現今常見媒體制式
 
什麼是重播?
現今常見媒體制式
什麼是取樣?
麼是DDD,ADD,AAD?
 
 
 
 
 
 
 
 

以下是現今常見的重播媒體及技術:

CD (Compact Disc)
相信大家都對CD這個名不會陌生,不過齋講“CD”呢個名黎形容聽歌果D碟就似乎在概念上有點不正確喇,如果有睇番CD既歷史及發展的話,就知道CD係一個總稱。CD媒體大至分CD-DA(音樂CD), CD-ROM, CDI, CD-ROM EX, CD-R, CD-RW, VCD以及CD-Photo這幾類(不過我都唔太肯定還有無其他)。有些人會稱每種類型叫作 “紅皮書” “黃皮書” “橘皮書”等,如“紅皮書”即CD-DA,“黃皮書”即CD-ROM。所以齋講CD黎形容聽歌果o的CD既話就有點模糊喇。(是但lar~都明ga lar~!)
要讀取CD既訊號,並非用個雷射頭射o下射o下隻碟咁簡單的。首先由CD機上的雷射頭(Laser)發射雷射光至CD的讀取面,讀取面上有很多凹凸坑紋(即CD訊號),當雷射光射到讀取面上“凸”的反射面(Land)時,經過透鏡以及直接穿透半反射鏡(即45度切割果D)再經過第二塊透鏡打在光二極體矩陣(Light-Sensing Diode)上,接著光二極體感應有雷射光之後就產生資料為 “1”;相反,當雷射光射到讀取面上的“凹”面(Pit)時,由於“凹”面沒有反射物料,令射上去的雷射光不能反射,而光二極體也因為感應不到光線從而產生資料為 “0”。在讀取過程中從而得出那些“10100101001”的數碼訊號。
這些數碼訊號其後將進行訊號轉換及過濾程序。首先,數碼訊號會被交給RF放大器將訊號放大,再傳送到一個叫“數碼濾波器”將其數碼音頻波段濾至平滑,這樣令聲音變得較為平滑而不會造成刺耳並且有利進行下一步的數碼-模擬(Digital to Analog)轉換程序得到細緻的轉換效果。首先,將其二進位的數碼訊號(即PCM訊號),遇到 “0”時相對應的電阻就接上電路,遇到 “1”相對應的電阻不作用,如此每一組16Bit數碼訊號就可以轉換回相對應的電壓大小。這些電壓大小看起來會像階梯一樣一格一格,這跟原來平滑的訊號有所差異,因此在輸出前還要通過一個 “低通濾波器”,將高次諧波濾除,這樣聲音就會變得比較平滑。現在此訊號已成為模擬訊號(即類比訊號),這些模擬通過接線輸出至擴音機作訊號電壓放大處理再輸出至喇叭繼而發出聲音。
問題來了,如果聽D黑膠支持者或音響發燒友都知道CD音色反比黑膠為差!!為什麼呢? 關鍵在於CD本身數據取樣率既問題,以前上綜合科學果時老師講過人耳的高頻點是20kHz,即係高過這頻率我們就聽唔到更高音喇。因此CD的前置低通濾波器的截止頻率被定為20kHz,而模擬-數碼轉換器(Analog to Digital Converter, ADC)的取樣頻率被定為44.1kHz。這也是說超出20kHz的訊號就會被cut!,而不會在CD上存在。但有些人好興講Feel既,佢地認為物理上雖然聽唔到更高音,但人類會 “Feel”到20kHz以上既頻率,這就是發燒友往往排斥CD音色既原因!!~(真係吹佢唔脹)~
另外,飛利浦發明CD所制定的重播時間74分鐘是隨意的(Ha~?),據說是卡拉揚指揮貝多芬第九交響曲的長度-.-。CD本身的訊號資料是無被壓縮的,典型CD的數位音頻訊號是以16位元方式並以44.1kHz採樣,即兩倍於實際音頻帶寬進行記錄,所以重播立體聲CD的音質時需要高達1.4Mbps (16x44.1kx2=1411.2kHz)的頻寬。

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SACD (Super Audio Compact Disc)
既然有好多人都發現CD的取樣率天生係限制在44.1kHz左右,以及天生重播的音域頻率又限制在20kHz,這根本無法滿足高音質CD市場,有見及此Sony同Philips再次合作於1996年正式對外發佈一種全新的DSD技術。不久之後,SACD制式也正式對外發佈。SACD同DSD有非常密切的關係,沒有DSD,SACD就只有虛名而已。
SACD (Super Audio Compact Disc) 的最大特色在於摒棄PCM的數碼化技術而直接使用經改良的Σ–Δ調制器(Delta-Sigma Modulation),也就是低比特技術。Σ–Δ調制器吸引的地方是用較低成本和比較少的數位濾波器而達到較高品質的聲音水準,因此大受歡迎。飛利浦的Bitstream也屬此類技術。Sony將其改良的Σ–Δ調制器技術命名為直接比特流數碼DSD (Direct Stream Digital)。
簡單黎講,Σ–Δ調制器是一個高速取樣1bit處理的技術。模擬訊號經過一個Σ–Δ調制器的噪聲整形1bit模數變換器後,變成一個2.8224MHz取樣的1bit訊號。此時,先由DSD錄音機記錄,然後再將這1bit的訊號直接轉錄到SACD的高密度層上。經DSD所編制的SACD在重播頻率範圍可擴展至100kHz(理論上可達至1.4Mhz),而動態範圍(即有幾大聲)也擴展至120dB (CD是96dB)。傳統CD每一聲道的傳送率為705.6kbps,即係等於44.1kHz與16bit的相乘。而DSD的傳送速率為2.8224Mbps,也就是等於2.8224MHz與1bit的相乘。因此,DSD的數據速率為傳統CD的四倍。另外,SACD同樣也有立體聲和5.1聲道的規格。
由於SACD並非以PCM作編碼,所以不需要用多比特(bit)去儲存振幅,因為取樣率高,所以只要用一個比特就夠了。Σ-Δ調制器有別於PCM取樣以訊號振幅大小為主,而是改為紀錄目前取樣的數值和上一個已取樣的數值的比較,這是相當複雜的技術。
SACD的碟種是有單面單層和單面雙層的規格,比較特殊的是混合光碟(Hybrid Disc),此種碟的第一層資料格式與普通CD相同,可以放到CD Player中播放,而第二層則是內藏DSD訊號層,只可供SACD Player播放。這也是SACD標準中的一個特色。因為Hybrid SACD碟可在傳統的CD機上播放,消費者可以購買SACD碟當作普通的CD播放,並獲得和普通CD一樣的音質,但當然傳統CD機播放Hybrid SACD是不能獲得SACD中DSD高音質的音色。
SACD能提供遠超過人耳所聽到的100kHz的高頻寬及擁有超出人耳聽覺範圍的120dB動態反應。這足以主宰未來的音樂媒體。

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DVD-A (Digital Versatile Disc - Audio)
DVD-Audio是以DVD(Digital Versatile Disc)作為儲存媒介的新音樂媒體。要注意的是一般的DVD機是不能播放DVD-A的碟。DVD-Audio的取樣率在立體聲(2ch)時分別有44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz、176.4kHz、192kHz等可供選擇。多聲道時最高取樣率則達176.4kHz,但仍可以和身歷聲2聲道的應用場合一樣可選擇16bit、20bit或24bit量化取樣。最多可支援6條聲道,速率為9.6Mbps,DVD-A容量是4.7GB,動態範圍可達144dB。使用立體聲錄製時可使用192kHz /24bit,當採用環迴立體聲錄製時則可使用96kHz /24bit,由於不是所有訊道都需要高解析度,故此可以選擇以部份訊道使用低解析度來延長DVD-A碟的播放時間。DVD-A碟的播放時間會根據不同的錄音模式而有所不同,但一般的會是74分鐘左右。DVD-A也需選擇性地採用無失真壓縮技術,Meridian Lossless Packing (MLP)去處理及減少龐大的數據量,方能達至74分鐘的播放時間。此外DVD-Audio可於播放時搭配畫面與音樂輸出。
DVD-Audio是以DVD(Digital Versatile Disc)作為儲存媒介的新音樂媒體,於1999年三月提出。取樣方式為LPCM(Linear Pulse Code Modulation),可選擇性採用MLP(Meridian Lossless Packing)無失真壓縮技術減少龐大的資料容量。DVD-Audio的取樣率有44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz、176.4kHz、192kHz等,可以16Bits、20Bits、24Bits取樣,使用立體聲錄製時最大資料流量可達192kHz 24Bits,當採用5.1聲道(家庭劇院用中置一顆揚聲器、主聲道兩顆、後環繞兩顆、超低音一顆合稱5.1聲道)錄製時最大取樣率可達96kHz。DVD-Audio可於播放時搭配畫面與音樂輸出。DVD-Audio如此高的取樣率最大的好處在於不需要繁複的超取樣運算就可以得到正確的音訊波型,另一個好處是減少jitter對音質的影響。DVD-Audio目前的價位大概在一千兩百元左右。

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HDCD (High Definition Compatible Digital)
HDCD (High Definition Compatible Digital) 是高解析度CD的縮寫。這是一種改善CD音質的編碼系統,而且兼容傳統的CD機。若要播放其改善的HDCD訊號,則需要在普通CD機上外接一部HDCD解碼器或在一部內置HDCD解碼功能的CD機上播放。
由於HDCD的系統是提高模擬-數碼轉換時量化的精度和取樣頻率,所以理論上,其音色相比傳統CD為高。HDCD系統在錄製時,將從現場或母帶中的模擬訊號(Analog signal),進行高於現有CD規格的模擬數碼轉換,即以88.2kHz /24bit的高取樣率製作。其後當這些數碼訊號以16bit的格式製成CD時,將那些傳統CD格式中遺漏的數據分離出來,並將它們以陷藏碼技術插入16bit的音頻數據中。利用這個方法製成的HDCD碟在傳統CD機上播放時則不會因其內含的陷藏碼而對本身播放產生影響。而當利用內置HDCD解碼器的CD機播放時,HDCD解碼器就能將傳統CD在製版時所遺漏缺損的那部分訊號還原,從而獲得更接近現場的聲音。
而現時Windows Media Player 8亦設置HDCD的播放系統。

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XRCD (Extended Resolution Compact Disc)
XRCD (Extended Resolution Compact Disc) 是由JVC發展及研製的。這是一種從製造CD的工序入手從而改善CD音質的一個方法。透過XRCD製作技術,所生產出的XRCD不但兼容一般CD機,而且利用一般CD機就可以播出真正原汁原味16Bit/44.1kHz重播的標準CD音色。
XRCD技術的概念是利用JVC的K2系統製作組合去改善處理母帶的方法。
在整體製作上,XRCD主要分成「母帶混音五步驟」以及「製作過程五步驟」。其中,「母帶混音五步驟」分別是:
Step1:將原始類比(即模擬訊號)母帶透過特製類比母帶播放機播出。
Step2:將所播出的類比訊號送入特製的母帶混音平台(Mastering)。
Step3:混音之後,接著進行JVC的K2作20bit的類比數位轉換(即模擬轉數碼)。
Step4:這令該訊號成為20bit的JVC數碼K2格式。
Step5:再轉錄成20bit的Sony PCM-9000 磁光碟片(MO)。
而「製作過程五步驟」則是:
Step1:在JVC橫濱的製作工廠內(全球唯一XRCD生產線),利用這20bit PCM-9000磁光碟片,透過數碼K2作重播,這步驟目的是消除任何在數碼訊號重播時可能發生的時間誤差以及失真。
Step2:之後並開始進行K2的超級編碼動作(20Bit-K2 Super Coding)。
Step3:在這超級編碼動作中將20bit轉碼成16bit (即CD標準格式),以及保持真實的16bit動態。
Step4:將已經被K2編碼的16bit訊號交給EFM編碼(即雷射訊號)。
Step5:在EFM訊號送到雷射機械之前,再被K2作雷射編碼而產生EFM訊號。

要留意的是,上面所提的K2並不是同一部機黎ga~,每一步利用K2製作都是獨立運作、獨立電源供應的。
對我黎講,SACD係以簡單直接以及HDCD以較取巧的方式去重播高音質的媒體,但XRCD就有D唔同,o係設計概念上,JVC既K2編碼明顯較為複雜同高成本。在市場利益上,XRCD技術較SACD同HDCD為輸蝕,尤其全球只有一條在橫濱製作工廠的XRCD生產線更是主要原因。看來JVC只想透過最高編碼技術同最嚴謹既保質程序去保持最真實的16Bit重播音質(真係用心良苦~)。難怪XRCD價格一直高企。XRCD的推出就是希望在與CD相容的情況下,讓音樂的解析度能再上一層樓,而XRCD2可以說是這個技術的升級版。

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MD (Mini Disc)
MD (Mini Disc) 是Sony及Philips的產品。目前市面上出售的MD碟可以分為:預先錄製MD(Pre-mastered MD)、可錄製MD(Recordable MD)以及混合MD(Hybrid MD)三類。除了預先錄製MD碟不可以反復擦寫之外,其餘兩種都可以。
MD是利用ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding) 制式來編碼的,ATRAC編碼把原音數據壓縮成5.1的比率存儲。所以,只有64mm的MD碟就可以錄下74分鐘的身歷聲(Stereo)或148分鐘的單聲(Mono)音樂,與120mm的CD碟的錄製時間相同。
MP3和MD在音質上的表現可以說是不相伯仲。MD的壓縮率為5:1而MP3則為12:1,所以目前MD的音質係比MP3好。MD與MP3的體積能夠做到如此小的原因就是因為它們採用了高壓縮比的音樂格式,而MP3機的體積比MD機的體積更小,因為除了它的音樂檔案格式壓縮比率比MD大之外,MP3機還用上了固態記憶體。故此Sony也推出了Network Walkman來應戰,就是利用MemoryStick-MagicGate (固態記憶體),再加上ATRAC3及Electronic Music Distribution(EMD)軟件組成。而CD至ATRAC3的壓縮比在132kbps時約10:1,與MP3接近。檔案的類型以 “.omg”表示。而Sony期後公佈的MDLP(MD Long Play)模式就是用ATRAC3壓縮的,它不能兼容沒有MDLP壓縮模式的MD。故此新的MDLP檔案是不能在ATRAC1的MD機重播的。

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MP3 (MPEG-1 Layer-3 Audio format)
MP3可以說是近四五年迅速掘起的音樂制式,其方便同低容量是咁多人用佢既原因,不過早期大部分都要有電腦先至可以重播MP3。大家又知唔知MP3呢個名係點黎?講起就酷爆了,我記得初初見到呢個名就以為係 “Music Play Free” tim,真係作得唔錯呢~

錯就錯o架喇,不過要認識MP3之前要首先認識一個組織叫MPEG,MPEG全名係Moving Picture Experts Group (動態圖象專家組),這個團體是研究及制定活動圖象和音頻編碼標準。利用MPEG其中一員MPEG-1來作音頻編碼,我們可以把CD上的音頻數據量壓縮為原來的12分之一,而無損聲音質量(事實上係有損的)。

MPEG-1的音頻訊號壓縮共有三種音頻編碼機制的稱為:Layer-1、Layer-2及Layer-3。從Layer-1到Layer-3當中,Layer中的數字越大,壓縮程度的複雜性和質素就不斷提高(在固定比特率的聲音質量)。首先講講Layer-1,Layer-1比Layer-2簡單,它的應用對象是每條訊道192kbps以上的場合。其中飛利浦的數位錄音帶DCC (Digital Compact Cassette)所使用的PASC (Precision Adaptive Sub-band Coding)便是由Layer-1衍生的。Layer-2的應用對象是每條訊道128kbps以上的場合。例如Eureka147的數碼廣播(Digital Broadcast Audio, DBA)。又稱為MUSICAM (Masking pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing)編解碼器。Layer-2的設計是在複雜性和性能之間取得一個平衡,它在低至192kbps的比特率時還可保持很好的聲音質量。再低的話,聲音質量就會變差。至於Layer-3的應用對象是每條訊道64kbps以下的場合,而在64kbps的質素需和CD的表現相近。Layer-3的主要應用是在手提式設備或互聯網等頻寬窄而需大量壓縮的場合。

MPEG-1音頻標準的典型數據壓縮率如下:

MPEG-1音頻標準 壓縮率 每個身歷聲信道的頻寬 編碼解碼時延*
Layer 1 1:4 384 kbps 19 ms(<50 ms)
Layer 2 1:6至1:8 256到192 kbps 35 ms (100 ms)
Layer 3 1:10至1:12 128到112 kbps 59 ms (150 ms)
*在表中的編碼解碼時延僅是大約值,只僅列作為參考之用。在真正的編碼解碼可能顯示更高的數值。高時延會影響應用的互動性,但對於單向的音樂重播而言,時延並不會影響運作。

Layer-3是MPEG-1音頻編碼家庭中最有力的成員。對於既定的聲音質量,它能提供最低的比特率,或者說,對於既定的比特率,它能獲得最好的聲音質量。MP3的基本原理是根據人耳對音頻失真的敏感程度來進行適當的壓縮,濾去人耳聽不到的訊號成分,最後編碼成為“.mp3”,所以被稱為MP3。MP3的全稱是“MPEG-1 Layer-3音頻檔”。MPEG音頻編碼的層次越高,編碼器就越複雜,壓縮率也越高。MP1的壓縮倍數最低,只有4倍。MP2為8倍。MP3可壓縮到12倍。也就是說,通過MP3格式壓縮的一張普通光碟可容納12張CD的音樂,可以連續播放數小時而不影響音質。
一般來說,在應用同一編解碼器的場合,壓縮比越高,音質越差。一些MP3機可容MP3音頻檔及WMA音頻檔的壓縮格式。雖然這些都是有損壓縮,但通過“感官編碼技術”後,MP3播放器就能以極小的重播失真來換取較高的壓縮比。所以MP3廣泛流傳於網際網路上。
MPEG-1的三個音頻層的基本結構是一樣的。它們的編碼機制主要是應用“知覺噪音成型”(perceptual noise shaping)技術及“知覺邊帶/變換編碼”(perceptual subband / transform coding)技術。簡單地說將PCM所編碼的音頻數據會通過32個邊帶的分析濾波器(filterbank)。而Layer-3則加入了一個MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)的運算去增強頻率的解析度。所有的Layer都可以使用32kHz,44.1kHz或48kHz的採樣頻率。全面地看,從Layer-1到Layer-3,編碼器的複雜性越高,總體編碼解碼延遲便增加,並且,質素也提高了。