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淺談DVD放影機後端技術
 

【作者: 李昶慶】   2002年12月05日 星期四

瀏覽人次:【3766】

杜比實驗室(Dolby Laboratories)的主要技術可以應用在類比及數位訊號上,藉由其核心技術讓使用者獲得更佳的聲音品質。目前其技術領域大約可分為四大類:類比錄音技術(Analog recording technologies)、數位音效編碼技術(Digital Audio Coding)、電影音效(Film Sound)及家電環繞音效(Consumer Surround Sound)。與DVD播放有關的是數位編碼技術和消費性電子環繞音效這兩部分。


數位編碼技術

AC-1

這是杜比於1984年推出的數位音效編碼系統,也是杜比第一套數位編碼系統。這套系統主要是針對衛星播放系統所設計的,其中包含了許多複雜的編碼技術。不過只需要簡單、便宜的解碼器就可以將訊號解碼出來,如此便可以量產讓大眾可以接受的接收器。


AC-2

這項技術讓資料在低傳輸速率下能擁有完美的聲音品質,主要的作法便是減少傳輸的資料量。其主要應用是在衛星和有線傳輸上,也可以應用在錄影監視及交談記錄上。


Dolby Digital(AC-3)

這是杜比最聞名的數位系統,提供影片多聲道環場音效,無論是劇場或家中的DVD、LD或數位電視都會利用到這項技術。它提供五個具有完全頻寬的聲音輸出再加上一個低頻音效(Low-Frequency Effects;LFE)輸出。在解碼的過程中可以根據設備的不同,解出不同品質的音效。例如可以將AC3音效解碼成雙聲道音效。


《圖一》
《圖一》

MLP Lossless

這是一種非破壞性壓縮方式,專門用於DVD-Audio上。將PCM資料緊密地壓縮過之後,DVD-Audio便可以在一片碟片中同時放入立體及多聲道音樂。


Advanced Audio Coding(AAC)

這是一種高品質聲音壓縮技術,主要應用於許多廣播或電子音樂散佈系統。其壓縮效率高於目前最熱門的MP3。



《圖二》
《圖二》

消費性電子環繞音效

Dolby Surround

這是杜比最早針對家電市場推出的類比多聲道影片聲音格式。此種技術將四聲道(左、中、右及環繞聲道)編碼隱藏於影片的兩聲道音軌中。如此便可以錄製於傳統的影帶上或經由電視頻道播出,播出時可將此二聲道音軌解碼還原成四聲道。


Dolby Surround Pro Logic

這是對應Dolby Surround編碼技術所提出的解碼技術,目前幾乎所有的影音家電都包含這項技術,可以將影片中的立體聲音軌還原成劇院般的四聲道音效。


《圖三》
《圖三》

Dolby Surround Pro Logic II

這是一項比Dolby Surround Pro Logic更為進步的解碼技術,這項技術可以針對Dolby Surround編碼的影片提供更佳的空間效果,可以將原本立體聲的音樂轉變成具有三度空間音場的音樂。不過要能夠完全發揮這項技術的威力,所製作的影片必須完全符合Dolby Surround Pro Logic II的規範。符合Dolby Surround Pro Logic II的影片也可以在具有Dolby Surround Pro Logic的機器上放映。


《圖四》
《圖四》

Dolby Headphone

這是一個獨特的聲音轉換系統,可以讓傳統的立體聲耳機變成多聲到環繞系統,讓使用者彷彿置身於真實的聆聽室中。這項技術可以用於任何需要耳機的產品上,例如飛機上的乘客視聽娛樂系統。


《圖五》
《圖五》

Virtual Dolby Surround and Virtual Dolby Digital

這項技術用來將Dolby Surround Pro Logic、Pro Logic II or Dolby Digital解碼出來的多聲道音效重新混合成雙聲道音效,讓雙聲道音響能夠播放出具有環場音效的聲音。這個技術可以讓傳統的立體聲電視或多媒體電腦可以得到較佳的音效品質。


DTS

DTS(Digital Theater Systems)一開始主要是針對劇院所制訂的規格,其目的有二,一為創造一個所有劇院都能使用的數位聲音系統;另外,讓影片的聲音資料具有較高的品質,也能夠彈性化的修改。第一部使用DTS系統播放的影片是1993年上映的「侏羅紀公園(Jurassic Park)」。


一開始DTS有兩套系統,一套是立體聲(DTS-S),另一套DTS-6就是現在著名的DTS系統的前身。六個聲道中包含了三個主聲道、兩個環繞聲道和一個重低音聲道(LFE)。由於一般劇院的環繞音響並不是設計來播放20~80Hz的音效,所以DTS將這部分分離出來成為另一個重低音聲道。


傳統CD的聲音壓縮方式(PCM)所解碼出來的聲音是16位元、雙聲道,而DTS卻能夠做到24位元、5.1聲道。這主要是因為DTS具有較高的壓縮效率。一般CD唱片傳輸速率是1.235Mbps,壓縮率是2.9:1(16位元),而DTS將壓縮率提升至4.3:1(24位元)。


DTS在壓縮技術上主要是應用了兩種技術。包括,非破壞性壓縮,就是將重複的資料用較少的位元來表示,例如將數目000023縮減為23。這就好像是電腦檔案常使用的ZIP壓縮方式。另外,將無法感覺到的資料去除,例如制訂一個標準,這個標準是人耳可以聽到的聲音極限,包含最大、最小音量和最高、最低頻率。如果原始的錄音資料超出這個範圍,就將這些資料予以剔除,或者以極限的聲音來表示。如此便可以用較少的位元來表示聲音資料。但是因為目前DTS所需求的壓縮效率並不高(4.3:1),所以大部分只使用到非破壞性壓縮方式。這一點和其他的聲音格式有很大的不同。



《圖六》
《圖六》

HDCD

HDCD全名是High Definition Compatible Digital,這個技術主要的目的是為了提昇目前CD的音效品質。一般的CD聲音是採用16位元,而經由HDCD編碼的CD卻能在原有的空間中儲存20位元的資料。HDCD使用非常複雜的技術將額外的4位元加入原有的CD中,而經由HDCD編碼的CD仍然可以與原始的CD音響相容,只不過無法享受到HDCD的優點。


使用20位元來儲存聲音資料的HDCD比一般CD具有較佳的立體效果、人聲重現和音質。具有HDCD解碼功能的播放機也能夠強化傳統CD的音質。不過目前只有少部分的DVD播放機具有此種解碼功能。


《圖七》
《圖七》

MLP

MLP(Meridian Lossless Packing)主要是應用在DVD-Audio上。DVD-Audio 的基本需求是96kHz/24bit六聲道,如果完全不經過壓縮的話,74分鐘的音樂需要13.8Mbps的頻寬及7.7GB的儲存空間。不過DVD-Audio的制訂頻寬只有9.6MBps,所以必須經過壓縮。經由MLP壓縮過的資料可以達到38%到52%的壓縮效率,如此便可以在一片DVD(4.7GB)碟片上放入73~89分鐘的音樂。


不過如果要在同一片DVD-Audio上放入96kHz/24bit立體混音資料的話,那麼一片DVD-Audio大約只能放入54分鐘的音樂資料。此種壓縮方式並不會像其他「感覺式編碼」方式將人無法感知的資料剔除。經由此種方式編碼-解碼出來的資料將會和原來的資料一模一樣。


《圖八》
《圖八》

MPEG

MPEG(Moving Picture Experts Group)隸屬於國際標準組織(International Organisation for Standardisatuion;ISO),其成立目的在於發展一套國際標準,用於動態影像及聲音的壓縮、解壓、放映及編碼。這個組織已經發展出幾套標準:MPEG-1:主要用於影像光碟(VCD)和MP3音樂。MPEG-2:是DVD和數位電視發展的基礎。MPEG-4:這是針對網路多媒體制訂之標準。MPEG-7:聲音及影像資料的描述及搜尋。MPEG-21:多媒體框架標準。


  • MP3



MP3並不是MPEG-3,而是利用MPEG-1 Audio Layer 3的技術,將PCM格式的聲音用1:10甚至1:12的壓縮率,變成容量較小的檔案。


  • MPEG-2



MPEG-2標準共分為十部分,系統(System):說明影像和聲音資料流的合併及傳輸。影像(Video):影像的編碼方式。聲音(Audio):聲音的編碼方式。相容性測試(Conformance Testing)。參考軟體(Reference Software):聲音和影像的編碼、解碼範例。數位儲存媒體的控制及命令(Digital Storage Media Command and Control;DSM-CC):MPEG-2資料網路傳輸協定。高級聲音編碼(Advance Audio Coding):與MPEG-1不同的聲音編碼方式。影像編碼:這部分已經取消。及時播放介面(Real Time Interface):提供MPEG2資料和解碼器之間的溝通介面。DSM-CC的相容性測試。


  • MPEG-4



MPEG-4規格的主要目的有四點,包括將聲音及影像物件化,這些物件稱之為「媒體物件(Media Objects)」,而媒體物件可經由自然形成(錄音、錄影)或人工合成(電腦合成音效)。這些媒體物件可以任意合成所需要的影音。由於影片是由媒體物件組合而成,所以適合於網路中傳遞資料且同時播放。影片以媒體物件的方式傳輸至接收者,接著在接收者這一端還原組合成原始的影片。由於使用更先進的壓縮方式,MPEG4比MPEG2擁有更高的壓縮效率,相對地也要犧牲掉一些畫面品質。


聲音輸出方式

數位輸出

數位輸出方式大概可分為同軸電纜線及光纖輸出兩種,這是將DVD上的數位聲音資料直接輸出,必須外接聲音解碼器方能聽到影片音效。


5.1聲道輸出

部分DVD放影機包含了Dolby Digital和DTS解碼裝置,可以將數位音效資料解碼成5.1聲道類比輸出。使用者只要能擁有具備5.1聲道類比輸入的擴大機,就可以擁有5.1聲道的音效,如此可以節省購買音效解碼機的成本。


兩聲道輸出

一般的DVD播放機都擁有兩聲道的立體聲輸出,這是為了配合一般電視只擁有兩聲道輸入裝置而產生的規格。如果使用兩聲道輸出,就不能享受到高品質的劇場音效。


影像輸出

色差端子輸出

明確地分離DVD光碟機輸出的色彩,產生更飽滿、逼真的畫面輸出。利用這項新技術,可以忠實呈現DVD應有的畫質。但是使用者必須擁有能夠接收色差訊號的電視或其他接收系統。DVD的MPEG訊號格式是由Y.Cr.Cb所組成Y就是亮度訊息Cr.Cb是將R-Y.B-Y色差訊號分開,使各別傳輸訊號不會互相干擾所以能夠得到較佳的訊號,未來的高級電視與顯示器都將以色差端子為標準配備。


S端子

S端子(S-Video)是將影像中的亮度與顏色訊號分離輸送,所以在一條S端子線中實際上有二條獨立的傳輸線。


複合式影像訊號輸出

複合式影像訊號輸出(Composite Video Outputs)將同步(Sync)與視訊(Video)訊號合併在一起傳輸,所用的接頭,一般習稱AV端子。


NTSC與PAL

NTSC電視畫面播放標準系統是美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission;FCC)於1941年核定實施,為台灣、美日等國的電視系統所使用,每幅畫面525條掃描線,每秒三十個畫面,包含了影像和聲音的資訊。PAL(Phase Alternation by Line;相位交錯掃描線式)電視畫面播放標準是英、德、瑞士等西歐國家於1949年制定的,為大陸地區、西歐、東南亞等地所使用,每幅畫面有625條掃描線,每秒二十五個畫面,包含了影像和聲音的資訊。(作者任職於揚智科技)


〈參考資料


[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://www.ali.com.tw/〉


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