高清演进,从辉煌到迷茫 数字音频标准的变迁
夏昆冈 尚吉刚 于 2009.09.28 11:48:52 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.13/73

本文系Soomal与PC Magazine《电脑时空》杂志合作撰写,因各自对应的读者群有所不同,文字上亦略有不同。
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弹指一挥间,从1979年飞利浦演示了首个基于激光光盘的数字音乐播放系统到如今,CD已经迎来了30岁的生日。1982年8月17日,第一张CD诞生,宣告了一个数字音频时代的开始;时至今日,我们无时无刻不被数字音频所包围,但数字音频的未来却充满着变数和不确定性。

  • 往日的辉煌与未来的迷茫相交织,汇成了数字音频波澜壮阔的演进史!

    数字在CD之前,人们使用磁带或者LP唱片来保存信息,这些载体都用于记录模拟信号。而CD记录的是数字信号,所谓数字信号,就是数字组成的信号,就这么简单。对模拟信号经过采样、量化、编码三个步骤后,可以得到数字信号。其中会涉及到两个数字信号的参数——采样率和采样大小。

    • 强力插入小贴士:

      什么是采样率和采样大小(位/bit)?

      声音其实是一种能量波,因此也有频率和振幅的特征,频率对应于时间轴线,振幅对应于电平轴线。波是无限光滑的,弦线可以看成由无数点组成,由于存储空间是相对有限的,数字编码过程中,必须对弦线的点进行采样。采样的过程就是抽取某点的频率值,很显然,在一秒中内抽取的点越多,获取得频率信息更丰富,为了复原波形,一次振动中,必须有2个点的采样,人耳能够感觉到的最高频率为20kHz,因此要满足人耳的听觉要求,则需要至少每秒进行40k次采样,用40kHz表达,这个40kHz就是采样率。常见的CD,采样率为44.1kHz。光有频率信息是不够的,我们还必须获得该频率的能量值并量化,用于表示信号强度。量化电平数为2的整数次幂,我们常见的CD位 16bit的采样大小,即2的16次方。采样大小相对采样率更难理解,因为要显得抽象点,举个简单例子:假设对一个波进行8次采样,采样点分别对应的能量值分别为A1-A8,但我们只使用2bit的采样大小,结果我们只能保留A1-A8中4个点的值而舍弃另外4个。如果我们进行3bit的采样大小,则刚好记录下8个点的所有信息。采样率和采样大小的值越大,记录的波形更接近原始信号。采样率和采样大小都是以数字方式记录,连续记录这2个数字,就能完成的记录一段信号,完成信号的保存。回放时,根据这两个数字还原出当前的频率和信号强度,就能实现还原成声音的过程。

      为什么CD时长74分钟?

      1987年日本大贺典雄经过他遍查古典乐曲后发现,以日本人最爱的贝多芬第九交响曲“合唱”,所花的七十四分钟时间最长,他就以这个为标准。此后,音乐CD的时长还都沿用当年大贺典雄所订的标准。

    过去的王者即将退位——30年中CD已经迟暮

  • 最为常见的CD,采样率是44.1kHz,理论能记录0~22.05kHz内的频率,采样大小为16bit,理论最大能产生65536级声压的变化。CD的出现,极大满足了音乐爱好者的需求,CD迅速地被消费者和唱片公司接受。迄今为止全球共卖出的CD超过了2500亿张,这个数字还在迅速增长,这还不包括被刻录复制的CD。CD迅速的取代了磁带和LP,成为市场的主流。数字音频因此成为信号记载的主要方式。

    但CD也存在着天生的不足。CD的采样率为44.1kHz,这也决定了它记录高频信号时的不足。人耳听音上限为20kHz,而记录一个波形最少需要2个点,也就是说,CD的采样率在记录20kHz的信号时,采样点是严重不足的,这样还原出来的信号近乎一个三角波,对听感的影响很大。有发烧友指出,CD的数码味太重,真正的原因就是CD采样率的不足。

    无冕之王已老去——SACD花季将逝

  • 1999年,飞利浦与索尼又联合推出了SACD。SACD即Super Audio Compact Disc 缩写,意思为超级音乐光盘。这种光盘的物理尺寸与CD一致,但容量最高能达7.95G,为CD的10~12倍左右。它能记录的信号可以更多。SACD的录音方式是用Direct Stream Digital(DSD,即直流数位技术)方式录音,DSD技术是用来录制SACD的音频。它可以记录到最高100kHz的信号,动态范围高达120dB左右,基本等效于192kHz/24bit。

  • SACD还有一种拓展模式,称为SACD DXD。它采用的采样方式与CD类似,但采样率高达352.8KHz,采样大小24bit。这比DSD模式又更进了一步。相比CD,SACD所记录的最高规格的信号精度,是CD的2000倍,不但如此,它不但支持双声道,而且还支持多声道的音乐信号的记录。

    养在深闺君不识——DVD-Audio颇为艰难的十多年

  • 2000年,出现了DVD-Audio碟片,它的物理尺寸同样与CD一致。它采用的记录方式与CD类似,支持采样率高达96kHz或者192kHz,采样大小24bit。它与同时期的SACD的信号品质相当,也同样支持多声道的信号记录。不管是SACD还是DVD-Audio,相对于CD都是巨大的进步,而且,音质有了非常大的提升。但有趣的是,技术上领先太多的SACD和DVD-Audio,在市场竞争中,并没有取代CD成为主流。它们甚至还不被消费者熟知。这又是为什么?

    DVD-Audio虽然有着非常多的硬件支持,但缺乏足够有效的防复制的技术手段,复制一张DVD-Audio是非常容易的事情。而录制一张DVD-Audio的成本,丝毫不亚于SACD,因此成本也居高不下。另外,DVD-Audio更多是DVD播放器的一个附加功能,它的消费群体决定了,消费力有限,基于这些原因的考虑,唱片公司也不太愿意推出DVD-Audio的产品。

    没有胜利的持久战——SACD 与 DVD-Audio 的混战

    SACD是飞利浦与索尼主导的标准,DVD-Audio则是DVD论坛主导的标准,它们之间存在竞争。

    SACD阵营的飞利浦与索尼,也是CD的发明者,虽然SACD和DVD-Audio技术上相当,但SACD更能获取支持者信任,而且飞利浦与索尼,不但是硬件公司,旗下还有很大规模的文化产业,通过旗下的唱片公司支持SACD,并说服了一些发烧级唱片公司予以支持,在软件方面,SACD要走的更远。而DVD-Audio更多被DVD播放器的厂商支持,把播放DVD-Audio作为一个附加功能集成到DVD播放器当中。而且DVD-Audio还可以在电脑平台上播放,因此,能支持DVD-Audio硬件设备,远比SACD的多。两方都没有取得绝对优势,近10年过去了,这种情况依然延续。虽然SACD阵营的成员动用了自己旗下的唱片公司助阵,推出了不少SACD唱片,但这对市场来说,还远远不够。SACD虽然技术指标非常高,但录制的成本要高昂许多,唱片公司制作相同内容的SACD与CD,CD的成本要低不少,CD的竞争力显然要高,加上SACD的硬件播放器,售价都偏高,市场的保有量并不乐观,这也降低了唱片公司推出SACD的兴趣。即便是那些已经推出SACD唱片的公司,其主力产品依然还是CD。

    从用户端出发的反思——多声道系统为何不够普及

    尽管DVD发展了10多年,也曾经掀起过一场多声道家庭影院的普及热潮。但这个热潮过去得太快,还没来得及普及就退烧了。根本原因就是多声道系统的摆放是一个很麻烦的问题。摆放一套多声道家庭影院系统,需要足够大的空间,布线也是非常麻烦的事情,很多人宁可退而求其次,使用双声道的系统。我们认为,在无线音频技术没有成熟之前,多声道的系统始终难以普及。多声道系统变成了少数人的玩物,而没有真正走入千家万户,大部分宁可选择更大屏幕,也不愿意去折腾音箱。这个现实可以通过音箱市场的销售情况看出点什么来,多声道音箱系统的销售不及总量的5%。

  • 这种情况导致了,SACD以及DVD-Audio多声道音乐回放的优势无用武之地。大部分人还认为,DVD的多声道系统已经够烧钱了,而SACD和DVD-Audio对音箱的要求更高,投资也会更大,从而产生了一种畏惧心理,不敢轻易建立多声道的音乐欣赏系统。

    MP3才是真正主流——普通用户对音质的态度

  • 大部分人都可以轻易的听出SACD以及DVD-Audio比CD的音质强很多,即便是双声道的SACD和DVD-Audio。新一代的音频技术,让声音动态以及整体层次、解析力等重要指标都获得了全面提升,如果从这个角度来说,SACD和DVD-Audio不取代CD简直不可想象。

    这些年,CD的消费量的增长已经呈现放缓的趋势,CD已经进入衰退期。到底是谁在遏制CD的增长?显然不是SACD和DVD-Audio。我们认为是MP3。苹果的iTunes的音乐销售记录就可以看出,美国的小青年们,已经习惯从网上购买MP3并下载来听,这样直接越过了CD这个音乐载体。在中国,版权保护并不完善,大部分MP3下载都是侵权的,因此我们不能提及“消费”二字,但它构成了对CD唱片的冲击。典型的案例就是百度的MP3检索,百度是中国访问量最大的网站,而MP3检索占其近15%的访问量。由此可见MP3的需求是多么庞大。

  • 另外的例子就是硬件销售,几年前说起随身听,大家还会联系起索尼的Walkman,老一代的随身听,还需要磁带或者CD,随身听销量的增长会带动磁带或者CD市场的扩容。但现在情况不同了,以iPod为代表的新一代数字随身听的普及,对CD不但没有促进作用,带来的反而是遏制甚至剿杀。

    从上面这些叙述可以看出,消费者对音质的需求不是没有,但如果要为此付出高成本却不太愿意。MP3虽然音质不如CD,但市场却非常惊人,如果算上盗版MP3,音乐的最大载体应该不再是CD,而是MP3和网络。随着网络带宽的成本增加和储存介质的低价化,如果能够保持简单易用,那么用高品质无损压缩格式取代CD或者MP3也是很可能的。由此可见,普通用户对音质的需求并不是那么强烈而紧迫,所以升级音质不能以大幅度提升采购和使用成本为前提。

    是否该安静的走开——实体光盘的是否气数将尽?

    美国的年轻人已经习惯购买MP3来欣赏,中国的消费者也习惯直接从网上下载音乐,全球其他国家的情况也应该差不多,这说明了什么?

  • 我们是不是可以认为光盘这种载体已经开始变得不合时宜?现在下这个结论可能还太早,但它迟早会变成现实。不管是CD、SACD还是DVD-Audio,它都开始与年轻人的消费习惯对立。唱片公司始终认为光盘才是保护自己利益的最佳手段,当年MP3播放器刚刚兴起时,唱片协会大动干戈的要扼杀这种新兴播放器,就能足以证明这个行业十分容不下这种新事物。万物的发展不会以某个行业的意志而转移,决定方向的始终是消费。这么多年过去了,有些唱片公司已经开始发现MP3并不是敌人,它一样可以带来收入,苹果iTunes上的音乐销售额度越来越高,也是唱片公司积极尝试参与的结果,Google的音乐搜索,也是与唱片公司合作后才有的。这说明,唱片公司也发现网络+文件化的音频文件已经形成一种趋势,光盘的需求会越来越少的。

    技术进步无法推进需求进步,这是一个非常尴尬的现状。SACD和DVD-Audio用了10年时间无法打败一个30多年前就有的CD,这其中肯定是大有问题。唱片不够,导致需求不够,对硬件消费失去兴趣,还是硬件不够导致唱片公司不愿意出高规格唱片?这如同先有鸡还是先有蛋的争论一样。我们认为,保守主义害死人,不管是SACD、DVD-Audio阵营,对授权的开放都太过于保守,唱片行业更是一片死脑筋,因此,短期内,这些高规格的高科技产物,还是无法走进寻常百姓家,只会是少数发烧友的玩物。

    高清时代的明星——杜比TrueHD与DTS HD Master Audio

  • 随着蓝光在高清制式大战中获胜,Blu-ray光盘已经确定为下一代的光储主流介质。与之相伴而生的是新一代的音频标准。杜比TrueHD是专为高清光盘媒体所开发的下一代无损压缩技术,该技术所提供的高质量音频与清晰度最高的录音棚母带基本一样,它支持100%无损的编码技术,码率高达18 Mbps,支持多达八个分离式24比特96 kHz全频带声道。Blu-ray光盘当前将其最大的声道数目限制在八个。

    DTS-HD Master Audio是DTS-HD标准中的一个子集,能与录音原本1比特1比特地对应相同,因而用DTS-HD Master Audio能享受到高保真的音乐,甚至电影的配乐也可以成为高保证音源。在数字录音时,取样率高,量化深度深,数据量就大,数据的传输率也就高。数据信息的传输率越高,声音的质量也就越高。DTS-HD有能力处理很高的数据率,从而捕捉到更丰富的原始信息细节。

    高码流、高清晰度是新一代音频规格的一致性特点,不过有蓝光光盘多达25GB的容量保证,大容量似乎并不是一个问题,现在反而是内容商的支持显得更为重要。我们不认为杜比TrueHD与DTS HD Master Audio会形成势若水火的竞争态势,因为他们都是要借助于蓝光的发展而发展,硬件物理规格上并不冲突,只是编码规格和技术上各有优势,就像现在的影碟机会同时支持杜比和DTS一样,未来也非常有可能是蓝光播放器同时支持这两种制式。

    高容 高质 低价——对数字音频未来格局的预测

    其实MP3有损压缩格式的盛行,是当时在存储成本和网络带宽现实下的折中方案而已,它只是在适合的时间,以自己适合的特点,适合了当时人们对音频格式的需求罢了。

    随着存储技术的进一步发展,我们相信,用户会逐渐的存储音质更好的音乐,代价就是付出更大的存储空间。一个长度为1分钟,双声道的44.1kHz/16bit的文件,它的码率则为 44.1K×16×2 =1411.2 Kbps。这个参数也被称为数据带宽,它和ADSL中的带宽是一个概念。将码率除以8,就可以得到它的的数据速率,即176.4KB/s。这表示存储一秒钟采样率为44.1KHz,采样大小为16bit,双声道的PCM编码的音频信号,需要176.4KB的空间,1分钟则约为10.34M。而一个1分钟,双声道的192kHz/24bit的文件,需要存储空间为67.5M,一个分钟,六声道的96kHz/24bit的文件,需要的存储空间为101.25M。如果以CD标准长度74分钟计算,存储双声道的192kHz/24bit和六声道的96kHz/24bit的文件,分别需要将近5G和7G多的空间。加上无损压缩技术能降低30~40%的存储开销,存储一张碟需要3~5G的空间。当前主流硬盘的容量为1TB左右,主流闪存的容量可以轻易超过4GB,存储一些高规格的无损音频文件成本并不算高了。因此也不排除唱片公司用类似iTunes的方式销售这种高规格的音乐文件。

    不满足是人类进步的核心动力,数字音频也莫非如此,所以我们对未来数字音频流行趋势的判断是高码流、高音质、低价格。

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    117.136.062.***
    117.136.062.***
    发表于2017.11.14 15:46:59
    17
    061.134.237.***
    061.134.237.***
    发表于2015.08.17 00:17:23
    16
    认清潮流趋势,少走弯路
    发表于2014.02.26 18:35:37
    15
    116.232.104.***
    116.232.104.***
    发表于2011.08.16 17:32:48
    14
    058.241.***.***
    058.241.***.***
    “也就是说,CD的采样率在记录20kHz的信号时,采样点是严重不足的,这样还原出来的信号近乎一个三角波,”decoder算法还原的都是正弦波形锯齿波都会被拉平滑,哪来的三角波?
    ”DVD-Audio更多是DVD播放器的一个附加功能“起码在中国不是这样的。具有DVD-A播放功能的机器普通卖场难见。普通DVD机能放也就是放的Video-ts里的内容。如同hybrid-sacd.
    "大部分人都可以轻易的听出SACD以及DVD-Audio比CD的音质强很多"心理学范畴。
    发表于2010.01.08 17:17:01
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    期待DSD128甚至DSD256或32Bit384KHz.更期待数字放大技术的发展与平民化.
    发表于2009.10.02 14:55:25
    11
    210.192.***.***
    210.192.***.***
    这部分是错的...
    发表于2009.10.01 06:34:12
    10
    03
    http://www.2l.no/hires/index.html可以下载到高清音频
    发表于2009.09.28 23:10:12
    9
    118.213.***.***
    118.213.***.***
    发表于2009.09.28 18:40:01
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    发表于2009.09.28 16:40:09
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    发表于2009.09.28 15:39:36
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    03
    国内已经开始有录音棚群组计划数字下载业务了,录音起点是24Bit 48KHz(96KHz、192KHz),在不久就会为用户提供高清音频下载业务,当然这是收费的,正版的。
    发表于2009.09.28 14:58:25
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    发表于2009.09.28 14:47:42
    4
    221.222.***.***
    221.222.***.***
    支持32bit\192k的音乐
    发表于2009.09.28 12:34:10
    2
    114.245.***.***
    114.245.***.***
    发表于2009.09.28 12:18:49
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