作的录音了如指掌的[金耳朵]，也听不出这两种声音的区别。此外，在技术开发的每个环节中，未经解码的HDCD录音也经过仔细的鉴听，以保证在普通设备上播放时，它也能有优良的、毫无数码声的重播效果。应该指出的是，这一技术开发对数码系统来说具有双重的难度，因为一般来说，数码处理后的音质总要比原始的模拟母带有所降低，我们又做了这样一个实验；用同样的麦克风，接入两套录音系统，一套是模拟式的，用模拟母带，一套是数码式的，用HDCD数码母带，将模拟母带和HDCD数码母带对比，结果竟然显示：数码系统的表现更好！
在HDCD技术以前，家用数码音响系统的音质一直不断进步中，但这些技术进步都仍维持着现有CD的格式，到目前为止，市场上仍没有一种音响系统从根本上改变这一格式，有趣的是，CD的发明人之一索尼公司以前曾为了商业宣传的需要把CD吹捧成[永远完美的声音载体]，现在却公开承认了现有CD格式的缺陷，并推出了一种名叫SBM（超级比特程序）的新技术。索尼宣称SBM技术用20比特对声波进行取样，然后用噪声整形算法把20比特信号转换为16比特信号，因而能大大提高CD的保真度，降低噪音和失真。事实上，索尼公司采取的这种噪声整形技术早已在HDCD技术的研究过程中被充分探讨过，最终没有被太平洋公司所采用，因为它不能使音质有足够的提高，SBM技术谨谨提供了比一般录音稍好的振幅解析度，和它比较，即使是未经解码的HDCD录音也在振幅解析度和频率解析度上远远胜出，并且还能消除 SBM未能消除的其他各种添加失真。
SACD技术简介
　　SACD碟片的硬件结构是在DVD的前身——索尼和飞利源共同开发的MM－CD高密度光碟上发展起来的。这是一种单面双层结构的碟片，直径为 12cm，厚为 1.2mm，外观与CD片一样。最早露面的 SACD只有单面双层一种结构：上层为 CD层，与CD片的物理结构和数据结构完全一样；中间0.6mm处分了一层HD层，这里的物理结构与DVD一样，数据为 SACD的高品质音频结构，但音乐内容与上面 CD层一样，最多也只能放74min(分)节目。
　　这种双层结构实质上是将两片不同格式的光碟叠合在一起，因此具有良好的双向兼容性。CD机可以播放SACD，读CD 层上的信息，还原出CD品质的声音。原 CD片也可以放入SACD播放机中播放，像DVD播放CD一样，放出的也是CD品质的声音。这样做的目的无非是想让 SACD能方便地进入市场，无论用户先买入的是SACD碟片都是SACD播放机，原来的碟片和设具都能先用起来。
　　但显然两片“贴”在一起的兼容并不经济，于是厂商们又推出了不兼容CD的单层型SACD和容量能与双层单面型音频 DVD匹敌的双层型SACD两种产品。双层型 SACD也从一面读取信息，在 0.6mm 前后有两个HD层，前面一层为透明半反射层，后面一层为全反射层。SACD最关键的当属HD层。这一层用650nm激光束读取，信息容量为CD层的6倍。所以，对于同样只青74min内容的音乐就可以用更密的取样点、更密的量化间隔和更多的声道来表达。
　　SACD的信号采用一种叫l bit直接数据流数据（DSD）的技术。这种信号有点像脉宽调制编码：如果模拟信号电平为零，那么就是“0” 与“1”间隔相匀的标准脉冲；当模拟后合电平大于零后，脉冲串中“1” 的个数上升，“1”与“1”连起采相当于豚觉加宽；反之，当模拟信合电平为负的，脉冲串中“0”的个数上升，脉冲串变稀。这种信号只要经过一个低通滤波器就可以变成模拟波形。DSD的时钟频率要求很高，要在两个取样点中，至少能放下需要量化的比特数。所以，SACD的时钟频率为：双声道时取2．8224MHz，多声道时取2．8224MHZ 或2．l168MHZ。还原声音的频宽可达 100kHz，在 20kHZ可听带域内的动态范围为 120dB。 SACD声音的清晰度、信嗓比、动态和频响都远高于现行CD标准。
　　SACD的容量大，还可派生出很务其他用途。例如，它既可以放入AC-3、DTS 等现行各种压缩式多声道音频，也可以放人用DSD编码的步声道（最多达6路）影音。另外，它也可放入不是声音的字符、图象和视频片段，使SACD功能更加丰富。碟片上数据的安排是这样的，最靠近中心处为目录区，向外依次为双声道区、多声道区和附加数据区。3个区域的长短和有无都可任意处置。
　　为了符合世界音乐产业集团对新格式音频产品的防盗版要来，SACD加入了密码和数字水印技术。密码埋在数字信号流中，可以防止普通用户直接翻录数字信息。而数字水印是在刻录SACD光迹时，所形成的一种类似印刷品水印一样的暗记或图案，只要入射光是一定角度照射碟片，就会显现出来。如果没有获得索尼这种数字水印技术专利，即使按光迹一对一拷贝出的SACD，只要对光一照，便会显现出盗版碟的身份，而难以在币场上稍售

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