音响中音源HDCD演绎历程_HI-FI器材新闻

音响中音源HDCD演绎历程

更新时间：2011-5-12 7:51:49 　（编辑：温情）【大中小】

前言: CD仍然是音频市场的主流，支持CD格式的播放器也更为常见，而且DVD播放机也完全兼容CD格式的唱片，因此CD在市场上仍然有一席之地，这也就意味着HDCD还有市场。如果你是Hi-END级的音响发烧友，还可考虑买个HDCD播放器来配合着感受一下。

　　【音响网资讯】

随着人们对音乐鉴赏能力的提高，随着各种音频器材的日渐“完美”，CD那44 kHz、16bit的音乐再现范围还能满足需要求吗？不知你是否也听出了CD音源中的那一点生硬和干涩呢？如果我是音乐发烧友，如果你对音源要求很苛刻，如果你不想你家几千元、乃至上万元的发烧音响无法发挥到极致……也许大众化的HDCD（High Definition Compatible Digital，高解析度CD）能满足你的要求。

一、HDCD的诞生

　　随着数字音响的发展，44kHz、16bit早已不能满足人们对音源日益苛刻的要求。众所周知，原声音最初都是以模拟音频信号的方式存储在母带上的，如果要将其变化为数字音频信号记录到CD光盘上，便需要对模拟信号进行采样，根据奈奎斯特的采样定理：采样频率只要达到以信号最高频率的两倍，就能精确描述被采样的信号。

　　由于人耳的理论听学范围是20Hz~20kHz，因此如果采用大于40kHz的采样频率对原声进行采样，即可满足人们的要求。所以，CD光盘一面市即以其44kHz、16bit的高指标在数字音响领域中大放异彩，很快成为了Hi-Fi 领域的主要音源。不过随着数字音响的发展，这种44kHz、16bit记录格式的缺陷渐渐被显露出来。

　　首先，44kHz采样频率是影响音质的第一要素，44kHz的采样频率能够完整再现一个20kHz的正弦波，却难以重现一个20kHz的非正弦信号。这是由于非正弦信号是由1个基准波加上2次、3次……n（n=8）次谐波叠加面而成，虽然基准波能够重现，但三次以上谐波的频率可能早已超出了20kHz的范围，因此在采用44kHz D/A转换后可能造成谐波的波形畸变或丢失，从而导致最后还原出来的波形产生失真。再来看看16bit量化。

　　虽然将声音的幅值分为了2=65536个等级，但其理论能够实现的动态范围却仅有98dB。何况，在实际转换过程中尚不能完全用完16bit，再加上录制编码至解码过程中的数据丢失，使得CD的动态范围难以突破98dB，这对于表现古典打击乐显然不够。

　　这便是数字音频所特有的一种失真——缺损性失真。如果我们把采样频率提高到96kHz 、24bit甚至是32bit，音质自然会更加逼真，细节也更丰富。这就好比在玩3D游戏时把分辨率和色深从800 X 600、16bit提升到1024X800、32bit一样，游戏画质会更精美，不过CPU和显卡会为之进行更多的运算。

　　事实上，不少音像公司已在CD前期制作时采用了96kHz 、20~24bit的录音技术制作母带，但在最终制成CD时，受CD容量的限制，不得不重新编码处理成44bit、16bit的格式，因此我们现在能见到的标有24bit或32bit的CD盘片，实际上仍然为16bit的数据流。然而，HDCD的出现不仅改变了音频采样量化的精度问题，还打破了传统CD容量的限制。

　　二、了解HDCD
　　为改善现有CD记录格式的缺陷，美国Pacific Microsonics公司推出出了全新的HDCD录音及其播放技术。用HDCD方式编码制造的CD 不仅与普通CD具有高度的兼容性，而且能提供更高的声音动态范围和极高的信噪比，能克服音频数码化后出现的平面和干涩感，使音质更加悦耳、层次更加分明、细节更加丰富。

1、初识HDCD

　　现在标有HDCD字样的CD盘片从正版到盗版，市面上比比皆是。我们这些暂不谈论盗版CD是否为真正的HDCD编码，单就HDCD技术本身而言，它的确能将音频的量化精度从16bit提高到20bit，能够还原出更多的声音细节，而且HDCD的制作成本并不高，它的物理存储介质和普通CD完全一样。

　　谈到HDCD碟片自然而然就得说说盗版与正版的差异。正版CD印有HDCD字样的当然就不说了，市面上从50~150元的都有，价格和正版CD一样，至于盗版……就很难保证它是真的HDCD了。原因有二：其一，在盗版HDCD的过程中很可能将HDCD中隐藏的控制代码忽略掉，有些盗版商甚至是从几张CD中摘选十几首歌来合成一张CD，这样的CD还会是HDCD吗？其二，不少盗版商根本就是是盗的HDCD的版，而是在CD盒上打上HDCD的标记来取悦大众。因此，如果你想感受HDCD的真正魅力笔者奉劝你还是得从正版开始。

　　提到支持HDCD技术激光影碟机，就不得不说到 PMD100 音效处理芯片。PMD100芯片由全球惟一一家HDCD解码芯片生产商——美国PMI公司生产，是一个28脚DIP封装的大规模集成电路，它具备HDCD解码和数字滤波功能。

　　当它接收到的音频数据为HDCD编码方式时，会自动切换到HDCD解码格式下工作；当非HDCD音频信号输入时，则只做常规超取样数字滤波处理。由于采用HDCD技术需要支付相当的版权费，且解码芯片又骒独家生产，因此市面上采用该芯片的播放设备并不十分流行，尤其是在国内。不过支持该技术的产品种类倒是非常齐全，从CD播放机、D/A转换器、组合音响、CD随声听、A/V接收机、A/V功放到DVD播放器应有尽有。

2、HDCD的编码过程

　　如果把数字音频信号提高到96kHz、24bit存储在CD光盘上，那么一张650MB原本可存储74分钟立体声音频数据的CD便吸能存24分钟音乐，因此盘片容量成为最初的瓶颈。好在后来DVD的出现才弥补了这一缺陷，不过现在用DVD来听歌的人恐怕并不多吧！而HDCD却七妙地避开了容量的限制，将更多的讯息放到CD这个已经放满足数据的存储介质中。

高频A/D采样转换

　　首先HDCD的A/D转换器将母带中的原始模拟信号以176.4kHz进行采样，并采用了高频扰动技术进行24bit量化。这样采样的结果不仅能提供高达120dB的动态响应范围，而且能使采样后的波形失真降低到最小，还提高信噪比。然后HDCD编码器能“智能”地对176.4kHz 的音频信号进行分析、处理，自动舍弃一些“不必要”的音频信号，从而将176.4kHz、24bit的数字音频信号转换为88.2kHz、24bit。

信号分析与延迟存储

　　接下来88.2kHz、24bit的信号被送到一个缓存中延迟一定的时间，以便HDCD编码器对其进行特有的“look ahead”处理，即对一段音频信号进行“瞻前顾后”式的分析后，从中选出需要进行细微描述的音频细节部分，加以编码后最终转换为44kHz、16bit格式。

　　这种格式的音频信息生成过程与普通CD直接进行44kHz、16bit采样量化的生成过程截然不同，但又是完全兼容的。需要注意的是，此时HDCD编码器将产生“Hidden CDode”，这是与普通CD最大的区别之处。

插入隐含控制码

　　对于HDCD编码器的最后量化操作部分，为准确控制HDCD编码记录的超量信息在解码器上的精确回放，特设置一相关的隐含控制码，并将其插入主音频流的最后数据位，一起存储在CD上。

　　该隐藏控制码仅占可存储单元的2%~5%容量，如在普通CD机播放HDCD，该隐含控制码将被忽略，但如果在HDCDF播放器上播放，HDCD解码器将准确捕捉该隐含控制码，并用它来控制数字滤波器的工作，从而使得整个音频信息量得以膨胀，最后经D/A转换可获得大动态、细节丰富、高信噪比的模拟音频信号。

　　需要注意的是：隐含控制码并不是用以描述通常在常规编码过程中丢失的音乐信息，而是传送指令去控制HDCD解码器还原这些信息的。由于HDCD技术本身在编码方面的优势，加上解码器“智能”化的处理方法，因此吸需几个 bit才能完成的工作。

3、HDCD的解码过程

　　HDCD的解码过程可以简单地看做其编码过程的逆过程。PDM100解码芯片首先检测从CD读取的音频数据流中是否携带有HDCD隐含控制码，如果有，则按照隐含控制码的指令激活主音频数据流使其膨胀，恢复在编码过程中对数据信息的压缩。由于隐含控制码的存在，PDM100可准确地对高频进行扩展，对低频进行延伸，以获得高于普通CD的音频解析度和动态响应范围，这便是HDCD的优势所在，也是它名称的由来。

　　如果要简单地概括HDCD的优势，那便是高频采样、高精度量化、先进的数字压缩编码和智能解码还原。

　　三、全方位体验HDCD的魅力
　　HDCD在音质上的优势并非只有“金耳朵”才能分辨，即使是用普通随身CD听也能明显地感受到声音频响范围和清晰度上的差异。这也是为什么许多Hi-END或监听系统采用HDCD作为音源的主要原因。细心的读者可能会发现，不少DVD大片的电影原声CD都采用HDCD编码格式。将HDCD放在普通CD机上播放

　　由于HDCD是与普通CD完全兼容的，因此HCDF能在普通CD播放器上正常播放。虽然普通CD播放机不能读取HDCD的陷含控制码并进行解码，但由于HDCD前期采用了176.4kHz、24bit的A/D转换，然后再由先进的数字处理器转换为44kHz、16bit格式，这个过程比直接用44kHz、16bit格式采磁模拟信号所带来的失真要小得多，因此即使是将HDCD放在普通CD机上播放，同样能够得到比传统CD更佳的音质。

将普通CD放在HDCD播放机上播放

　　我们前面提到PDM100解码芯片时曾经简单地描述过它的作用，除了HDCD解码外，它还有数字滤波功能，这一点与一些高级CD机完全相似，因此，即使是将普通CD拿到HDCD播放器上播放，同样能得到更理想的回放效果。

将HDCD主在HDCD播放机上播放

　　这个当然就是最理想的搭配了，正所谓“如鱼得水”，HDCD能展现前面我们所提及的一切优势，实现“真”20bit数字信号输出，为你展现更宽的频响范围和更佳的音频细节，这是所有16 bitCD所不能比拟的。

　　四、HDCD与PC个人电脑

　　了解了HDCD的制作、编码以及解码回放过程之后，笔者还想将HDCD与PC个人电脑联系在一起来讲一讲。就像DVD才出现时一样，市面上只有DVD影碟机，而且当时AAC-3/DTS解码全靠硬件完成，而当把DVD移值到PC上后，随着CPU速度和运算能力的提高，DVDF图像和音频解码逐渐由硬件过渡到软件，从而到现在的全软件解码。同理，HDCD作为一种解码呢？笔者认为是完全可能的，尽管现在还没有这样的解码软件出现。

　　电脑中的CD-ROM就可以读取HDCD盘片上的陷含控制码，编写解码软件也不是什么难事，当前CPU的运算能力更是不容置疑，那么最大的总是可能出在HDCD的授权，以及目前多媒体声卡的性能上。

　　由于现阶段的主流声卡不支持20bit的D/A转换，因此即使用软件对HDCD进行了解码还是不能通过声卡将其转换为模拟信号，毕竟D/A转换不能用软件实现。此外，普通声卡在动态响应范围，信噪比等方面本身就是一个声音的“瓶颈”，即使有非常动人的音源，也被声卡白白地“过滤”掉了。

　　就像你在电脑上放DVD产进行DTS解码一样，每个声道的音源为96kHz、24bit数字信号，受限于声卡品质的缘故，最终只能以44kHz、16 bit格式输出。由此可见，不仅是HDCD、连DVD也只有在专业级的声卡上才能完全再现其音质方面的魅力，这不得不说是多媒体音频的一大遗憾。说到这里，自然而然地让人联想到“音频也有瓶颈”的问题。

　　出于施展幅的关系，笔者不能、也不想再长篇累牍地讨论下去，就留给读者自己去思考：从音源到声卡的回放再到扬声器的再现，你家的音响或多媒体音频系统存在瓶颈码？

　　五、HDCD的未来

　　HDCD采用了先进的压缩技术使一张普通CD可以存储比标准CD的44kHz、16bit更多的音频数据，以此来录求音质上的提升。但受限于CD光盘650MB最大存储容量的限制，HDCD可以说已经走到了CD的极点了，它最终会被DVD第系列盘片所取代，毕竟以DVD的存储容量，存储96kHz、24 bit以上的音频数据不存在容量限制问题，也不用向HDCD那样去寻求什么压缩之道。

　　但就现阶段而言，CD仍然是音频市场的主流，支持CD格式的播放器也更为常见，而且DVD播放机也完全兼容CD格式的唱片，因此CD在市场上仍然有一席之地，这也就意味着HDCD还有市场。最后提醒大家在购买自己心爱的CD时不妨多留意一下，上面若有HDCD字样，那就是好不过了。如果你是Hi-END级的音响发烧友，还可考虑买个HDCD播放器来配合着感受一下。


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