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音響中音源HDCD演繹歷程

更新時間：2011-5-12 7:51:49 　（編輯：溫情）【大中小】

前言: CD仍然是音頻市場的主流，支持CD格式的播放器也更為常見，而且DVD播放機也完全兼容CD格式的唱片，因此CD在市場上仍然有一席之地，這也就意味著HDCD還有市場。如果你是Hi-END級的音響發燒友，還可考慮買個HDCD播放器來配合著感受一下。

　　【音響網資訊】

隨著人們對音樂鑒賞能力的提高，隨著各種音頻器材的日漸“完美”，CD那44 kHz、16bit的音樂再現范圍還能滿足需要求嗎？不知你是否也聽出了CD音源中的那一點生硬和干澀呢？如果我是音樂發燒友，如果你對音源要求很苛刻，如果你不想你家幾千元、乃至上萬元的發燒音響無法發揮到極致……也許大眾化的HDCD（High Definition Compatible Digital，高解析度CD）能滿足你的要求。

一、HDCD的誕生

　　隨著數字音響的發展，44kHz、16bit早已不能滿足人們對音源日益苛刻的要求。眾所周知，原聲音最初都是以模擬音頻信號的方式存儲在母帶上的，如果要將其變化為數字音頻信號記錄到CD光盤上，便需要對模擬信號進行采樣，根據奈奎斯特的采樣定理：采樣頻率只要達到以信號最高頻率的兩倍，就能精確描述被采樣的信號。

　　由于人耳的理論聽學范圍是20Hz~20kHz，因此如果采用大于40kHz的采樣頻率對原聲進行采樣，即可滿足人們的要求。所以，CD光盤一面市即以其44kHz、16bit的高指標在數字音響領域中大放異彩，很快成為了Hi-Fi 領域的主要音源。不過隨著數字音響的發展，這種44kHz、16bit記錄格式的缺陷漸漸被顯露出來。

　　首先，44kHz采樣頻率是影響音質的第一要素，44kHz的采樣頻率能夠完整再現一個20kHz的正弦波，卻難以重現一個20kHz的非正弦信號。這是由于非正弦信號是由1個基準波加上2次、3次……n（n=8）次諧波疊加面而成，雖然基準波能夠重現，但三次以上諧波的頻率可能早已超出了20kHz的范圍，因此在采用44kHz D/A轉換后可能造成諧波的波形畸變或丟失，從而導致最后還原出來的波形產生失真。再來看看16bit量化。

　　雖然將聲音的幅值分為了2=65536個等級，但其理論能夠實現的動態范圍卻僅有98dB。何況，在實際轉換過程中尚不能完全用完16bit，再加上錄制編碼至解碼過程中的數據丟失，使得CD的動態范圍難以突破98dB，這對于表現古典打擊樂顯然不夠。

　　這便是數字音頻所特有的一種失真——缺損性失真。如果我們把采樣頻率提高到96kHz 、24bit甚至是32bit，音質自然會更加逼真，細節也更豐富。這就好比在玩3D游戲時把分辨率和色深從800 X 600、16bit提升到1024X800、32bit一樣，游戲畫質會更精美，不過CPU和顯卡會為之進行更多的運算。

　　事實上，不少音像公司已在CD前期制作時采用了96kHz 、20~24bit的錄音技術制作母帶，但在最終制成CD時，受CD容量的限制，不得不重新編碼處理成44bit、16bit的格式，因此我們現在能見到的標有24bit或32bit的CD盤片，實際上仍然為16bit的數據流。然而，HDCD的出現不僅改變了音頻采樣量化的精度問題，還打破了傳統CD容量的限制。

　　二、了解HDCD
　　為改善現有CD記錄格式的缺陷，美國Pacific Microsonics公司推出出了全新的HDCD錄音及其播放技術。用HDCD方式編碼制造的CD 不僅與普通CD具有高度的兼容性，而且能提供更高的聲音動態范圍和極高的信噪比，能克服音頻數碼化后出現的平面和干澀感，使音質更加悅耳、層次更加分明、細節更加豐富。

1、初識HDCD

　　現在標有HDCD字樣的CD盤片從正版到盜版，市面上比比皆是。我們這些暫不談論盜版CD是否為真正的HDCD編碼，單就HDCD技術本身而言，它的確能將音頻的量化精度從16bit提高到20bit，能夠還原出更多的聲音細節，而且HDCD的制作成本并不高，它的物理存儲介質和普通CD完全一樣。

　　談到HDCD碟片自然而然就得說說盜版與正版的差異。正版CD印有HDCD字樣的當然就不說了，市面上從50~150元的都有，價格和正版CD一樣，至于盜版……就很難保證它是真的HDCD了。原因有二：其一，在盜版HDCD的過程中很可能將HDCD中隱藏的控制代碼忽略掉，有些盜版商甚至是從幾張CD中摘選十幾首歌來合成一張CD，這樣的CD還會是HDCD嗎？其二，不少盜版商根本就是是盜的HDCD的版，而是在CD盒上打上HDCD的標記來取悅大眾。因此，如果你想感受HDCD的真正魅力筆者奉勸你還是得從正版開始。

　　提到支持HDCD技術激光影碟機，就不得不說到 PMD100 音效處理芯片。PMD100芯片由全球惟一一家HDCD解碼芯片生產商——美國PMI公司生產，是一個28腳DIP封裝的大規模集成電路，它具備HDCD解碼和數字濾波功能。

　　當它接收到的音頻數據為HDCD編碼方式時，會自動切換到HDCD解碼格式下工作；當非HDCD音頻信號輸入時，則只做常規超取樣數字濾波處理。由于采用HDCD技術需要支付相當的版權費，且解碼芯片又騍獨家生產，因此市面上采用該芯片的播放設備并不十分流行，尤其是在國內。不過支持該技術的產品種類倒是非常齊全，從CD播放機、D/A轉換器、組合音響、CD隨聲聽、A/V接收機、A/V功放到DVD播放器應有盡有。

2、HDCD的編碼過程

　　如果把數字音頻信號提高到96kHz、24bit存儲在CD光盤上，那么一張650MB原本可存儲74分鐘立體聲音頻數據的CD便吸能存24分鐘音樂，因此盤片容量成為最初的瓶頸。好在后來DVD的出現才彌補了這一缺陷，不過現在用DVD來聽歌的人恐怕并不多吧！而HDCD卻七妙地避開了容量的限制，將更多的訊息放到CD這個已經放滿足數據的存儲介質中。

高頻A/D采樣轉換

　　首先HDCD的A/D轉換器將母帶中的原始模擬信號以176.4kHz進行采樣，并采用了高頻擾動技術進行24bit量化。這樣采樣的結果不僅能提供高達120dB的動態響應范圍，而且能使采樣后的波形失真降低到最小，還提高信噪比。然后HDCD編碼器能“智能”地對176.4kHz 的音頻信號進行分析、處理，自動舍棄一些“不必要”的音頻信號，從而將176.4kHz、24bit的數字音頻信號轉換為88.2kHz、24bit。

信號分析與延遲存儲

　　接下來88.2kHz、24bit的信號被送到一個緩存中延遲一定的時間，以便HDCD編碼器對其進行特有的“look ahead”處理，即對一段音頻信號進行“瞻前顧后”式的分析后，從中選出需要進行細微描述的音頻細節部分，加以編碼后最終轉換為44kHz、16bit格式。

　　這種格式的音頻信息生成過程與普通CD直接進行44kHz、16bit采樣量化的生成過程截然不同，但又是完全兼容的。需要注意的是，此時HDCD編碼器將產生“Hidden CDode”，這是與普通CD最大的區別之處。

插入隱含控制碼

　　對于HDCD編碼器的最后量化操作部分，為準確控制HDCD編碼記錄的超量信息在解碼器上的精確回放，特設置一相關的隱含控制碼，并將其插入主音頻流的最后數據位，一起存儲在CD上。

　　該隱藏控制碼僅占可存儲單元的2%~5%容量，如在普通CD機播放HDCD，該隱含控制碼將被忽略，但如果在HDCDF播放器上播放，HDCD解碼器將準確捕捉該隱含控制碼，并用它來控制數字濾波器的工作，從而使得整個音頻信息量得以膨脹，最后經D/A轉換可獲得大動態、細節豐富、高信噪比的模擬音頻信號。

　　需要注意的是：隱含控制碼并不是用以描述通常在常規編碼過程中丟失的音樂信息，而是傳送指令去控制HDCD解碼器還原這些信息的。由于HDCD技術本身在編碼方面的優勢，加上解碼器“智能”化的處理方法，因此吸需幾個 bit才能完成的工作。

3、HDCD的解碼過程

　　HDCD的解碼過程可以簡單地看做其編碼過程的逆過程。PDM100解碼芯片首先檢測從CD讀取的音頻數據流中是否攜帶有HDCD隱含控制碼，如果有，則按照隱含控制碼的指令激活主音頻數據流使其膨脹，恢復在編碼過程中對數據信息的壓縮。由于隱含控制碼的存在，PDM100可準確地對高頻進行擴展，對低頻進行延伸，以獲得高于普通CD的音頻解析度和動態響應范圍，這便是HDCD的優勢所在，也是它名稱的由來。

　　如果要簡單地概括HDCD的優勢，那便是高頻采樣、高精度量化、先進的數字壓縮編碼和智能解碼還原。

　　三、全方位體驗HDCD的魅力
　　HDCD在音質上的優勢并非只有“金耳朵”才能分辨，即使是用普通隨身CD聽也能明顯地感受到聲音頻響范圍和清晰度上的差異。這也是為什么許多Hi-END或監聽系統采用HDCD作為音源的主要原因。細心的讀者可能會發現，不少DVD大片的電影原聲CD都采用HDCD編碼格式。將HDCD放在普通CD機上播放

　　由于HDCD是與普通CD完全兼容的，因此HCDF能在普通CD播放器上正常播放。雖然普通CD播放機不能讀取HDCD的陷含控制碼并進行解碼，但由于HDCD前期采用了176.4kHz、24bit的A/D轉換，然后再由先進的數字處理器轉換為44kHz、16bit格式，這個過程比直接用44kHz、16bit格式采磁模擬信號所帶來的失真要小得多，因此即使是將HDCD放在普通CD機上播放，同樣能夠得到比傳統CD更佳的音質。

將普通CD放在HDCD播放機上播放

　　我們前面提到PDM100解碼芯片時曾經簡單地描述過它的作用，除了HDCD解碼外，它還有數字濾波功能，這一點與一些高級CD機完全相似，因此，即使是將普通CD拿到HDCD播放器上播放，同樣能得到更理想的回放效果。

將HDCD主在HDCD播放機上播放

　　這個當然就是最理想的搭配了，正所謂“如魚得水”，HDCD能展現前面我們所提及的一切優勢，實現“真”20bit數字信號輸出，為你展現更寬的頻響范圍和更佳的音頻細節，這是所有16 bitCD所不能比擬的。

　　四、HDCD與PC個人電腦

　　了解了HDCD的制作、編碼以及解碼回放過程之后，筆者還想將HDCD與PC個人電腦聯系在一起來講一講。就像DVD才出現時一樣，市面上只有DVD影碟機，而且當時AAC-3/DTS解碼全靠硬件完成，而當把DVD移值到PC上后，隨著CPU速度和運算能力的提高，DVDF圖像和音頻解碼逐漸由硬件過渡到軟件，從而到現在的全軟件解碼。同理，HDCD作為一種解碼呢？筆者認為是完全可能的，盡管現在還沒有這樣的解碼軟件出現。

　　電腦中的CD-ROM就可以讀取HDCD盤片上的陷含控制碼，編寫解碼軟件也不是什么難事，當前CPU的運算能力更是不容置疑，那么最大的總是可能出在HDCD的授權，以及目前多媒體聲卡的性能上。

　　由于現階段的主流聲卡不支持20bit的D/A轉換，因此即使用軟件對HDCD進行了解碼還是不能通過聲卡將其轉換為模擬信號，畢竟D/A轉換不能用軟件實現。此外，普通聲卡在動態響應范圍，信噪比等方面本身就是一個聲音的“瓶頸”，即使有非常動人的音源，也被聲卡白白地“過濾”掉了。

　　就像你在電腦上放DVD產進行DTS解碼一樣，每個聲道的音源為96kHz、24bit數字信號，受限于聲卡品質的緣故，最終只能以44kHz、16 bit格式輸出。由此可見，不僅是HDCD、連DVD也只有在專業級的聲卡上才能完全再現其音質方面的魅力，這不得不說是多媒體音頻的一大遺憾。說到這里，自然而然地讓人聯想到“音頻也有瓶頸”的問題。

　　出于施展幅的關系，筆者不能、也不想再長篇累牘地討論下去，就留給讀者自己去思考：從音源到聲卡的回放再到揚聲器的再現，你家的音響或多媒體音頻系統存在瓶頸碼？

　　五、HDCD的未來

　　HDCD采用了先進的壓縮技術使一張普通CD可以存儲比標準CD的44kHz、16bit更多的音頻數據，以此來錄求音質上的提升。但受限于CD光盤650MB最大存儲容量的限制，HDCD可以說已經走到了CD的極點了，它最終會被DVD第系列盤片所取代，畢竟以DVD的存儲容量，存儲96kHz、24 bit以上的音頻數據不存在容量限制問題，也不用向HDCD那樣去尋求什么壓縮之道。

　　但就現階段而言，CD仍然是音頻市場的主流，支持CD格式的播放器也更為常見，而且DVD播放機也完全兼容CD格式的唱片，因此CD在市場上仍然有一席之地，這也就意味著HDCD還有市場。最后提醒大家在購買自己心愛的CD時不妨多留意一下，上面若有HDCD字樣，那就是好不過了。如果你是Hi-END級的音響發燒友，還可考慮買個HDCD播放器來配合著感受一下。


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