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浅谈DVD放影机后端技术
 

【作者: 李昶慶】2002年12月05日 星期四

浏览人次:【3569】

杜比实验室(Dolby Laboratories)的主要技术可以应用在类比及数位讯号上,藉由其核心技术让使用者获得更佳的声音品质。目前其技术领域大约可分为四大类:类比录音技术(Analog recording technologies)、数位音效编码技术(Digital Audio Coding)、电影音效(Film Sound)及家电环绕音效(Consumer Surround Sound)。与DVD播放有关的是数位编码技术和消费性电子环绕音效这两部分。


数位编码技术

AC-1

这是杜比于1984年推出的数位音效编码系统,也是杜比第一套数位编码系统。这套系统主要是针对卫星播放系统所设计的,其中包含了许多复杂的编码技术。不过只需要简单、便宜的解码器就可以将讯号解码出来,如此便可以量产让大众可以接受的接收器。


AC-2

这项技术让资料在低传输速率下能拥有完美的声音品质,主要的作法便是减少传输的资料量。其主要应用是在卫星和有线传输上,也可以应用在录影监视及交谈记录上。


Dolby Digital(AC-3)

这是杜比最闻名的数位系统,提供影片多声道环场音效,无论是剧场或家中的DVD、LD或数位电视都会利用到这项技术。它提供五个具有完全频宽的声音输出再加上一个低频音效(Low-Frequency Effects;LFE)输出。在解码的过程中可以根据设备的不同,解出不同品质的音效。例如可以将AC3音效解码成双声道音效。


《图一》
《图一》

MLP Lossless

这是一种非破坏性压缩方式,专门用于DVD-Audio上。将PCM资料紧密地压缩过之后,DVD-Audio便可以在一片碟片中同时放入立体及多声道音乐。


Advanced Audio Coding(AAC)

这是一种高品质声音压缩技术,主要应用于许多广播或电子音乐散布系统。其压缩效率高于目前最热门的MP3。



《图二》
《图二》

消费性电子环绕音效

Dolby Surround

这是杜比最早针对家电市场推出的类比多声道影片声音格式。此种技术将四声道(左、中、右及环绕声道)编码隐藏于影片的两声道音轨中。如此便可以录制于传统的影带上或经由电视频道播出,播出时可将此二声道音轨解码还原成四声道。


Dolby Surround Pro Logic

这是对应Dolby Surround编码技术所提出的解码技术,目前几乎所有的影音家电都包含这项技术,可以将影片中的立体声音轨还原成剧院般的四声道音效。


《图三》
《图三》

Dolby Surround Pro Logic II

这是一项比Dolby Surround Pro Logic更为进步的解码技术,这项技术可以针对Dolby Surround编码的影片提供更佳的空间效果,可以将原本立体声的音乐转变成具有三度空间音场的音乐。不过要能够完全发挥这项技术的威力,所制作的影片必须完全符合Dolby Surround Pro Logic II的规范。符合Dolby Surround Pro Logic II的影片也可以在具有Dolby Surround Pro Logic的机器上放映。


《图四》
《图四》

Dolby Headphone

这是一个独特的声音转换系统,可以让传统的立体声耳机变成多声到环绕系统,让使用者仿佛置身于真实的聆听室中。这项技术可以用于任何需要耳机的产品上,例如飞机上的乘客视听娱乐系统。


《图五》
《图五》

Virtual Dolby Surround and Virtual Dolby Digital

这项技术用来将Dolby Surround Pro Logic、Pro Logic II or Dolby Digital解码出来的多声道音效重新混合成双声道音效,让双声道音响能够播放出具有环场音效的声音。这个技术可以让传统的立体声电视或多媒体电脑可以得到较佳的音效品质。


DTS

DTS(Digital Theater Systems)一开始主要是针对剧院所制订的规格,其目的有二,一为创造一个所有剧院都能使用的数位声音系统;另外,让影片的声音资料具有较高的品质,也能够弹性化的修改。第一部使用DTS系统播放的影片是1993年上映的「侏罗纪公园(Jurassic Park)」。


一开始DTS有两套系统,一套是立体声(DTS-S),另一套DTS-6就是现在著名的DTS系统的前身。六个声道中包含了三个主声道、两个环绕声道和一个重低音声道(LFE)。由于一般剧院的环绕音响并不是设计来播放20~80Hz的音效,所以DTS将这部分分离出来成为另一个重低音声道。


传统CD的声音压缩方式(PCM)所解码出来的声音是16位元、双声道,而DTS却能够做到24位元、5.1声道。这主要是因为DTS具有较高的压缩效率。一般CD唱片传输速率是1.235Mbps,压缩率是2.9:1(16位元),而DTS将压缩率提升至4.3:1(24位元)。


DTS在压缩技术上主要是应用了两种技术。包括,非破坏性压缩,就是将重复的资料用较少的位元来表示,例如将数目000023缩减为23。这就好像是电脑档案常使用的ZIP压缩方式。另外,将无法感觉到的资料去除,例如制订一个标准,这个标准是人耳可以听到的声音极限,包含最大、最小音量和最高、最低频率。如果原始的录音资料超出这个范围,就将这些资料予以剔除,或者以极限的声音来表示。如此便可以用较少的位元来表示声音资料。但是因为目前DTS所需求的压缩效率并不高(4.3:1),所以大部分只使用到非破坏性压缩方式。这一点和其他的声音格式有很大的不同。



《图六》
《图六》

HDCD

HDCD全名是High Definition Compatible Digital,这个技术主要的目的是为了提升目前CD的音效品质。一般的CD声音是采用16位元,而经由HDCD编码的CD却能在原有的空间中储存20位元的资料。 HDCD使用非常复杂的技术将额外的4位元加入原有的CD中,而经由HDCD编码的CD仍然可以与原始的CD音响相容,只不过无法享受到HDCD的优点。


使用20位元来储存声音资料的HDCD比一般CD具有较佳的立体效果、人声重现和音质。具有HDCD解码功能的播放机也能够强化传统CD的音质。不过目前只有少部分的DVD播放机具有此种解码功能。


《图七》
《图七》

MLP

MLP(Meridian Lossless Packing)主要是应用在DVD-Audio上。 DVD-Audio 的基本需求是96kHz/24bit六声道,如果完全不经过压缩的话,74分钟的音乐需要13.8Mbps的频宽及7.7GB的储存空间。不过DVD-Audio的制订频宽只有9.6MBps,所以必须经过压缩。经由MLP压缩过的资料可以达到38%到52%的压缩效率,如此便可以在一片DVD(4.7GB)碟片上放入73~89分钟的音乐。


不过如果要在同一片DVD-Audio上放入96kHz/24bit立体混音资料的话,那么一片DVD-Audio大约只能放入54分钟的音乐资料。此种压缩方式并不会像其他「感觉式编码」方式将人无法感知的资料剔除。经由此种方式编码-解码出来的资料将会和原来的资料一模一样。


《图八》
《图八》

MPEG

MPEG(Moving Picture Experts Group)隶属于国际标准组织(International Organisation for Standardisatuion;ISO),其成立目的在于发展一套国际标准,用于动态影像及声音的压缩、解压、放映及编码。这个组织已经发展出几套标准:MPEG-1:主要用于影像光碟(VCD)和MP3音乐。 MPEG-2:是DVD和数位电视发展的基础。 MPEG-4:这是针对网路多媒体制订之标准。 MPEG-7:声音及影像资料的描述及搜寻。 MPEG-21:多媒体框架标准。


  • MP3



MP3并不是MPEG-3,而是利用MPEG-1 Audio Layer 3的技术,将PCM格式的声音用1:10甚至1:12的压缩率,变成容量较小的档案。


  • MPEG-2



MPEG-2标准共分为十部分,系统(System):说明影像和声音资料流的合并及传输。影像(Video):影像的编码方式。声音(Audio):声音的编码方式。相容性测试(Conformance Testing)。参考软体(Reference Software):声音和影像的编码、解码范例。数位储存媒体的控制及命令(Digital Storage Media Command and Control;DSM-CC):MPEG-2资料网路传输协定。高级声音编码(Advance Audio Coding):与MPEG-1不同的声音编码方式。影像编码:这部分已经取消。及时播放介面(Real Time Interface):提供MPE​​G2资料和解码器之间的沟通介面。 DSM-CC的相容性测试。


  • MPEG-4



MPEG-4规格的主要目的有四点,包括将声音及影像物件化,这些物件称之为「媒体物件(Media Objects)」,而媒体物件可经由自然形成(录音、录影)或人工合成(电脑合成音效)。这些媒体物件可以任意合成所需要的影音。由于影片是由媒体物件组合而成,所以适合于网路中传递资料且同时播放。影片以媒体物件的方式传输至接收者,接着在接收者这一端还原组合成原始的影片。由于使用更先进的压缩方式,MPEG4比MPEG2拥有更高的压缩效率,相对地也要牺牲掉一些画面品质。


声音输出方式

数位输出

数位输出方式大概可分为同轴电缆线及光纤输出两种,这是将DVD上的数位声音资料直接输出,必须外接声音解码器方能听到影片音效。


5.1声道输出

部分DVD放影机包含了Dolby Digital和DTS解码装置,可以将数位音效资料解码成5.1声道类比输出。使用者只要能拥有具备5.1声道类比输入的扩大机,就可以拥有5.1声道的音效,如此可以节省购买音效解码机的成本。


两声道输出

一般的DVD播放机都拥有两声道的立体声输出,这是为了配合一般电视只拥有两声道输入装置而产生的规格。如果使用两声道输出,就不能享受到高品质的剧场音效。


影像输出

色差端子输出

明确地分离DVD光碟机输出的色彩,产生更饱满、逼真的画面输出。利用这项新技术,可以忠实呈现DVD应有的画质。但是使用者必须拥有能够接收色差讯号的电视或其他接收系统。 DVD的MPEG讯号格式是由Y.Cr.Cb所组成Y就是亮度讯息Cr.Cb是将RY.BY色差讯号分开,使各别传输讯号不会互相干扰所以能够得到较佳的讯号,未来的高级电视与显示器都将以色差端子为标准配备。


S端子

S端子(S-Video)是将影像中的亮度与颜色讯号分离输送,所以在一条S端子线中实际上有二条独立的传输线。


复合式影像讯号输出

复合式影像讯号输出(Composite Video Inputs)将同步(Sync)与视讯(Video)讯号合并在一起传输,所用的接头,一般习称AV端子。


NTSC与PAL

NTSC电视画面播放标准系统是美国联邦通讯委员会(Federal Communications Commission;FCC)于1941年核定实施,为台湾、美日等国的电视系统所使用,每幅画面525条扫描线,每秒三十个画面,包含了影像和声音的资讯。 PAL(Phase Alternation by Line;相位交错扫描线式)电视画面播放标准是英、德、瑞士等西欧国家于1949年制定的,为大陆地区、西欧、东南亚等地所使用,每幅画面有625条扫描线,每秒二十五个画面,包含了影像和声音的资讯。(作者任职于扬智科技)


〈参考资料


[1]Dolby Laboratories http://www.dolby.com/


[2]DTS http://www.dtsonline.com/


[3]HDCD http://www.hdcd.com/


[4]MLP http://www.meridian-audio.com/p_mlp.htm


[5]MPEG http://mpeg.telecomitalialab.com/


[6]Ali http://呜呜呜.阿里.com.台湾/〉


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