次世代高清音频编解码技术毕业论文.doc

I 次世代高清音频编解码次世代高清音频编解码 技术毕业论文技术毕业论文 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 课题研究的背景及意义 1 1 2 国内外研究的现状及分析 2 1 3 次世代高清音频的前景 2 第 2 章 次世代高清音频的发展 4 2 1 高清音频的产生 4 2 2 杜比实验室简介 7 2 3 DTS 简介 8 2 3 1 DTS 公司简介 8 2 3 2DTS 的优势 10 2 4Dolby 与 DTS 的比较 10 第 3 章 次世代高清音频的格式 13 3 1 杜比数字音频编码格式 13 3 1 1 Dolby Digital 13 3 1 2 杜比数字环绕声 EX 13 3 1 3 杜比数字 技术 14 3 1 4 杜比 True HD 技术 15 3 2 DTS 数字音频编码格式 15 3 2 1 DTS Digital Surround DTS 5 1 数码环绕 15 3 2 2 DTS 2 0 Digital Out 16 3 2 3 DTS ES DTS 扩展环绕 6 1 17 3 2 4 DTSNEO 6 立体声升级环绕技术 17 II 3 2 5DTS96 24 格式 18 3 2 6 DTS HD 18 3 2 7 DTS HD MA 20 3 3 完全无压缩脉码调制 LPCM 20 3 4 THX 21 第 4 章 次世代高清音频的编码 24 4 1 数字音频编码的原理 24 4 1 1 心理声学模型 24 4 1 2 音频信号的感觉编码 25 4 2 AC 3 的编解码技术 26 4 3 DTS 音频编码 29 4 3 1 DTS 音频编码概述编码过程 29 4 3 2 DTS 编码关键技术 30 第 5 章 次世代高清音频的算法 33 5 1 AC 3 算法分析 33 5 1 1 AC 3 码流结构 33 5 1 2 AC 3 解码算法描述 35 5 2DTS 解码算法研究 39 5 2 1DTS 解码基本流程 39 5 2 2DTS 解码各主要模块详述 39 第 6 章 总结与展望 44 致谢 45 参考文献 46 1 第 1 章 绪论 1 1 课题研究的背景及意义 人类进入21世纪 随着互联网技术的飞速发展 消费类电子 通信 传媒 计算 机技术日益紧密地结合起来 计算机与通讯 娱乐业的融合 使得人们已生活在一个 几乎数字化的多媒体世界当中 随着互联网的不断发展 影音存储媒介的发展形式从 传统的光盘慢慢地转向硬盘 与此同时 网上的音乐资源数量正在日益刷新 这让新 世代的音响器材不断地与电脑相结合才能适应市场的变化 因为用数字方法记录声音 比用模拟方法记录声音具有更强的优势 例如传输时抗噪声能力强 增加音频动态范 围 多次翻录没有信号衰减等 但是数字声音最大的缺陷是记录的数据量大 表现在 两个方面 其一是在传输过程中 传输数字声音需要占用很宽的传输带宽 其二是在存储 过程中 需要占用大量的存储空间 所以在数字音频中需要采用数字音频压缩技术 对音频数据进行压缩 人们对音频质量的要求正在不断地提高 从单声道到立体声 又在向多声道发展 1 然而 传输带宽和存储媒体容量却是有限的 需要用音频压缩编 码方法对多通道数字音频进行处理 PCM技术是应用最普遍的数字音频存储格式 也 是音频数据压缩的基础 它是以固定的频率对音频信号采样 并且用固定数目的比特 数来表示所采样的音频信号 音频的发展是从声道数和码率上提高 从2声道发展到4 0 5 1 6 1 7 1 从 kbps发展到Mbps 10Mbps 从有损压缩编码发展到无损压缩编码 无压缩编 码 次世代 音频就是无压缩编码 2 谈到数字音频编码 不能不提到两大音频标准 的制定者DTS和Dolby 他们分别推出了自己研发出的 次世代 音频格式 次世代 功 放机一般具备HDMI输入和输出接口 3 声道技术的发展大力促进了近代数字音频技术 的进步 它经历了三个时期 由留声机的发明开始到上世纪的50年代为第一时期 单 声道是这一时期的主要特征 重放出原声音中的音色是人们的主要目的 而不需要考 虑声音重放时的空间特性 4 第二个时期是双声道的立体声 它增加了两维的信息 并 改进了音色的重放效果 演员的声舞台由左右声道所展宽 其他的一系列音响内容能 使聆听者感觉到前后空间差异 它在上世纪50年代中期才开始大众化并为人类提供了 近40年的聆听享受 第三个时期由多声道为代表 从三声道杜比环绕立体声 Dolby Surround 到四声道杜比专业逻辑 Dolby Pr Logic 到五声道Home THX4 1到六声道杜比 AC 3再到UN 5 1系统到最近新推出的雅马哈 YAMAHA 的Cinema DSP 7 1系统 不断 2 扩充和完善着多声道环绕立体声系统 6 它们从20世纪90年代开始陆续走进影院 使电 影和音乐更具有感染力 为人们营造出身临其境的感觉 未来还会不断涌现出新的多 声道环绕声系统来满足人们对于高品质音效的追求 目前 高品质声音的主流是 CD 音质 其采样频率为 48kHz 或 44 1kHz 以每个采 样点 16bit 的精度进行编码 其比特率将达到每个通道 768kbps 48kHz 采样率 和 705 6kbps 44 1kHz 采样率 双声道立体声分别需要 1 54Mbps 和 1 41Mbps 的码率 而 如果采用新的音频编码技术 则可以在保持同等音质的前提下 实现 64kbps 128kbps 速率编码 以 44 1K 样本 秒计算 相当于每个采样点 1 5bit 以如此低的平均信息量 能达到接近于 CD 的高音质 这就是高品质数字音频编码要达到的目的 1 2 国内外研究的现状及分析 随着 DVD 在家庭中的普及 DTS 也慢慢被我们熟知 通过一台可以读取 DTS 音 轨的 DVD 外加 DTS 解码器就可以实现 DTS 音轨影碟的播放了 目前针对家庭的应 用 DTS 标准出现了许多的子集 DTS 公司为符合这些子集规范的编码器或者解码器 给予不同的标识 包括 DTS 96 24 DTS ES DTS Neo 6 DTS HD 等 7 世界上第一 家将 DTS 技术用在汽车上的汽车制造商是日本丰田公司 在 2004 年的时候 美国的 第一辆装备有 DTS 系统的汽车也问世了 汽车的配套服务商们也积极的投入到车载 DTS 5 1 声道播放器的研制中 为客户改装或是加装音响系统 让驾驶者在旅途中也能 享受到 5 1 声道美妙动人的音乐旋律 许多大型的晚会 音乐会以及运动会通过 DVB 以 DTS 音频格式在全世界范围内进行了广播 尤其是世界瞩目的北京 2008 年奥运会 的高清转播同样使用了 DTS 作为音频编码传输格式 在电动游戏领域 供应商们提供 了可在游戏机或个人电脑上运行的 多声道音效的游戏 利用声卡加外接的音频功率 放大器 就可以享受 DTS 提供的逼真音效 让人身临其境 将游戏的娱乐性发挥到极 至 以时尚和高端为定位的日本索尼公司也发售了型号为 MDR DS3000 的无线耳机 该耳机上配有 DTS 的解码器 8 1 3 次世代高清音频的前景 当新一代 BD 蓝光碟 HD DVD 储存技术和高清晰的 HDTV 的热潮来临之际 DTS HD 环绕技术的到来无疑为它们提供了更广阔的应用舞台 BD 和 HD DVD 具备 了比当前 DVD 高出几十倍的储存空间 如此大容量记录令到搭载 DTS HD 或是 Dolby 3 Digital Plus 等各种环绕模式变得顺理成章了 它们将为新一代的 DVD 带来前所未有的 高品质视觉 音频的享受 而配合 HDTV 高清电视的潮流 在未来日子我们无论是在 家居欣赏普通电视节目 还是在网上看电影 都有机会欣赏到 DTS HD 带来的美妙环 绕声效果了 以往的立体声到环绕声被誉为是一次听觉体验的飞跃 不过 DTS HD 的 诞生却让未来的大容量 DVD 数字视频影像的实现如虎添翼 当插上新一代环绕声效的 翅膀就可以真正实现 7 1 声道的数字输出效果 让声音表现素质再次提升 9 目前我们所使用的 7 1 或者 9 1 声道的 AV 功放机型并非真正意义的 7 1 声道数字 输出 那么为何仍未真正迈进 7 1 声道输出的时代呢 原来在当前的高端 Hi Fi 市场上 不少 7 1 声道 甚至 9 1 声道等这类的 AV 功放均只是局限于模拟阶段 它们其实是在 现有的 5 1 声道基础上 当解码的时候进行所谓 模拟 过程 产生出更多声道 而并非 真正意义上的 7 1 声道数字输出 10 不过 DTS HD 这个环绕声音标准的出现将把我们 带进真正意义的 7 1 声道输出新境界 DTS HD 是彻底从编码步骤就开始让 DVD 碟片 拥有真正更多声道的环绕模式 因为当制作 DVD 电影的时候 就已经确定了 13 1 路 甚至 32 路的环绕声模式在其中 并且配合 DTS HD 的超大的数据流量特点 确保了声 音的信息量和音质都达到了更高的水准 令到所还原出来的环绕声更加接近真实效果 4 第 2 章 次世代高清音频的发展 2 1 高清音频的产生 人们生活在环绕声的环境中是勿容置疑的事实 但是 要让音乐家所创作的不朽 作品通过乐队演奏 电影所叙述的场景 现场采集后怎样保存和重现 听音乐时怎样 让听者感受到乐队中各种乐器的美妙声音 各个乐器在乐队所处的方位以及庞大乐团 集体发声后的组合效果 电影中的各个发声元素的发出与到达与电影所叙述的情节怎 样吻合而让观众有身临其境的感觉等等 都是声音记录与还原专家们力求向听者和观 众提供完美的真实享受所要做的努力 最早的声音记录和还原都是单声道的 如留声 机 电唱机 如图2 1 随着磁记录技术的发展 声音记录与还原由机械振动发生的唱 片发展到了磁带录音机 如图2 2 图2 1留声机与电唱机 5 图2 2磁带录音播放机 随着电脑技术的突飞猛进发展 电声影像记录由模拟转向到了数字时代 在环绕 声实现方面 杜比公司作出了不可磨灭的贡献 1965年 第一台杜比A型降噪器诞生 影响录音界多年 此后 杜比实验室开发了一系列的技术 C型降噪 SR 频谱录音 S型降噪 HX Pro 杜比立体声 杜比环绕 杜比定向逻辑 AC 1 AC 2 杜比 数字 AC 3 杜比耳机 杜比E等 这些技术被广泛应用于专业及民用音响器材 电影录音 影院回放设备 数字广播等方面 尤其是AC 3 5 1声道 的出现 让大家 了解到多声道的感受远远优越于2声道 美国早在1987年便开始实施高清晰度电视 HDTV 系统的标准化工作 杜比实验室 的AC 3方案经过激烈的竞争 成为了美国ATSC Advanced Television System Committee 在 高清晰度电视伴音中使用的标准 此前 人们就想通过增加分离声道的方法来提高声 音的重放质量 但由于技术的限制没有实现 杜比实验室在经历了Dolby AC 1和Dolby AC 2的失败之后 终于成功开发出DolbyAC 3多声道音频编码系统 Dolby AC 3系统 在电影领域的首次应用便大获成功 实现了人们当初的梦想 尽管AC 3最初的设计构 想是在HDTV中应用 杜比数字声系统具16 20和24比特的量化动态范围 一般采用10 1 的压缩比 5 1声道数据率最高支持每秒钟384 000比特 支持32kHz 44 1kHz和 48kHz的采样率 使用相干声学编码方式的DTS要晚于Dolby AC 3出现 它可以把6个 声道的高质量音频数据存储在一张DVD光盘上 在1993年影片 侏罗纪公园 里DTS 编码系统首次被应用 从此便名声大噪 它的压缩比要比DolbyAC 3低 但由于其本 6 身的播放特点 有较多的存储空间来存放音效数据 因此这个看似的缺点成为它的优 点 它拥有更好的重放声音质量 384kb s的数据率完全能够存放在一张DVD碟片上 可以说最初是DVD成就了DTS DTS提供给人们的高品质音效同样成就了DVD的发展 和普及 目前主要是DTS和AC 3两种系统在大众消费市场和电影院市场竞争 从技术 的角度来讲 DTS与当时任何的音频系统 包括DolbyAC 3 在声音录制方式和重放方式 上完全不同 在DTS之前的一些音频系统中 音效数据是储存在电影胶片的齿孔间 由于齿孔狭小导致存储空间严重受限 必须采用较大的压缩比对声音进行压缩录制 这是以牺牲声音质量为代价的 而当时默默无闻的小公司DTS用简单的方法轻而易举 的解决了困扰人们多年的问题 其方法就是将原本存放在胶片上的音效数据存放在一 张CD中 只要CD播放器中的声音与影像保持同步 即可完美再现电影中的场景 同时 DTS还解决了电影国际化中遇到的语言问题 通过更换存放音效数据的CD碟片 就可 实现不同语言版本的电影播放 DTS借此在专业影院领域一举超过了DolbyAC 3 随着 高清晰度电视时代的到来 以及新型的BD和HD DVD光盘的问世 各大公司都为了在 高清晰电视领域争得一席之地而努力研发自己的新型环绕声系统 杜比实验室就在 2004年的东京国际录音师协会 Audio Engineering Society AES 大会上 首次展示了 全新的杜比数字 Dolby Digital Plus 系统 随后还推出了Dolby True HD系统 这两个 系统都是为高清光盘格式的发展而设计的多声道声频格式 而数字影院系统公司也不 甘示弱 推出了DTS HD系统 目前来看DTS和AC 3难分高下 5 1环绕立体声系统中的 1 表示一个低音效果声道 LFE 5 则代表5个全频率声 道 分别是前置左声道 前置中间声道 前置右声道 后置左声道和后置右声道 目 前应用最为广泛的两种数字5 1环绕声格式分别是杜比实验室的AC 3系统和数字影院系 统公司的DTS Digital Theater System 系统 两者的性能参数对比如表2 1所示 1 7 表2 1 AC 3和DTS的性能参数对比 技术参数Dolby 5 1系统DTS 5 1系统 压缩算法DolbyAC 3APT X100 采样频率32 44 1 48kHz8kHz 192kHz 模拟输出6声道 左右中置 后左后 右和超重低音声道 6声道 左右中置 后左后 右和超重低音声道 全频声道20Hz 20kHz 0 5dB20Hz 20kHz 低频声道20Hz 120kHz 0 5dB20Hz 80kHz 动态范围120dB 20bit 最高至145dB 数据率32kb s 640kb s32kb s 6144kb s 压缩比10 13 1 40 1 2 2 杜比实验室简介 杜比实验室是由瑞 米尔顿 杜比博士建立的 杜比博士1933年生于美国俄勒冈州波 特兰市 成长于旧金山湾区 他16岁还在高中读书时 就在Ampex公司打工 该公司 是美国最早生产磁带录制设备的厂家之一 稍后 他负责开发该公司研制的世界上第 一台实用录像机的电子电路部分 1957年杜比自斯坦福大学毕业 获得英国剑桥大学 提供的马歇尔奖学金 研究长波段X光 1961年他获得物理学博士学位 1963年 他接 受联合国任命前往印度担任为期两年的顾问 作为一个业余录音爱好者 杜比博士多 年以来认识到在磁带上录制音频或视频信号时本底噪声对录制质量的损坏 在印度时 他开始认真地思考一种降低噪声而又不损害录制质量的办法 他的这些探索成为后来 杜比A降噪 B降噪和C降噪系统的基础 1965年回到英国后 他在伦敦建立了自己的实验室用以实施他在印度时想到的方 案 1968年成立了以 杜比实验室 命名的公司 尽管在公司成立的前10年 工作的中 心在英国 但它一直是一家美国公司 1976年后 公司的主要工作转移到旧金山 1965年 第一台杜比A型降噪器 A代表音频Audio 生产了出来 该系统的设计 能针对多种音频降噪应用 尤其是可以解决录音棚中录制母带时磁带录音机产生的噪 声 到1966年为止 已经有好几种降噪技术问世 但它们都多少要损害录音质量 因 8 此杜比博士当时面临的困难是如何使业内人士和潜在客户相信他的技术 那时 多轨 录音机 从4轨 8轨 16轨到24轨 开始应用 当多轨录制的磁带进行混音时 其混 录的两轨母带噪声电平比双轨直接录制的母带要高很多 1966年1月 Decca唱片公司英国部认为杜比A型降噪器的确能如杜比博士所描述地 那样发挥作用 于是定购了9台杜比A301A型降噪器 首次应用于1966年5月在维也纳 录制阿什肯那齐演奏的莫扎特的一些钢琴协奏曲 1966年11月 Decca出版了第一张应 用杜比A型降噪器录制的唱片 由索尔第指挥的马勒第二交响曲 随后 录音行业开始承认并大量使用杜比A型降噪系统 一开始只用于录古典音乐 当多轨录音技术推广后 便得以更广泛的应用 不久 全世界专业和非专业人士都开 始将 杜比 与高质量录音联系在一起 随着希望将杜比发明的降噪技术用于民品录音机的呼声的不断升高 在一家美国 商用磁带录音机制造商KLH公司的敦促下 1967年4月杜比实验室开始研制更实用的民 用降噪技术 起初称为 简化杜比系统 后来成为广为人知的杜比B型降噪技术 在杜 比B降噪技术的开发接近完成时 杜比博士作出决定 杜比实验室将不生产民用音频产 品或称消费电子产品 而是向厂家授权杜比的技术 再由已经很成熟的厂家进行应用 生产 到1974年底 杜比实验室的授权厂家已达47家 包括了所有消费类音响器材的 主要生产厂家 此后 杜比实验室开发了一系列的技术 C型降噪 SR 频谱录音 S型降噪 HX Pro 杜比立体声 杜比环绕 杜比定向逻辑 AC 1 AC 2 杜比数字 AC 3 杜比E 这些技术被广泛应用于专业及民用音响器材 电影录音 影院回 放设备 数字广播等方面 2 2 3 DTS 简介 2 3 1 DTS 公司简介 DTS 是 Digital Theatre System 的缩写 是数字化影院系统的意思 DTS 采用 CAC Coherent Acoustics Coding 相干声学编码 方式工作 属于利用心理声学原理 来对声轨进行编码的有损的数字压缩技术 DTS 公司 美国纳斯达克代码 DTSI 是 一家专注于发展高品质娱乐体验的数码高科技公司 DTS 公司成立于 1990 年 1993 年首次将母版音质的 DTS 应用在了由好莱坞史蒂 9 文 斯皮尔伯格导演的大片 侏罗纪公园 并在电影院安装了 DTS 播放系统 自此永 远改变了电影声音 其创新的数字化多声道音频成了优质的电影院首选设备 今天 在美国的每一个主要电影制片厂与背景音乐如好莱坞的故事片几乎都使用了 DTS 多通 道数字声音 1996 年 DTS 开始进入数字音频体系和多媒体格式 现在除电影配音 已广泛用 于汽车音响产品 家庭影院 DVD 影碟 5 1 音乐光盘和蓝光音频以及电脑游戏 也 适用于便携式设备 网络流 卫星广播 数字有线电视和数字广播 1997 年 DTS 推出 DTS 娱乐 DTSE DVD 音频和 5 1 音乐光盘 开始为唱片厂提 供 DTS 编码服务 应用 DTS 技术的 CD 和 LD 开始问世 2000 年 该公司开始提供直接生成 DTS 音频内容的 DTS 硬件和软件编码器 2001 年 DTS 娱乐部门首次发行多声道 DVD Audio 音乐碟 DTS 推出的 DTS96 24 新技术 可以为 DVD Video 和 DVD Audio 碟片提供崭新的更高保真 更真 实的多声道数字音频 DTS 推出的专为数字视频广播设计的新颖独特 升级简单 音质卓越的环绕声解 决方案 它使数字广播电视机构能够以优于标准质量的音频来播放广播或电视节目 另外 使用 DTS 的核心技术及其兼容广播电视系统的硬件编码平台 广播电视和电视 台可选择任何一个音频带宽来传输 如今 DTS 环绕声几乎成为数字广播电视环绕声 的代名词 瑞典广播电台是世界第一个将 DTS 投入广播应用的广播公司 自 2003 年 2 月起 该台用 DTS 格式播出了大量的 6 1 声道录音及实况节目 提供 DTS5 1 兆比特率广播传 输 在广播音质上为受众所津津乐道 而早在 2001 年 该台就将 5 1 多声道的编码音 响文件放上了他们的互联网站 这项服务在当时并没有公开宣传 却受到了高音质音 乐爱好者的热烈追捧 尽管这些高质 多声道文件容量普遍相当大 但自 2001 年至 07 年已被下载超过一百万次之多 其中 40 来自瑞典以外的地区 公众的反响远远超出 了所有的预期 世界各地的爱好者纷纷发来大量的电子邮件 众多爱好者俱乐部专门 组织欣赏瑞典广播电台的多声道节目 在电影院中 DTS 的声迹录音采取了特殊的声画分离的数字立体声 数字声迹录 在光盘上 由专用的光盘驱动器读取 另外在拷贝的模拟声迹与画幅之间录有时间同 步码 用来控制光驱还音与画面的同步 10 2 3 2DTS 的优势 相对于杜比实验室的 AC 3 杜比环绕声模式 DTS 系统不仅具有其横向定位环绕 的功能 更加强了纵深定位交叉效果 DTS 具有更高的数据流量 重放音质的效果更 好 加之采取高比特 高取样率等措施 使之对原音重现的追求上更进一步 音色更 加优美 DTS 以 20bit 在 48kHz 的频率中工作 提供 6 声道信息 它所创造出的音域环绕 声效果 能满足众多 AV 发烧友最挑剔的要求 听音者完全被这种气势所包围 真正 体验 360 度数码环绕音响效果 其震撼效果是 AC 3 无法比拟的 2 4Dolby 与 DTS 的比较 杜比环绕与 DTS 环绕具有的相近之处在于它们都是属于有损的数字压缩技术 这 种称为 感性的 数据压缩技术是基于人类心理声学上所具备的听音特性 对于高电平的 声音敏感 而屏蔽其它不敏感的声音开发而来的 同样是 5 1 或者 6 1 声道 DTS 跟 Dolby Digital 5 1 有何差异 最大的差别 在于两者使用不同的 算法 也就是使用不 同的方式来压缩各个声道的声音 目前只有 DTS HD Master Audio 是真正意义上的无 损压缩编码 杜比定向逻辑环绕声 DOLBY Pro Logic Surround 是对第一代 杜比环绕声系 统 进行改进后的第二代家用视听环绕声系统 发布于 1987 年 被广泛用于录像机 LD VCD 等影视节目声音效果的录制中 该系统有左 右 中置 环绕四个声道 使 声像定位感 方向感 移动感以及声场原貌的再现能力很大的强化 是当时最流行的 多声道音频标准 杜比定向逻辑环绕声尽管效果出色 但仍旧属于模拟技术的范畴 有着先天的不足 随着数字技术的日益成熟和下一代电视广播的要求 1994 年 12 月 27 日 日本先锋公司宣布与美国的杜比实验室合作研制成功一种崭新的环绕声制式 并命名为 杜比 AC 3 Dolby Surround Audio Coding 3 1997 年初 杜比实验室已 正式将杜比 AC 3 环绕声改称为杜比数码环绕声 Dolby Surround Digital 简称为 Dolby Digital AC 3 采用 6 只喇叭的输出模式 除了超重低音部分外 其余皆是全频段立体声 48kHz 16bit 且现场拍摄时每个声道皆由独立的麦克风 拾音器 来录制 因此 AC 3 的后置环绕声道拥有完整的定位能力 关于 AC 3 数据的流量 两声道是 11 192Kbps 大约是未压缩数据的 1 8 大小 5 1 声道的数据流量是 384Kbps 448Kbps 最高可提升到 640Kbps 数据的流量越大代表压缩的比例越小 音质也就越好 可听到的细节也会更多 为了将立体环绕多声道的声音讯号存入电影软片 大量的声音必须被压缩录制 透过 AC 3 的音效处理 Dolby Digital 共有 5 1 个声道 前左 前右 中间 左后环绕 右后环绕 5 个声道 而 1 是指分离的低频效果声道 20 120 赫兹 通常称作 LFE 声道 不同于 Dolby Pro Logic Dolby Digital 是在记录时就以 5 1 声道方式记录 而 Dolby Pro Logic 或者 Dolby Pro Logic II 仍然将声音信息记录在两声道 只是在播放时 由解码芯片解码为 5 1 声道 正因为如此 Dolby Digital 带有更丰富的声音信息 杜比数字系统一般将 5 1 声道声轨压缩到 384bps 而有些光盘使用 448bps 最高 可以到 640bps DTS 通常使用大得多的比特率 1536bps 如果其他条件全都相同 则比特越多音质就越好 这种说法对不对 不幸的是 对这个问题的回答并不那么容 易 因为 Dolby Digital 缩写为 DD 和 DTS 的数据压缩电路是各不相同的 例如 一个编码效率很低的信号 即使其比特率很高 也只是白白浪费比特和光盘空间 而 不会改善音质 一旦一个系统被称为是 透明的 提高比特率也不会使它改善音质 此外由于 DTS 比特率高于杜比 需要占用更多的空间 如果遇到 DVD 盘片容量限制 可能会对图像质量产生不利的影响 或者不得不增加额外一张光盘 DTS 分左 中 右 左环绕 右环绕 5 个声道 加上低音声道组成 5 1 声道 这 一点和杜比数字相同 但 DTS 在 DVD 中标准的数据流量为 1536kbps 而 Dolby Digital 的数据流量是 384Kbps 448Kbps 最高可提升到 640Kbps 显然相比之下 DTS 具体更高的数据流量 也就具有更低的数字压缩比 数据压缩比越低 占用的记录空 间越大 但其重放音质就有可能越好 加之 DTS 采取高比特 高取样率等措施 使之 对原音重现的追求上就更进了一步 因此 DTS 被很多人认为比 Dolby Digital 具体更好 的效果 关于杜比环绕和 DTS 环绕效果的争论非常多 不同的人有不同的观点 因为杜比 数字系统和 DTS 都是利用心理声学原理来对声轨进行编码的 所以传统的噪声和失真 测量值不能表明哪一个系统的性能比较好 确定哪个系统性能较好的唯一方法就是听 音试验 DTS 版本和杜比数字版本之间存在着听觉上的差别 这些差别可能部分归因 于杜比数字处理技术和 DTS 处理技术两者存在的差异 目前普遍来看 DTS 编码在 60 12 赫兹左右的低频部分可能略逊一点 而在中音和各声乐配合的效果更出色一些 但是 人们能够听出来的这种差别是相当微小的 尤其对于多声道系统 也许更公正的说法 是两者是非常接近的对手 在某些情况下人们可能更喜欢杜比的效果 而有些情况下 会更喜欢 DTS 的效果 DTS 技术开发出来以后 一在电影界公布 马上受到大导演斯皮尔伯格和环球影 业公司的高度重视 得到斯皮尔伯格大力支持 并率先在大型科幻电影 侏罗纪公园 中尝试采用 DTS 技术 侏罗纪公园 采用 DTS 取得空前成功之后 许多好菜坞电影亦 纷纷开始引入 DTS 数字环绕音响系统 许多导演 制作人员以及混音师认为 DTS 是声 音再现性最佳的系统 然而由于推广程度不够 并且无法兼容 5 1 声道的 Dolby Digital 当 1995 美国年消费电子产品行业的 DVD 工作组为新的环绕声格式找到最好 的音频编码技术时 他们选择了 Dolby Digital 所以第一代 DVD 播放机都是与 DTS 不相兼容的 DTS ES 是在 5 1 声道的 DTS 环绕基础上增加了中置后环绕声道 组成左 中 右 左环绕 右换 和后环绕的 6 声道系统 加上低音声道 称之为 6 1 声道 和 Dolby Digital surround EX 是相同的 最初的 DTS ES 系统是以与 Dolby Digital EX 相似的矩阵式 Matrix 来工作的 矩阵式 6 1 扩展式环绕声由于增加了一路后中置环绕声 其环绕声场的现场感效果比起 5 1 声道环绕声有明显改善 但因为采用的是矩阵方式来增加后中置环绕声 其效果就 尤如 Dolby Digital EX 方式中增加一路环绕声时一样 声道间分离度差 声场定位感不 强 有模糊感 后来 由于市场竞争的需要 同时也为了追求更好的环绕音效 DTS 公司推出了 DTS ES Discrete 系统 但是目前 DTS ES Discrete 还很少被采用 DTS ES Discrete 比 DTS ES Matrix 效果更好 它在 DTS 环绕声道中多一个独立音轨 就是是在 母带的 5 1 声道核心区域之外 再附加一个独立的延伸区域 DTS ES Discrete 是真 正的 6 1 声道系统 它从制作 编码到最后解码都是完全按独立的 6 1 声道进行 所以 会有更好的分离度效果 而 DTS ES Matrix 和 Dolby Digital EX 都是建立在 5 1 声道的基础上 通过矩阵编 码产生的第三个环绕声道 因此被很多人认为它们不是真正的 6 1 声道 只能算是 5 1 构架下的 6 1 声道 此外 对于支持 DTS ES 解码功能的机器来说 还包含对 DTS Neo 6 格式的环绕声音效的支持 13 第 3 章 次世代高清音频的格式 3 1 杜比数字音频编码格式 3 1 1 Dolby Digital 图 3 1dolby digital 标识 1994 年 12 月 27 日 日本先锋公司宣布与美国的杜比实验室合作研制成功一种崭 新的环绕声制式 并命名为 杜比 AC 3 Dolby Surround Audio Coding 3 3 1997 年 初 杜比实验室已正式将杜比 AC 3 环绕声改称为杜比数码环绕声 Dolby Surround Digital 简称为 Dolby Digital 杜比数字是一种非常成熟的 并具备多种音频编 解码 能力的尖端技术 杜比数字技术能传输单声道 立体声 两声道 或者多达 5 1 声道 的环绕声 分离式 多声道音频 Dolby Digital 的 5 1 声道 前左 前右 中间 左后 环绕 右后环绕 5 个声道 而 1 是指分离的低频效果声道 20 120 赫兹 通常称作 LFE 声道 简称 DD5 1 Dolby Digital 目前被美国数字电视广播系统使用 也是 DVD 影片所使用的标准声音格式 所以说 AC3 就是 DD5 1 的前身 我们再来看看它的效果 关于 DD5 1 数据的流量 两声道是 192Kbps 大约是未压缩数据的 1 8 大小 5 1 声 道的数据流量是 384Kbps 448Kbps 最高可提升到 640Kbps 数据的流量 下面用码率 代替 越大代表压缩的比例越小 音质也就越好 可听到的细节也会更多 3 1 2 杜比数字环绕声 EX 14 图 3 2 杜比数字环绕声 EX 标识 杜比数字环绕声 EX 原本是杜比实验室与卢卡斯电影公司于 1998 年 10 月共同为 电影院还音系统开发成功的一种 6 1 声道数字环绕声制式 原来的杜比数字 Dolby Digital 只有左环绕和右环绕两个环绕声道 杜比数字环绕 EX 在杜比数字 Dolby Digital 基础上加入了第三个环绕声道 位置在原来左环绕和右环绕中间 这样 杜比 数字环绕声 EX Dolby Digital Sur round EX 就具有左 中 右 左环绕 右环绕 后环绕一共 6 个声道 加上分离出来的低音声道 原来的 5 1 声道就变成 6 1 声道 因 此 Dolby Digital Surround EX 实际上是 6 1 声道系统 杜比数字环绕 EX 的优势在于 它包含了更真实的效果 具有更稳定的声像衬托电影氛围及音乐 无论是影院还是家 庭欣赏都能具备更和谐的环绕效果 电影胶片上的环绕 EX 声轨中所附加的后置环绕 声信息以矩阵编码方式编码在传统的杜比数字 5 1 声轨通常都有的左 右环绕声道上 这用软件的方式实现了虚拟的 6 1 声道 但要注意它的片源信号应该还是 5 声道的 3 1 3 杜比数字 技术 图 3 3 杜比数字 标识 高清图像的完美伴音 杜比数字 技术是专为所有的高清节目与媒体所设计的下一 代音频技术 它的编码效率能够满足未来的广播需求 并且具有强大的功能与灵活性 能够实现即将到来的高清娱乐体验的全部音频潜力 杜比数字 技术建立在杜比数字技 术的基础之上 杜比数字技术是全世界 DVD 和高清广播节目的多声道音频标准 4 新特性 1 声道数与节目数的扩展 可以处理多达 7 1 个声道的音频节目 并支持在一 个已编码比特流中携带多个节目 这个声道扩展和上面的声道扩展方式应该有本质不 同 是声音源的声道扩展 而不是虚拟的 2 码率最高可达 6Mbps 在蓝光光盘中码率最高为 1 7Mbps 3 可以传输 7 1 声道以上更高品质的音频 码率高达 6Mbps 15 3 1 4 杜比 True HD 技术 图 3 4 杜比 True HD 标识 杜比 True HD 是专为 Blue ray 高清光盘媒体所开发的下一代无损压缩技术 该技 术所提供的绝佳音频与清晰度最高的录音棚母带毫无区别 可以带来真正的高清娱乐 体验 配合高清晰度的影像 杜比 True HD 技术能够提供前所未有的家庭影院体验 让您能够享受与高清晰度图像一样令人惊叹的声音 该技术是目前杜比体系中最高级 的编码格式 特点如下 1 100 无损的编码技术 2 码率高达 18Mbps 3 支持多达八个分离式 24 比特 96kHz 全频带声道 4 获选作为蓝光光盘的音频标准 5 杜比 True HD 技术可以支持八个 7 1 以上的声道 3 2 DTS 数字音频编码格式 3 2 1 DTS Digital Surround DTS 5 1 数码环绕 图 3 5 DTS 5 1 数码环绕标识 DTS Digital Surround 是最广为流传的一种 属于 5 1 声道系统 人们通常说的 DTS 技术 或者 DTS 环绕 一般就是指 DTS Digital Surround 它由 6 个独立声道组成 具有高保真 高质量的数码环绕声系统 专门为家庭影 16 院所设计 是拥有家庭影院设备和音乐爱好者的最佳选择 作为 DTS 的核心技术 DTS 5 1 声道环绕声技术已被纳入高清 DVD HD DVD 以及蓝光 DVD Blu ray 的 强制音频标准格式 DTS 采用 CAC 方式工作 和 Dolby Digital 一样也属于利用心理声学原理来对声轨 进行编码的有损的数字压缩技术 DTS Digital Surround 也分为左 中 右 左环绕 右环绕 5 个声道 加上低音声道组成 5 1 声道 这一点和杜比数字相同 但 DTS 在 DVD 中标准的数据流量为 1536kbps 又叫全码 DTS 而在 HDTV 中的 768kbps 称为半 码 DTS 而 Dolby Dig ital 的数据流量仅仅是 384kbps 448kbps 最高可提升到 640kbps 相比之下 DTS 显然具有更高的数据流量 也就具有更低的压缩比 其重放音 质就有可能更好 DTS 采取高取样率 使之对原音重现的追求更进一步 因此 DTS 被 很多人认为是比 Dolby Digital 具有更好音质的编码系统 3 2 2 DTS 2 0 Digital Out 图 3 6 DTS 2 0 Digital Out 标识 DTS 2 0 Digital Out 通过为 DVD 碟机增加一个混音后所获得的两声道 而使得原 有的 DTS Digital Out 功能得以扩展用户可以将 DVD 碟机和任何立体声系统相连接 即可享受 DTS 音轨的多种选择 包括 DVD 电影 DVD Audio 碟片以及 DTS 5 1 音乐 片源 DTS 2 0 Digital Out 为用户提供了 DTS 两声道模拟输出以及数字输出 这样一来 实际上是为用户提供了便捷的升级的可能 只要用户将 5 1 家庭影院系统相连接就可以 享受数码环绕的效果了 不论用户将 DVD 碟机与几个扬声器相连接 DTS 2 0 Digital Out 都能够保证用户总 能正常听到 DTS 格式的声源 不会出现因为没有 DTS 解码而无法听到 DTS 音源的情 况 17 3 2 3 DTS ES DTS 扩展环绕 6 1 图 3 7 DTS 扩展环绕 6 1 标识 DTS ES 是在 5 1 声道的 DTS 环绕基础上增加了中置后环绕声道 和 Dolby Digital surround EX 组成类似 共有 左 中 右 左环绕 右环绕 和后中环绕的 6 声道系统 加上低音声道 称之为 6 1 声道 DTS ES 编码又分为 DTS ES Matrix 矩阵式 DTS 环绕 声 和 DTS E5 Discrete 分离式 DTS 环绕声 两种 DTS ES 系统是以与 Dolby Digital EX 相似的矩阵 Matrix 方式工作 采用矩阵运算方式来获得后中置环绕声道 虽然其环绕 效果比起 5 1 声道有明显改善 但与 Dolby Digital EX 方式一样 由矩阵运算产生的中 置环绕声道 分离度不够高 声场有模糊感定位度不强 为了追求更好的环绕音效 DTS 公司进一步推出了 DTS ES Discrete 系统 它在 DTS 环绕声道中多设一个分离的 音轨 因而 DTS ES Discrete 比 DTS ES Matrix 效果更好 DTS ES Discrete 是真正的 6 1 声道系统 它从制作 编码到最后解码都是完全独立的 6 1 声道 所以有更好的分 离度 而 DTS ES Matrix 和 Dolby Digital EX 都是建立在 5 1 声道的基础上 靠矩阵运 算产生中置环绕声道 因此很多人认为它们只能算是 5 1 构架下的 6 1 声道 不是真正 的 6 1 声道 更逼真的家庭影院体验 由 7 个独立的声道组成的环绕声系统 在原有 5 1 环绕声的音箱位置 增加了一个后中置的声道 形成了新的 6 1 声道系统 让人们 体会到更真实 更丰富的现场感 DTS 是世界上唯一能为家庭影院提供独立 6 1 扩展 环绕技术的公司 3 2 4 DTSNEO 6 立体声升级环绕技术 18 图 3 8 DTSNEO 6 立体声升级环绕标识 DTS Neo 6 也叫 DTS 新 6 声道 是针对 Dolby Pro Logic 杜比定向逻辑 而 发展起来的一种新解码制式 即使是普通的立体声信号 也能产生环绕 6 声场的效果 也就是说 DTS Neo 6 并不是一种针对 DTS 录音而来 它是一种解码技术 它是利用矩 阵编解码原理 将传统的不论是模拟方式还是数字方式的两声道音频信号 转换成 6 声道环绕声 当 AV 功放有此技术后 便可在欣赏立体声录音的电影或聆听音乐时 把 CD 音源信号或立体声电影的伴音信号转换成 6 声道的环绕声 以此充分利用使用 者的 6 1 声道环绕系统 3 2 5DTS96 24 格式 图 3 9 DTS96 24 格式标识 用普通的 DVD 碟片装载高保真音质的 96 KHz 24bit 96 24 录音时 声道数量通 常只有两个 而且还会使画面质量受到影响 而 DVD 碟片采用 DTS 96 24 技术 则允 许装载 5 1 声道 能欣赏到最完美分辨率的音质和良好的画质 3 2 6 DTS HD 图 3 10 DTS HD 标识 DTS HD High Definition 即高分辨率 DTS 环绕声 5 是 DTS ES 独立 6 1 声道编 19 码的发展 己用于新一代数字电影和 Blu ray 蓝光碟上 同杜比一样 DTS 在 ES6 1 声 道之后 也推出过 DTS 格式 而 DTS HD 就是 DTS 的正式注册名称 DTS HD 包 含原先的 DTS 数字环绕声 DTS ES 的一切优点 并采用无损压缩技术 因而具有更高 的扩展性 除了兼顾更高音质 更多声道外 还能兼容网络下载内容的互动性 取样 频率和声道选取也更加灵活 但依然保持了压缩比例比 DD 小的特点 故声音信息损 失少 细节更为丰富 DTS HD 以 7 1 声道为起步 支持 1 5Mbps 以上的高码率 是 DVD 影碟所采用的 768kbps 的近两倍 取样频率范围为 8kHz 192kHz 16 24bit 最 多能够达到 32 声道的环绕输出 而且据称此格式能支持的环绕声道数目是无限制的 DTS HD 的数据流量根据声音质的要求可以灵活转换 而且 不管何种格式都能向下 兼容 5 1 环绕声和双声道 DTS HD 的 7 1 声道是在传统的 5 1 声道上增加了二个附加 声道 就这二个声道就能使新系统的环绕声效果远远高过传统环绕声 其第一个好处 是声音有更加精确的位置 能够把完美的声音辐射到整个听音室 使每个位置效果都 良好而并非只有一个 皇帝位 第二个好处是 7 1 声道有更好的特殊动态效果 特别能 够体现穿越 呼啸的效果 如喷气机 利箭飞过头顶 使声场更加真实和富于临场感 对演播室的器乐定位也更为准确 细致 DTS HD 音质之所以好有两个原因 一是本 身的编码技术提高了 二是具有实际声道的安排 DTS HD 能编码和解码的格式有三 种 DTS HD 主体音频 Master Audio DTS HD 高分辨率音频 High Resolution Audio 和 DTS 数字环绕声 Digital Surround 可以适应多种最新的娱乐要求 DTS 高清技术是 DTS 5 1 核心技术的高级扩展 可以支持从单声道至 7 1 声道的数 字分离格式 是能使用一次编码的单一码流同时满足无损压缩和从 1 0 至 7 1 声道的数 字音频解码技术 并且适用于数字广播 电视及互联网互动数字音频广播领域 是 HD DVD 及 Blu ray DVD 的数码音频标准 被认为是目前同类技术中 最出色的 DTS HD 能够支持无限数量的独立分离的环绕声声道 并能向下混缩为 5 1 声道或者 是两声道 能将从 DTS 数码环绕声直至无损的声音质量传送出去 作为唯一的一个能 够提供使用单一比特流进行无损处理和向后兼容的音频解决方案 DTS HD 能够在新 的格式下提供最高品质的音频效果 同时又能够向下兼容满足原有家庭影院产品 DTS HD 是 DTS 相干声学编码的实现 其首次露面是在 1996 年 5 月哥本哈根的 AES 展览会上 该核心技术总是向后兼容的 也就是说目前该核心技术可向后兼容目 20 前市场上超过 3700 万的 DTS 解码器 基于 1996 年首次问世的原始核心技术 DTS 还 成功的推出了两种 CBR 扩展技术 DTS HD 在一些蓝光光盘及 HD DVD 文件中仍称为 DTS 已入选高清 DVD HD DVD 以及蓝光 DVD Blu ray 两种标准格式的音频备选方案 DTS HD 的具体性能如下 支持高达 384 千赫兹的取样率 支持多达 7 1 声道 支持 CBR 以及 VBR 无损压缩 全面兼容目前市面上已有的解码器 3 2 7 DTS HD MA 图 3 11 DTS HD MA 标识 MA 音频 DTS HD Master Audio DTS HD Master Audio