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SACD技术和其DSD编码的核心技术简介 [复制链接]

hyben
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发表于 2010-02-25 11:47 |显示全部
SACD技术的介绍
传统的CD采用的编码方式是PCM(脉冲编码调制)，就是把音乐依照同样的间距分成数段，然后用二进制数来量化其信号的强度。如图，每个记录点的时间间隔是1/44100秒（就是所谓的44.1kHz的采样频率），然后16比特就是2的十六次方，就是0～65536。就是用这个数来量化该时间点的信号的强度，这样把各时间的纵坐标的各个点连续起来，就是要记录的信号的波形了。
DSD（Direct-Stream Digital）编码则跟PCM完全不同，DSD是利用脉冲密度调变编码将音频讯号储存在数位媒体上的。它的原理跟开关电源使用的脉冲宽度调变（PWM）类似，PWM是将模拟信号转换为脉冲波，转换后脉冲波的周期固定，但脉冲波的占空比会依模拟信号的大小而改变。DSD利用的脉冲密度调变，则是把模拟信号转换为脉冲波出现的密度，通过脉冲的密度大小来记录模拟信号的大小。

SACD为什么会使用DSD这样的完全跟传统CD用的PCM不同的编码方式呢？这个事情其实还是源于A/D模拟数字转换电路的设计方面。传统的CD是将近三十年前的技术标准了，旧的A/D模数转换电路的技术架构受到集成度、温度等因素的影响，其精度很难进一步提高。再加上，为了防止混叠噪音，要在信号输入的前面加上抗混叠滤波器，抗混叠滤波器的影响也是非常大的。所以旧技术在信噪比、线性度和精度方面都有一定的制约，甚至还容易产生离散的和不确定的输出，即所谓的“闪烁码”。对于我们音响发烧友来说，A/D技术的制约和影响，最直接的表现就是所谓的“数码声”的出现。
SACD的DSD编码的核心技术简介
新的架构的A/D模拟数字转换电路出现，把这些问题都予以改善了。这种新的架构的名字叫“Σ-Δ”（Sigma-Delta调变）架构，这种架构的A/D模数转换IC是目前精度最高的，这些IC广泛地应用在仪器仪表、工业控制和医疗监护设备等高端应用领域。对于唱片来说，DSD的出现就是缘于“Σ-Δ”的技术。这个技术对录音质量的贡献主要是源于两个核心，一个是“过采样”，一个是“噪音整形”。

如Σ-Δ模数转换电路原理框图所示，模拟信号经过一个滤波器之后，以64倍于CD采样率（44.1 kHz）的频率（2.8224 MHz）来进行“过采样”。采样所得的信号通过Σ-Δ调变器之后，产生一个初步的量化结果，然后再通过精准的数字滤波器，来得到最终的编码。
“过采样”使得前面需要用模拟电子电路搭建的滤波器的截至频率提升到很高的频点，频点的精度对信号的影响减少了，对滤波器设计的性能要求也降低了，传统设备中抗混叠滤波器对录音质量的影响也可以消除了。
而更重要的是Σ-Δ调变器的“噪音整形”作用。如Σ-Δ调变器的原理框图所示，它是根据现代数字信号处理的基础理论和技术而设计的。其信号处理有点类似于我们所熟知的功放中的负反馈，利用反馈和数字信号处理的算法，输出的结果对于输入信号来说，只是延迟而已，而对编码过程中产生的噪音则是实施了“整形”。

从模拟信号到数字信号的调制，不可回避地会引入噪音和失真，这些噪音会在整个频谱均匀地随机出现。但是通过Σ-Δ调变之后，对均匀的出现进行了“整形”，使其变得在高频的地方出现的几率较高，而低频段的地方出现的几率较小。又缘于“过采样”，我们就把噪音和失真都挪到离音频频带很远的频率去了。最终再通过数字滤波器的截取，最后所得到的音频的信号能得到比原先PCM的编码方式具有更高的信噪比、更少的失真、更优越的线性度，以及更低的混叠。

由于便于Σ-Δ调变器处理的信号格式就是DSD的编码格式，所以SACD的DSD编码就是源于这种新的高容量、高信噪比的“Σ-Δ”编码技术的，DSD的效果我们可以直观地参考一下这个图。一个脉宽为3微秒的脉冲模拟信号，PCM编码系统的输出结果和DSD系统的输出结果，相距甚远。DSD系统更能还原实际的真实情况。

实际的听感来说，DSD更能真实地还原音乐的本身，他所表达出来的乐器的音色纯正，少音染，非常接近真实乐器的音色，而且音场宽广，纵深感强，充满了空气感。而SACD则更是把这种高容量，高信噪比的载体扩展到多声道。SACD的这些技术上的优势是DVD-A或其他的高档制式所没有的。而更重要的是SACD已经被硬件和软件厂商所广泛采纳，STS Digital的马兰仕 “SACD鉴听王”现在出版到第12集，这个事情无遗又再一次证明了SACD的成功！
dsd vs pcm.jpg (, 下载次数:3)

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调变器.jpg (, 下载次数:2)

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噪音整形.jpg (, 下载次数:2)

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发表于 2010-02-25 13:40 |显示全部

原帖由 神农 于 2010-2-25 12:44:00 发表
sacd理论上是好，但是已经过时了。或者说它的时代从来没到来过

莫非是gfwsy的马甲 呼呼 这个恶心的头像太眼熟了。
请放尊重点哦。最不喜欢168里面的人乱跟帖。

以上文字摘录自本人《高保真音响》2月刊的相关文章。
是自己的原创，本意就只是科普一下而已。
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发表于 2010-02-25 13:59 |显示全部

原帖由 莱纳 于 2010-2-25 13:38:00 发表
学习了。
光说优点那他没有缺点？

呵呵 谢谢莱纳兄帮顶
其实缺点也不少，比如比CD贵，而且你要买SACD机器，另外碟片的工艺要求更高，质量控制和碟片的寿命都有点影响。
不过从技术的角度来说，SACD比其他各门派的花巧玩意儿更加有道理。有兴趣的话可以看看我主要参考的这篇论文
1111111.JPG (, 下载次数:9)

jpg(2010/2/25 14:03:36 上传)

1111111.JPG

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发表于 2010-02-25 16:12 |显示全部

原帖由 神农 于 2010-2-25 15:28:00 发表
马甲你个头！别人马甲我还有可能。我头像没你的话恶心，我一句实话怎么不尊重你了，怎么又叫乱回帖了？到168来混身段放低一点有好处，这里高手如云，google上都有的就不要充专家搞科普了，难道你是个脑袋让门夹了的博士后？

kaka 你一说话的风格就知道你是那个恶心人咔咔。
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发表于 2010-02-25 16:22 |显示全部

这些东西绝对不是GOOGLE就能G出来的。
你学过信号系统不？
你跟我一样是硬件开发工程师不？
你看得懂那篇技术论文不？
你即便能看懂，能把它转成深入浅出的科普不？

如果不行的话，请说话客气点，别上来就当头棒喝，却外强中干。
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发表于 2010-02-26 08:35 |显示全部

原帖由 神农 于 2010-2-25 17:27:00 发表
不得不说的是，你的眼光跟素质一样差，逻辑上也有问题。如果我告诉你一批美味的鸡蛋不太好卖，而你反问道如果没有像你一样生过鸡蛋或者造过假鸡蛋，就没有发言权，并胡乱指认，那么我只能认为，在你操持的那个行当里，头脑混乱可能会影响到你的实际工作能力，并且不应该跑到其他领域来充大。至于你贩卖的文章或其他货色，我不太感兴趣，但请你注意这里是公共场所，人们首先要尊重别人才有可能获得别人的尊重。

你这样乱跟帖是尊重别人！！
删掉拉倒。不屑给你这种人看！
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发表于 2010-02-26 09:28 |显示全部

回复 19# jeff_3000 的帖子

有兴趣到我博客吧 懒得再贴
下面签名档有链接 点击直接进去
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发表于 2010-02-26 09:30 |显示全部

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发表于 2010-02-26 09:44 |显示全部

原帖由 jeff_3000 于 2010-2-26 9:40:00 发表
谢谢楼主！！

客气了！不用谢！
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发表于 2010-02-26 10:51 |显示全部

原帖由 jamesgjh 于 2010-2-26 10:12:00 发表
1－bit 技术用到CD机上已经有好多年了。

关键不是1－bit 技术，而是Σ-Δ结构中的噪音整形，之所以使用1－bit编码，是因为这种编码便于进行计算。Σ-Δ结构中的一整套的数字信号处理的算法，才是提高模数转换的精度和可靠性的关键。AD转换的精度和可靠性提高了，音质就得以提升。
之前使用的1－bit 技术，未在其中带有Σ-Δ调变器这个环节，这个架构的实现，其实需要理论研究和IC制作工艺密度的支持。里面大量高速的乘加运算，要耗费大量资源。由于其过采样的要求，运行速率也较高，芯片在高速运行时候的工艺要求也增加，所以其实这种结构也是近十几年数字工业发展的结果。
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发表于 2010-02-26 11:55 |显示全部

原帖由 jamesgjh 于 2010-2-26 11:20:00 发表
明白楼主的意思。

以前的1－bit技术主要是在D/A部分，还是用普通的CD格式。你说的技术是在AD部分。实际上很多录音已经在用高比特高采样频率了（如24bit，96K），编辑完后再转为普通CD格式。这在很大程度上可以消除数码录音过程中产生的噪音。

最终的音频格式很可能是DVD Audio这类格式，只是目前还不普及。


你可以留意一下TI公司的BB系列和AD公司的各种AD转换器，24比特或以上的ADC几乎都是Σ-Δ结构的，只有甚少的几款是别的结构。
但是，Σ-Δ结构的ADC的输出，由于通常要便于与处理器或外围接口输出的方便，所以采取并行输出，也就是在其内部就已经把DSD的编码转制成PCM了。所以你见到这些Σ-Δ结构的IC的参数标称也是24比特几百K赫兹那样。但是，最近的硬件开发却流行串行输出，因为这样PCB板的布线更加方便，另外现在的处理器的接口也便于处理串行数据了。所以，SACD就直接用DSD了，省了把DSD的编码转制成PCM的过程。
其实关键就是数码录音设备里面的ADC芯片，很多高比特的录音其实其ADC也是Σ-Δ结构的，毕竟实现24比特的精度这个结构是最适合的。但是实际输出是PCM，所以，实际上编辑完后再转为普通CD格式，也能体现出其噪音小和可靠性，过程中Σ-Δ调变器还是起到功不可没的作用。
说实在其实DSD还原成模拟信号（DA部分）其实更方便，实际应用中，理由也一样，高精度的DA其实还是DSD还原比较方便，好多高精度DA其实也是这样的结构，即便他输入的信号是PCM，他也在内部搞个PCM到DSD的转换，然后再把DSD换成模拟信号。
你可以留意一下一些高端的CD机的转换器参数吧，你有时候会发现Delta Sigma  这样的字眼，这样的机器的DA就是用Σ-Δ架构的DA的了。
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发表于 2010-02-26 12:03 |显示全部

http://www.meridian-audio.com/media/13186/g08.2-ds2.pdf

可以参考一下这个meridian G08 的参数吧

Converters
• 192kHz-capable, 24-bit, Delta Sigma converters operating at 4 x CD sample rate (176.4kHz)
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发表于 2010-02-26 13:37 |显示全部

原帖由 jamesgjh 于 2010-2-26 13:19:00 发表
你说的没错，Delta Sigma 是经常看到的1－bit技术。SACD可能确实有优势，但市场上并非最先进的技术就会流行，这已经被n多次证实了。不论什么格式会胜出，希望今后有更多的更高级格式的音乐光盘。不过人们对更高音质的兴趣比对视频的要低很多，对视频质量的提升余地比对音频的大很多，普通CD的音质对绝大多数人是足够了，这也是普通CD格式能这么长时间不变的原因。

呵呵正常 就好像俺一样，俺的SACD碟就十几二十张，CD一两千张
自己喜欢音乐和音响，另外自己也从事相关工作，自然对SACD之类的格式兴趣比较浓。
流行不流行关键是看性价比，和市场推广，但是不流行的东西，里面包含了好多精品。
大路货有大路货的活法，稀奇古怪的也有其存在的道理，尖端东西有尖端东西的市场。
法拉利技术好，但是不是每个人能用，甚至大多数人一辈子都没见过真的法拉利。
SACD这种东西 ，大家都有所听闻，但是碍于专业技术的问题，没多少人能清楚其关键的原理所在。
大家知道的都是些片面的消息，而且大多介绍文章都出自于非技术人士的手中。
这些人本来就一知半解，所以你看了这些文字就更晕。
然而，做技术的大多文笔不好，何况要把深奥的理论，用简单的文章介绍，那样就更难。
其实这篇东西是选自我介绍马兰士SACD监听王第12辑里面的。
为了要给大家更专业的SACD的认识，和提供深入浅出的文字，我的确花了好多心思啊。
所以，一贴上来有人就乱回贴，确实有点火，觉得很不被尊重。
再加上广州最近恶心的天气，人噪的很。所以请大家见谅。
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发表于 2010-02-26 14:01 |显示全部

原帖由 jamesgjh 于 2010-2-26 13:56:00 发表
看出来了您是技术人士，很专业。以后有问题可以向您请教和讨论。

您客气了，大家互相探讨而已。
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发表于 2010-02-26 14:02 |显示全部

原帖由 科研级旗舰 于 2010-2-26 13:47:00 发表
很多人连up-sampling和over-sampling都分不清，没必要多费口舌。想当初，sharp在发布世界上第一款可以直连SACD的“狭义数码放大器”时，就采用了单片lbit 7阶△Σ调制电路进行信号修正和噪声整形。有兴趣的可以看看这篇文章     http://www.hifi300.com/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=364

这个相当牛叉!!! 学习了！！
谢谢旗舰兄！
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发表于 2010-02-26 15:20 |显示全部

原帖由 神农 于 2010-2-26 15:16:00 发表
没完没了了，楼主还打算继续下去吗？我一句含有过时的话引得楼主暴跳如雷，还有明白真相的群众围观，当中也有人忍不住蹦出“过时”的字眼，也没见楼主发火。要说冲我的头像来恐怕也不会这么不自量力，坛子上那么多DX你忙得过来吗。难不成柿子赶软的捏？你牛＊你的，欺负我干吗呀？就算要下手也得看清楚是你捏得动的吗？

* 就体你个头像唔顺眼！
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发表于 2010-02-26 15:38 |显示全部

你个神农茶几时玩完啊！
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发表于 2010-02-26 16:04 |显示全部

原帖由 神农 于 2010-2-26 15:57:00 发表
你看你，还要发飙，欺负俺们不懂粤语不是？可在这个坛子上混久了不懂点能行吗？一早说了，你可不要引起公愤哟

好地地一个贴 给你又弄成吵架贴 唉
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发表于 2010-02-26 17:15 |显示全部

168就是吵架的地方 不吵架没人气啊 咔咔
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