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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(xiàn)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(fā)燒友，如果你對音源要求很苛刻，如果你不想你家?guī)浊г�、乃至上萬元的發(fā)燒音響無法發(fā)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(shù)字音響的發(fā)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(shù)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(jù)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(xué)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(biāo)在數(shù)字音響領(lǐng)域中大放異彩，很快成為了Hi-Fi 領(lǐng)域的主要音源。不過隨著數(shù)字音響的發(fā)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(zhì)的第一要素，44kHz的采樣頻率能夠完整再現(xiàn)一個20kHz的正弦波，卻難以重現(xiàn)一個20kHz的非正弦信號。這是由于非正弦信號是由1個基準(zhǔn)波加上2次、3次……n（n=8） 次諧波疊加面而成，雖然基準(zhǔn)波能夠重現(xiàn)，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(zhuǎn)換后可能造成諧波的波形畸變或丟失，從而導(dǎo)致最后還原出來的波形產(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)的動態(tài)范圍卻僅有98dB。何況，在實際轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)丟失，使得CD的動態(tài)范圍難以突破98dB，這對于表現(xiàn)古典打擊樂顯然不夠。
這便是數(shù)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(zhì)自然會更加逼真，細(xì)節(jié)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(zhì)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(shù)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(xiàn)在能見到的標(biāo)有24bit或32bit的CD盤片，實際上仍然為16bit的數(shù)據(jù)流。然而，HDCD的出現(xiàn)不僅改變了音頻采樣量化的精度問題，還打破了傳統(tǒng)CD容量的限制。
二、了解HDCD
為改善現(xiàn)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(shù)。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(tài)范圍和極高的信噪比，能克服音頻數(shù)碼化后出現(xiàn)的平面和干澀感，使音質(zhì)更加悅耳、層次更加分明、細(xì)節(jié)更加豐富。
1、初識HDCD
現(xiàn)在標(biāo)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?wù)摫I版CD是否為真正的HDCD編碼，單就HDCD技術(shù)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(xì)節(jié)，而且HDCD的制作成本并不高，它的物理存儲介質(zhì)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(dāng)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(biāo)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(shù)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(chǎn)商——美國PMI公司生產(chǎn)，是一個28腳DIP封裝的大規(guī)模集成電路，它具備HDCD解碼和數(shù)字濾波功能。
當(dāng)它接收到的音頻數(shù)據(jù)為HDCD編碼方式時，會自動切換到HDCD解碼格式下工作；當(dāng)非HDCD音頻信號輸入時，則只做常規(guī)超取樣數(shù)字濾波處理。由于采用HDCD技術(shù)需要支付相當(dāng)?shù)陌鏅?quán)費，且解碼芯片又騍獨家生產(chǎn)，因此市面上采用該芯片的播放設(shè)備并不十分流行，尤其是在國內(nèi)。不過支持該技術(shù)的產(chǎn)品種類倒是非常齊全，從CD播放機、D/A轉(zhuǎn)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(yīng)有盡有。
2、HDCD的編碼過程
如果把數(shù)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(shù)據(jù)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(xiàn)才彌補了這一缺陷，不過現(xiàn)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(jīng)放滿足數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)中。
高頻A/D采樣轉(zhuǎn)換
首先HDCD的A/D轉(zhuǎn)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(shù)進行24bit量化。這樣采樣的結(jié)果不僅能提供高達120dB的動態(tài)響應(yīng)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(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)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“l(fā)ook 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(xì)微描述的音頻細(xì)節(jié)部分，加以編碼后最終轉(zhuǎn)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(chǎn)生“Hidden CDode”，這是與普通CD最大的區(qū)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(zhǔn)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(shè)置一相關(guān)的隱含控制碼，并將其插入主音頻流的最后數(shù)據(jù)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(zhǔn)確捕捉該隱含控制碼，并用它來控制數(shù)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(jīng)D/A轉(zhuǎn)換可獲得大動態(tài)、細(xì)節(jié)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(guī)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(shù)本身在編碼方面的優(yōu)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流使其膨脹，恢復(fù)在編碼過程中對數(shù)據(jù)信息的壓縮。由于隱含控制碼的存在，PDM100可準(zhǔn)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(tài)響應(yīng)范圍，這便是HDCD的優(yōu)勢所在，也是它名稱的由來。
如果要簡單地概括HDCD的優(yōu)勢，那便是高頻采樣、高精度量化、先進的數(shù)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(zhì)上的優(yōu)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(jiān)聽系統(tǒng)采用HDCD作為音源的主要原因。細(xì)心的讀者可能會發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)換，然后再由先進的數(shù)字處理器轉(zhuǎn)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(tǒng)CD更佳的音質(zhì)。
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(jīng)簡單地描述過它的作用，除了HDCD解碼外，它還有數(shù)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(dāng)然就是最理想的搭配了，正所謂“如魚得水”，HDCD能展現(xiàn)前面我們所提及的一切優(yōu)勢，實現(xiàn)“真”20bit數(shù)字信號輸出，為你展現(xiàn)更寬的頻響范圍和更佳的音頻細(xì)節(jié)，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(lián)系在一起來講一講。就像DVD才出現(xiàn)時一樣，市面上只有DVD影碟機，而且當(dāng)時AAC-3/DTS解碼全靠硬件完成，而當(dāng)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(xiàn)在的全軟件解碼。同理，HDCD作為一種解碼呢？筆者認(rèn)為是完全可能的，盡管現(xiàn)在還沒有這樣的解碼軟件出現(xiàn)。
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(dāng)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(quán)，以及目前多媒體聲卡的性能上。
由于現(xiàn)階段的主流聲卡不支持20bit的D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為模擬信號，畢竟D/A轉(zhuǎn)換不能用軟件實現(xiàn)。此外，普通聲卡在動態(tài)響應(yīng)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(chǎn)進行DTS解碼一樣，每個聲道的音源為96kHz、24bit數(shù)字信號，受限于聲卡品質(zhì)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(yè)級的聲卡上才能完全再現(xiàn)其音質(zhì)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(lián)想到“音頻也有瓶頸”的問題。
出于施展幅的關(guān)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(xiàn)，你家的音響或多媒體音頻系統(tǒng)存在瓶頸碼？
五、HDCD的未來
HDCD采用了先進的壓縮技術(shù)使一張普通CD可以存儲比標(biāo)準(zhǔn)CD的44kHz、16bit更多的音頻數(shù)據(jù)，以此來錄求音質(zhì)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(jīng)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(fā)燒友，還可考慮買個HDCD播放器來配合著感受一下。
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文章來源：音響網(wǎng)
