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前言：

　　上次我们在编写HD Audio与AC'97区别时，引入了采样率的问题，并且也提及了DVD Audio与SACD等问题。一些热心的网友提出，单纯的在采样规格上做文章，对音质的改善是有限的。针对这个问题。我们近期收集到了更多的基础资料，并进一步将问题延伸至下一代音乐光盘标准之争的探讨，分析他们之间的优劣，感兴趣的朋友不妨一看。

舍远求近，先谈谈常见的CD：

　　目前大家常用的音源载体中，公认最实用音质最好的就是CD了，人们在评论mp3、APE、FLAC等常用压缩格式时，常用CD的采样规格作标准进行对比。在接触了bit、kHz、kbps等参数关键词后，我们很自然的会对其再次进行比较。

　　何为CD呢？CD全称Compact Disc，我们常说的CD实际上是CD规范中的音频CD——CD-DA，全称Compact Disc Digital Audio。它以cda为文件扩展名，通常采用44kHz、16bit的采样率来存放信号，最长能够存放74分钟的音乐。

　　CD的标准包括了红，黄，绿，橘，白及蓝皮书，这些标准书为荷兰飞利浦公司(Philips)联合相关的公司所制定，因采用各不同的封面颜色而得名。所有的光盘格式都是以CD-Audio格式为基础而发展的，CD-Audio的标准记在红皮书内，而CD-ROM的标准则记录在黄皮书上。

威宝 52X CD-R 光雕盘片(图片可点击放大)

　　红皮书与黄皮书是最常用到的标准书，但这只是众多标准书的其中两本。其它还有包括定义CD-I规格的绿皮书，定义VideoCD与KaoarkeCD规格的白皮书，白皮书内规格尚需要参考红及黄皮书，另外还有定义CD-R，CD-E及MO规格的橘皮书，在橘皮书中包括定义CD-R盘片的规格，使CD-R光盘片可使用于任何一台光盘烧录器，橘皮书中还定义了全新的档案系统，这种档案系统是为了可将资料分次存放在CD-R而定的，叫做多段式(Multi-session)写入规格，蓝皮书则记载加强型光盘片(CD-Extra)的规格，此种光盘片是以CD-Audio为基础，利用Multi-session的方法将资料加于音乐轨的后面，使一般CD唱机无法拨放到资料轨(保护)，而计算机上的光驱则可顺利抓到资料。

　　对于新的CD标准，或者是原有标准新加入的部份，均无法独立成为一个单一标准，而需彼此参考，举例来说，CD-R要记录成为CD-Audio，需参考橘皮书与红皮书，彼此缺一不可。有的时候，光盘片上可以记录不只一种的CD标准。

重点所在——PCM（何为PCM）：

　　从CD的标准中引出了我们此次要说明的重点，采样规格中两项最常用到的规格bit/kHz。这包含两个概念，前者是采样精度，位数越多，可供声音描述的数据量就越丰富；后者则代表采样的频率，频率越高、间隔时间就越短，所获得的声音就越细腻流畅。这两个规范的来自于CD早期定义时所采用的编码方式——PCM方式。

　　PCM这个字眼相信DIY老鸟们已经听过多次，但是其为何物呢？PCM（Pulse Code Modulation——脉码调制录音)，所谓PCM录音就是将声音等模拟信号变成符号化的脉冲列，再予以记录。PCM信号是由[1]、[0]等符号构成的数字信号。与模拟信号比，它不易受传送系统的杂波及失真的影响。动态范围宽，可得到音质相当好的影响效果。

　　PCM脉码调制数字音频格式是70年代末发展起来的，80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。PCM的音频格式也被DVD-A所采用，它支持立体声和5.1环绕声，1999年由DVD讨论会发布和推出的。

　　PCM的采样精度从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采样频率从44.1kHz发展到192kHz。到目前为止PCM这种单纯依赖提高采样规格的技术，其可改进的地方已经越来越来小。只是简单的增加PCM比特率和采样率，不能从底层改善它的根本问题。

PCM遇到的问题：

　　PCM的主要问题在于： 1）任何PCM数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波器，仅让20 Hz - 22.05 kHz的频率通过（高端22.05 kHz是由于CD 44.1 kHz的一半频率而确定），这是一项非常困难的任务。2）在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器（减低采样率），在重放时采用多级的内插的数字滤波器（提高采样率），为了控制小信号在编码时的失真，两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了PCM技术在音频还原时的保真度。

更贴近Hi-Fi的SACD：

　　SACD全称叫Super Audio CD，即“超级音频光盘系统”，它是由索尼和飞利浦公司合作开发的一款具有全面取代CD音源实力的最新格式的数码系统。SACD采用DSD数字录音技术，它的频率范围和动态范围均优于CD。SACD是一种新型的光盘，它不是CD格式，而类似DVD光盘，播放时需使用SACD专用的播放设备。

　　SACD光盘结构大致与DVD相似，播放面有单面和双面，信息层有单层和双层。目前市场上的SACD光盘较多采用单面双层结构，一层是0.6mm基片上储存16bits传统CD格式的信号，可与CD兼容，另一层是0.6mm基片高密度的半透明层，储存SACD格式的信号，再将两片基片像DVD盘片那样粘合而成。这种光盘可以在普通CD播放机上播放，也可以在SACD播放机上播放，当然，两者的音质是有差别的。

为何1bit能干掉24bit——更有效率的DSD：

　　DSD技术除了应用在SACD中，也有直接运用于CD中的，不过不同的是应用于CD的DSD应用终结于录音部分，压盘与回放依然采用PCM编码，而SACD的技术指标则远优于CD。SACD的核心技术是DSD （Direct Stream Digital 直接数据流），它与CD、DVD-Audio的多bit录制原理有根本的区别。

DSD的技术要点：

　　DSD的技术，简单地讲它是将信号以2.8224MHz采样、经多阶Δ-Σ调制，输出1bit信号流。在整个SACD系统中，都按照1bit的规格进行编码解码，因此相比PCM少了采样精度交替变换带来的音质劣化。

　　多阶（如：7阶 7th Order）Δ-Σ调制器运用负反馈，将信号与上次采样的波形进行比较（差分运算），“大于”便输出“1”，“小于”便输出“0”。利用求和器将波形在一个采样周期中积累，以形成下次的比较波形。Δ和Σ则分别是差分和求和的含义。由此可见，1bit信号流是相对值，而传统的PCM记录的量化值是绝对值，1bit的效率被大大强化了！

　　上图为一个正弦波经多阶Δ-Σ调制后1bit数据流。图中显示，正半周，振幅越大，出现“1”越多；负半周，振幅越大，出现“0”越多。这个图让我们想起扬声器发出的声波在空气中传播的情形：正半周，纸盆推出，压缩扬声器前方的空气，使空气密度增加，振幅越大密度也越大；负半周，纸盆拉回，使空气密度降低，振幅越大，密度也越低。由此可见，1bit信号流竟然反映的是原始的模拟信号作用于扬声器后声音在空气中形成的疏密程度！目前，有的公司已经在研究开发数字功放和数字扬声器，希望将1bit二进制的数据经过数字功率放大器放大后，直接提供给数字扬声器，数字扬声器既是一个简单的低通滤波器，又是将电能转换为声能的换能器，这样，不但简化了结构，而且提高了重放性能。

DSD编码 VS PCM编码：

　　与传统的PCM信号比较，1bit信号流调制过程较为简单，而且精度高、成本低，解调过程更是简捷方便。从理论上讲，重放端仅需要一个RC积分电路就可成功地还原音频模拟信号。同时，又从根本上剔除了PCM所固有的一些失真，使音频信号得以高度的返真还原。

 PCM编解码对比DSD编解码

　　DSD制式的取样频率为2.8224MHz，较传统CD的取样频率 44.1kHz高出64倍，而总的信息容量为传统CD的4倍。理论上可以把频响范围扩展至0Hz-400kHz，这就大大超越传统CD的20kHz的极限。而64倍于CD的超取样频率，又可使听域范围的量化噪声完全被分配到人耳的听域之外(也就是说PCM中的低能量信号，为确保精度而加入的重复定量噪声，可以将其分配到20kHz甚至更高的频率外)。更因为DSD技术中又开发了所谓的"噪声整形电路"可进一步把可闻频带（0 ~ 20kHz）内的噪声进一步转移到20kHz以上的超音频范围中去，从而令SACD的信噪比提升至120dB以上，这就是DSD编码的另一个优势。

　　但是另一方面我们也不得不看到采样率对其构成的影响，假设输入的声音是一个动态很大的高频信号，如果采样率不能达到一定要求，还原出来的曲线误差也会变大（采样的两个点内的音量变化足够大的话，1bit的标量精度劣势将会显现）。

从bit应用映射音频产业：

　　SACD与DVD-Audio比较，两者原理虽然不同、实现方式也各有差异，但都比传统CD的音质改善甚多。进一步分析我们很容易发现，SACD在向下兼容性以及编解码方面更有优势；DVD-Audio则在容量上（包括多声道拓展性等）以及与多媒体联动上更胜一筹，两者之争目前仍未结束。

　　SACD的应用面相对较窄，常见于Hi-Fi类台式CD，虽然CD机亦可播放，但是音质表现却大打折扣。在硬件供应方面，SACD已先一步走到DVD-Audio之前，SONY公司在SACD推出之初，就有一款轰动业界的SCD-1旗舰问世，之后接踵而来的SCD-777SE、SCD-555、SCD-XB940，甚至影音兼容的DVP-S9000ES、Manantz公司的SA-1、SHARP公司的DX-SX1、先锋公司的DXAX100；飞利浦公司的SACD1000，还有日本著名的Hi-Fi精品金嗓子DP-100/DC-101分体机，其它如日本安桥、爱华、第一音响等等，不胜枚举。

　　DVD-Audio方面，由于依然采用PCM方式，因此应用面较广，不少DVD机已经内置支持DVD -Audio的解码功能。多媒体方面，普通的DVD-ROM都能提供DVD-Audio的读取功能，创新更是不遗余力的推广DVD -Audio，随声卡附送了演示光盘。实际上只要DSP以及DAC在规格上能够支持更高的采样规格，要支持DVD-Audio并不是一件困难的事。

　　软件供应方面则是SACD一面倒的状况，至今已有超过300款SACD唱片面世，国内看得到的也有近百种，其中SONY和Philips一方面凭借自己旗下的唱片公司源源不断地出版SACD碟以示支持。另一方面更说服Telarc、DMP、拿索丝、DIGITAL等发烧唱片公司加盟SACD陈营，不断推出SACD软件给广大消费者造成了"先入为主"的极深印象；而DVD-Audio却时乖命蹇，还在摇篮中就被计算机黑客破解了防盗版密码，从而大大推迟了DVD-Audio唱片推出的时间表，这也是许多饱受盗版之苦的唱片公司暂不考虑对DVD-Audio阵营支持的主要原因。

　　音质方面：由于SACD自身的定位以及1bit量化DSD直接数据流在技术方面的简洁和优势，大多数资深的音响发烧友经过亲耳聆听后，主观感觉都认为SACD在音质上略胜一筹。因而音响界许多朋友都认为，若组建家庭影院兼容Hi-Fi，DVD-Audio应该是首选。但若以玩高保真音乐为主，特别是以追求音质音色的至真至纯为目的的朋友而言，SACD是您理想的选择。

bit对产业的影响：

　　从目前的状况来看，PCM影响下的产业已经相当成熟，应用面较广，凭借载体容量上以及产业成熟性，PCM的bit/kHz之路将在多媒体领域以及高清领域会进一步拓展应用。这道不是说我们看好DVD-Audio，而是说由于多媒体产业已经深受其影响，因此最起码在个人电脑这部分，短期内不会有DSD的机会。

　　我们认为DSD影响下的产业大多数的应用仍会在录音领域，而SACD也会在Hi-Fi纯音频领域走得更远。由于需要兼容普通CD，因此解码部分应该会同事容纳DSD与PCM两种解码方式，这一点似乎有些戏剧性。从软件供应方面看，SACD的影响已经足够大了，我们很容易就能找到一些顶级唱片公司的发烧碟，而越来越多的音频发烧友的吸引力无疑会被其牢牢吸引住。