高效能数字音频进化革命

音频技术曾有过辉煌的历史，那是爱迪生发明留声机的年代，他宣告了一场家庭娱乐革命的开始。从此，人们可以在家中聆听预录的音乐。然而，不幸的是，爱迪生发明的留声机的音质实在是太糟了，且此种采用金属薄片所发明的录音设备有生命周期的限制。于是，人们对于更高音质及更长生命周期的期望，便造就了之后的78转的shellac唱片。

然而距离完美的音质还有一大段距离，当时所使用的喇叭扩音机的噪音还是太多，且音量也很低。1940年代，哥伦比亚唱片公司推出33转黑胶唱片；由真空管进步到采用晶体管电子，以及立体录音技术的出现，让高效能音频解决方案又前进了一大步。

虽然一路上意见纷歧，但是由Philips和Sony在1982年推出的光盘片(CD)技术正是数字音频革命的滥觞。不过，虽然数字音频录制和制作技术已被广泛应用于古典唱片产业，但是播放的媒介却仍然是模拟设备。
能被普罗大众所接受的大幅音质改善，以及数字音频格式的采用，已成为未来音频系统的发展基准。

由于人们一直以来想要改善声音的再生质量，也促进音频发展历史的演化。希望能藉由进一步的发展，让人们尽可能地在家中享有接近原始音质的听觉享受。

 不过，在过去数年间，随着音频市场分裂为数个区隔，此一大原则已不再适用，音频效能、格式和媒介都已针对相关应用进行优化。例如Mini Disc、便携式MP3播放器、DVD播放系统等新产品，都为消费者带来了前所未有的新使用经验，但很明显的，这些新产品并未着墨于提供高效能音频再生的先进技术。

最近有关数字音频系统的研究，大部分都聚焦在如何以最少的位数让音乐再生能拥有“近似CD”的音质。这项能力是相当重要的，因为唯有如此才能在狭窄的电话网络带宽中，快速传输庞大的音频档案，或是储存于像是快闪记忆卡等固态媒介中。例如，使用MP3编码，CD比特率会以11:1的比例减少，由12Mbps压缩至96kbps，且音质仍然相当近似于原始声音。

目前存在着许多不同的音频压缩技术，其中有些较其他方式成功。比较相似的方法包括MP3, Dolby Laboratories AC-3, Microsoft WMA和Franhofer Institute 的AAC。传统的数据压缩技术，例如哈夫曼编码(Huffman coding)或是游程编码器(run-length encoders)，都不太适用于音频数据的压缩上。几乎所有的音频压缩方法都是利用人类听觉的心理学模型发展而成。

它们采用3种关键技术。当声音低于听觉的最低门坎而被弃置时，此时会采用频率遮蔽技巧。当一个振幅较大的信号接近另一个振幅较低的信号时，此时便会采用振幅遮蔽的技巧，小信号会被较大的信号“遮蔽”，于是此小信号便不会被编码。最后，当同一时间的音调都很接近时，则会采用时域遮蔽，在一个较大的声音之前或较小的声音之后，会遮蔽输出，并被弃置。

超高质量的数字音频革命

那么到底有没人在乎更高的效能？看起来消费者也没吵着要更新、更高质量的音频标准。不过，即使大家漠不关心，但是一场追求超高质量的数字音频革命的确正在进行中。

DVD Audio是第一个被发表的高带宽、高分辨率音频系统。此音频格式由DVD论坛提出，用以取代CD。其衍生自DVD Video标准，能支持采样率192 kHz和分辨率高达 24位的录音播放。

DVD论坛为此规格的原始制订机构，其中还包括JVC, Panasonic, Pioneer, Samsung, Toshiba 和Warner Brothers等会员。DVD论坛为一独立的组织，共计有33家公司会员：包括10家原始DVD论坛会员和其他公司，这其中有Intel以及相关的半导体业者。他们共同发展此一早在1998年末便首次发表的DVD-Audio格式。

此论坛的音频工作小组提出3种DVD音乐光盘及3种DVD播放器的规划，其功能各有不同。此规格支持PCM和各种压缩音频格式，包括两声道96kHZ / 24位和192kHz/24位立体声录音；压缩4-, 5-和6-声道程序，甚至是由前声道96kHz/24位数据和环绕声道48kHz/24字节成的 5-声道技术。
可以预想DVD-Audio格式将与其他DVD格式并存，这些格式如下：
● Music-only DVD，包含音乐内容，其符合所提出的DVD Audio规格。可选择主题、静止画面，以及屏幕选单。此盘片必须在DVD-Audio播放器(其可播放PCM音频，但不一定能播放Dolby Digital, DTS和MPEG音频。)和可播放DVD-Audio光盘片、以及符合现行DVD视讯规格的DVD-Audio光盘片的电影/音乐复合播放器播放。

● 复合光盘片整合了仅有音乐的内容(符合所提出的DVD-Audio规格)和)全动画音乐视讯(符合现行DVD Video规格)。此音乐影片能在可播放电影/音乐的复合播放器(或是全功能机种)或是目前市面上仅提供影片播放的机型上播放。仅有音乐的内容可在电影/音乐复合播放器以及仅支持音乐播放的机种上播放，其亦可播放音乐影片的音频部分。

● 第三种盘片被视为DVD Video规格的延伸，可提供电影和音乐影片，但此规格也包含“音频导引档案”，只要影片中经过授权的音频内容就可在专属的DVD-Audio播放器上播放。授权音频内容的格式可为PCM audio, Dolby Digital, DTS和MPEG音频，这些皆可在仅播放音乐的机种上播放。此光盘不仅只包含符合DVD-Audio规格的音乐内容。

最普及的数字音频数据格式为脉冲编码调变(pulse code modulation；PCM)。CD采用以44.1kHz采样率录制的16位 PCM。DVD-Audio亦采用PCM数据格式。因此处理DVD-Audio的技术便不会异于CD的处理技术。典型的系统架构如下图所示。注意在sigma-delta数字模拟转换器之前，使用了一个数字滤波器，以执行超取样(over sampling)及逆映像缩减(anti-image reduction)
Alec H. Reeves于1937年发明脉冲编码调变(PCM)技术，当时他任职于法国的International Telephone and Telegraph Co.。在1962年，PCM首次应用于电话传输上，当时集成电路的发展让此应用得以实现。此有限的4kHZ语音频道的采样率为8kHz，且每一脉冲以一个数值进行编码；此数值经过多任务处理一个相同脉冲的线性序列，且每一脉冲与一个取样振幅在语音声波的某一特别的点及时进行编码
在过去的15年间，模拟数字转换系统(ADC)和数字模拟转换(DAC)系统持续稳定发展中。以下的音频DAC表格为今日的先进技术和1986年当时技术的简单比较。以现今的技术将各种数字滤波器整合至数字模拟转换器是较为可行且经济的。诸如Wolfson Microelectronics的WM8742等组件，其架构能完整支持最新世代的DVD-Audio标准，以及CD和其他使用PCM资格式数据的数字音频系统。

DVD-Audio的确有可能提供空前的高音质播放，然而DVD-Audio并非唯一现身的方案。Sony和Philips已连手开发另一被称为直接串流数字(Direct Stream Digital，DSD)的系统。1999年发表于日本的SACD(Super Audio CD, SACD)即采用DSD录音方式，但并不兼容于采用PCM方式的CD和DVD。

DVD-Audio格式采用线性PCM编码方式，相同于现行CD格式所采用的方式，最大取样频率为192 kHz，动态范围增为24位。相对而言，DSD格式则采用一种被称为直接串流数字(DSD)编码技术，最大取样频率为2.8224 kHZ。DVD-Audio光盘和Super Audio CD都能实现多达6声道的环绕音响。Super Audio CD系统还采用一种被称为直接串流转换(Direct Stream Transfer)的无失真编码方式，能减少盘片中50%的数据，如此可在单一高密度层中同时容纳一个多声道和两声道程序。当播放时，此数据理论上会以“完整数据零失真”的方式被展开。DVD-Audio同样也有一称为MPL零有损压缩(Meridian Lossless Packing)的技术，此方法亦使用相似的数据缩减处理。

DSD的关键优势在于理论上较简单的信号链。位串被直接录制在录音媒介上，便无须使用昂贵的数字滤波器。然而，对音乐产业而言，若要使用DSD则必须购买新设备。现有的混音设备、录音控制面板和数字录音设备皆支持PCM。
就是究竟哪一种系统较能提供最高音质？不幸的是，由于目前并无足够的信息可作出有依据的判断，因此并无法提出精确的评估。只能说这两个系统的效能大幅地超越CD。VHS和BETA的战争是否会重演？由于拥有来自软件及影片出租产业更好的支持，结果是较差的系统反而较为普及。或是DVD-Audio和DSD会并存？幸运的是，技术上是可以制造一台同时支持两种标准的机器。

声浪中的赢家由消费者决定

消费者可能会发现自己正处于一个不寻常的位置，将决定未来的超级音频标准是其中一种或是两种同时并存。比较可能的是，谁能成功抓住消费者的心，谁就将是最成功的格式，而非最具技术优势者。
虽然目前市场上的确是出现最新网络音频装置的需求，但是并没有传出渴求高效能音频标准的声浪（除了那些愿意为高传真系统及汽车多付出金钱、而且能够分辨出CD、DVD-Audio或DSD的音质有所不同的发烧友曾发出声音之外）。
所以干嘛大费周章呢？我相信在找寻新大陆或是登陆月球的过程中，都曾经有不少人提出这样的疑问。他们更无从预知就是太空竞赛加速了半导体芯片的发展。

虽然这些次世代的音频系统不太可能和这些历史事件相提并论，但是在这个星球中，却不太可能将那些打动人心的伟大音乐表演重现在您的家中，在您的眼前。能真正触动灵魂的纯真音质才是无价的！