真无损压缩？解析下一代娱乐音频格式

1、    真无损压缩？解析下一代娱乐音频格式蓝光与HD-DVD终于上市，也终于标志着高清视频正式进入了大众的家庭中。而伴随着画面品质大幅度提升的同时，下一代多声道环绕声格式也浮出了水面DolbyDigitalplus、DolbyTrueHD以及DTSHD。虽然在此之前也有众多的高清视频播放设备出现在我们的生活之中，但这些设备拥有一个非常明显的通病播放的内容来源只能是网上下载来自国外的高清电视节目，而没有正式的出版物。对于这种没有正式授权，来源不稳定，随时可能中断内容的情蓝光与HD-DVD终于上市，也终于标志着高清视频正式进入了大众的家庭中。而伴随着画面品质

2、大幅度提升的同时，下一代多声道环绕声格式也浮出了水面Dolby Digital plus、DolbyTrueHD以及DTS HD。虽然在此之前也有众多的高清视频播放设备出现在我们的生活之中，但这些设备拥有一个非常明显的通病播放的内容来源只能是网上下载来自国外的高清电视节目，而没有正式的出版物。对于这种没有正式授权，来源不稳定，随时可能中断内容的情况。再换个角度来看，MPEG 2 TS的压缩方式在画面以及体积上没有什么优势，同时撇开购买成本，其内置的DOLBY DIGITAL以及DTS声音编码都属于DVD时代的产品，用户在享受高清画面的同时很难在音频上获得更加出色的声音享受。从杜比以及DTS所发

3、布的资料来看，他们都在各自的技术中不约而同的提到了“无损”这两个字。随着光盘存储容量的增大，HD-DVD的最高30GB，蓝光的最高200GB，相比于视频文件所占据的庞大存储空间，音频体积的“扩容”可谓是大巫见小巫了，更何况一张所谓无损音频的CD最大容量也不过650MB， 而在第一代蓝光电影光盘中更是直接附带了5.1PCM无压缩音轨以保证声音的质量。在以上标准发布之前，一直以来在视觉上提升分辨率达到所谓的“高清”只要通过肉眼就能轻松分辨出来，而声音上的高清又将会是怎么回事呢？我们都知道决定数字压缩音频的文件音质的两大主要因素就是压缩方式以及码率，那么新一代的高清音频技术是否仅仅是提升码率这么简单

4、呢?7.1先从最早的渊源说起先来看Dolby Digital Plus的特性，Dolby Digital Plus又称为DDPLUS或者杜比数字+，在杜比的定义中，该项技术是早期DVD上应用的Dolby Digital的增强版本，对于DVD，由于Dolby Digital的高效率编码，使得D5碟片在确保画质的前提下，得以加入一条5.1声道的音轨，保证了DVD的观众能在画面以及声音上都能享受到不一样的感受。要在D5碟片中容纳下最少90分钟，5.1声道的音轨，Dolby Digital的码率便只能小于640K，通常维持在384K左右，必须要承认的是DD的编码效率非常之高，一首5分钟的2声道320K

5、码率的MP3文件通常需要占据将近10MB的空间，而384K码率的DD编码其中共包含了5.16个独立的声道，通常我们看到的D5 DVD电影往往包含了3条左右的音轨，当然从其效果上而言,384K编码的5.1声道表现只能用中规中矩来形容。而在此之后，DOLBY又公布了Dolby Digital Surround EX技术，在5.1的基础上增加了一个后中置声道，成为6.1声道，使得整体包围感尤其是当飞机飞越头顶时可获得更出色的效果，同时考虑到大部分功放系统的兼容性，该后中置声道经过矩阵编码后录制在常规的5.1系统的左/右环绕声音轨中，以保证在使用5.1系统时不会丢失任何细节，当然在声音的定位上要略差一

6、些了。7.1方面，杜比公司也拥有Dolby Pro Logic IIx技术，该技术能通过复杂的矩阵运算将2声道的音轨分离为7.1声道还原。相比于Surround EX技术专注于电影领域而言，Dolby Pro Logic IIx技术的应用范围更广，除了拥有将2声道扩展为7.1声道的能力为功放、影院耳机所应用外，该技术更多的出现在游戏领域。而杜比数字+同样是一种最高为7.1声道的环绕声技术，像EX一样，杜比数字+依然通过矩阵编码保持了良好的向下兼容性，在5.1的设备上同样可以获得不错的效果。杜比数字+最大的特色在哪里呢？在下一代的电影光盘中，杜比数字+是HD-DVD的强制标准以及蓝光电影光盘的可

7、选标准。他的特点主要集中在：7.1声道在杜比数字+技术中，杜比首次从编码到播放真正实现7.1声道，虽然Dolby Pro Logic IIx也能实现7.1声道的播放，但由于音频源文件并非7.1编码，必须依靠芯片经过复杂的音频函数运算，当然实现出的效果也无法与真正7.1编码的相比。更高的码率这点在本文开头处就曾提到过，640K的最高码率对于Dolby Digital音质的提升无疑是一个非常巨大的瓶颈。而在杜比数字+上杜比应用了更为灵活的策略，码率最高可达6MB，要知道HD-DVD最大的码率约在30MB左右，而蓝光要更高一些，在47MB左右，6MB的峰值音频码率不会有太大的问题。支持HDMI1.3

8、传输HDMI接口被称为“一线通”，早期的HDMI接口能够直接传输高清视频信号以及杜比、DTS的数字音频信号，而杜比数字+则需要1.3版本的HDMI接口来进行传输 。在1.3版本的HDMI接口中，可以支持更高的传输带宽，对于HDMI 1.3接口的特性，请参见HDMI 1.3 规范常见的九大问题详细解答一文，应该说HDMI接口的出现为家电乃至与IT产品之间的连接带来了极大的便利。除了应用在下一代碟机中外，杜比数字+也会出现在与之对应的AV接收器（俗称AV合并功放）以及数字机顶盒中，虽然真正带有环绕声的数字电视节目目前在国内还很少见到，但相信随着高清电视的逐渐普及，多声道环绕的电视节目很快会出现在我

9、们的身边，而正是由于环绕声不普及的缘故，也许中国的用户能更早的体验到杜比数字+ 7.1环绕声效果。也许杜比数字+的技术已经很让人心动了，但在下一代电影光盘中，有消息称杜比数字+仅仅被应用于预告片及花絮等非正片的领域中，属于有损压缩格式，真正主持大局的还要算是下面所要介绍的Dolby TrueHD。TrueHD到底在哪里"无损"?杜比TrueHD是杜比专为高清光盘媒体所开发的下一代无损压缩技术。按照资料上的说法，该技术所提供的绝佳音频与清晰度最高的录音棚母带毫无二致，对高清晰度图像形成完美补充，二者将确定什么才是下一代的光盘。在说杜比TrueHD之前，我们必须提一下杜比实验室

10、的另一项专利MLPLossless（原来由Meridian开发）。可能熟悉下一代唱盘DVD-AUDIO的人对这一技术并不陌生，可以说MLP是一个真正的“无损”编码系统，可对PCM数据进行完美地复制，不同于“有损”的感性编码的杜比数字技术。MLP Lossless有效地将磁盘空间扩充了一倍，而没有影响高解析度的PCM音质，从而使DVD-Audio 光盘可以同时携带同一节目的立体声和多声道版本。杜比TrueHD对MLP无损技术的经过实践检验的功能进行了拓展，从而能够提供更具灵活性的声道配置、更高的码率与更强的元数据功能以支持下一代的节目传输格式。其主要有以下几大特点：多达13.1的声道Dolby

11、TrueHD理论上可以支持多达13.1的声道，但在实际应用蓝光以及HD-DVD支持共八个分离式24-bit/96 kHz全频带声道（目前蓝光及HD-DVD将声道限制在8个，而相同规格的DVD-AUDIO是6个），目前杜比TrueHD还具备很大的升级空间。最高码率达到18MB对于HD-DVD 30MB以及蓝光47MB码率的限制而言，Dolby TrueHD 18MB的码率确实是在允许的范围之内，然而一旦达到这样的峰值，又能留多少给图像呢？有消息说未来HD-DVD 以及蓝光的音频光盘会使用到这一技术，究竟SONY是否会放弃现有的SACD全面投向蓝光或是维持现状，我们拭目以待。需要HDMI 1.3支

12、持这点等同于杜比数字+，同时也向下兼容。具有支持对白归一化与动态范围控制的元数据功能专为数字电视设计，当切换到另外一台时，会保持前一节目观看时的音量。HD DVD的强制性音频标准，以及蓝光光盘的可选音频标准这点等同于杜比数字+。Dolby TrueHD 码率应用举例码率举例源码率尖峰码率平均码率压缩比电影音效，6声道16-bit/48kHz4.61 Mbps3 Mbps1.4 Mbps3:4电影音效，6声道 24-bit/48 kHz6.9 Mbps5 Mbps3.4 Mbps2:0电影音效，6声道 16-bit/48 kHz6.14 Mbps3.8 Mbps1.9 Mbps3:1电影音效，6

13、声道 24-bit/48 kHz9.2 Mbps6.6 Mbps4.7 Mbps2:0事实上，杜比数字+和杜比TrueHD都有可能出现在下一代视频光盘的正片中，两者并没有花絮以及正片之分，杜比推出这两大技术的目的在于给于影片制作者在音频的质量上以更多的选择。同样是无损压缩技术，另一大音频技术DTS HD将会是什么样的一个局面呢？ DTS HD又有哪些不同之处呢?根据DTS的代表绍，DTS HD同样以7.1声道为起点，支持1.5 Mbps以上的高位元比率、取样频率从8-192kHz（16/24 bit），现在普通DVD影碟所采用的768kbps等压缩技术相比，DTS HD的声音质量将大

14、幅提升。DTS HD的数据流量可以根据要求的声音品质而进行灵活的转换，通过独家的无损压缩技术，DTS压缩的比更小，细节更丰富，提供更高品质的声音记录，最大32声道的环绕输出！DTS HD更优胜的是能向下兼容，DTS使用的是核心“加”技术，也就是说，不论其技术更新到什么程度，都可以实现完美的向后兼容。以DTS HD编码的影碟除了能通过对应DTS HD的AV扩音机解码输出外，也能通过普通具有DTS功能的AV扩音机解码，只是部分新加的功能缺失而已，使DTS HD技术更加具有兼容性。不过DTS HD与Dolby前面所介绍的两大技术一样仅能够通过HDMI 1.3接口传输。由于我们获得关于DTS HD的音

15、频资料还不够全面，可能在介绍这一部分内容时不够具体，欢迎广大读者与我们交流。而对于环绕声技术不够了解的读者，我们特意安排了关于杜比数字+以及杜比TrueHD技术的问答，希望能加深下一代多声道音频格式在读者心目中的印象。杜比数字+常见问题问答1 什么是杜比数字+？杜比数字+是新的数字音频编码技术，它是对业已成为行业标准的杜比数字技术的拓展。 除了增加新的编码方式与扩展比特流结构外，杜比数字+还为低比特率编码带来了更高的效率，同时也提供了更多的声道与更高的比特率选项。 这就赋予了杜比数字+必要的功能与灵活性来支持更多现有的和即将出现的市场应用，比如卫星电视与有线电视、下一代的数字电视、通过互联网传

16、输的用于互动节目的音频以及高清影碟格式。杜比数字+通过一个反应时间短、复杂程度不高的格式转换过程能将杜比数字增强数据转换成标准的640kbps的杜比数字比特流，从而使其能向下兼容一切采用杜比数字技术的影音系统。2开发杜比数字+的设计哲学是什么？杜比数字+的关键优点是什么？设计杜比数字+的目的是改善单声道、立体声与多声道音频数据的传输效率，这些音频数据可能为光盘格式，也可能用在对带宽要求比较高的一些应用中，比如IP流媒体、有线电视、直播卫星电视（DBS）与地面广播。杜比数字+还有一个特点就是高比特率扩展与新比特流结构的相结合，从而实现分离式7.1声道，在单个比特流中传输多个互相独立的节目。 设计

17、杜比数字+的目的是支持新的应用方式，预先满足下一代节目传输的要求。杜比数字+保留了DVD生产商与广播商所采用的相同的元数据功能，保证在一切聆听环境中都能有相同的音质体验。 新的扩展支持一些先进的应用方式比如在节目制作者的控制下进行杜比数字增强比特流的混录。3预计杜比数字+首先会通过哪种产品发布？预计杜比数字+首先会在数字机顶盒（STBs）与高清DVD-Video影碟机中采用。4我需要与杜比签订一份新的认证协议才可以成为杜比数字+的特许使用厂商吗？是的。与一切新的杜比硬件技术一样，必须签订新的认证协议才可以开发整合杜比数字+的硬件产品。5杜比数字+可以处理流媒体与节目混录吗？是的。这是杜比数字+

18、出类拔萃的一个地方。杜比数字+的低比特率功能很适合以IP流媒体的形式传输高品质的5.1声道音频。此外，杜比数字+的规格参数也包含元数据，从而支持在节目制作者的控制下进行杜比数字增强码流的混录。该技术在先进的广播服务中的应用方式包括为有视觉障碍的人提供解说声轨或有声描述服务。在压缩媒体中的应用包括以流媒体形式传输节目花絮，比如导演的评论，并且将此流媒体节目与光盘上播放的电影声轨混录在一起。6. 将来的机顶盒一定会包含从杜比数字增强到杜比数字的转换功能吗？所有整合了杜比数字+并且带有S/PDIF输出的机顶盒将包含内置的转换器，这是杜比数字增强解码器应用在声源产品的强制性要求。 这样可以保证将来的机

19、顶盒能够兼容全部现有的整合杜比数字技术的家庭娱乐系统。7. 为什么选择640 kbps作为转换率？杜比数字技术所支持的最高数据传输速率是640kbps。 这就保证转换过程不会对音质造成影响。8. 所有的家庭影院接收机都支持640kbps的数据传输速率吗？一切配备杜比数字技术的A/V接收机都处理比特率为640 kbps的杜比数字编码信号。9. 杜比数字+所能实现的最大比特率是多少?实际上杜比数字+所支持的比特率达6 Mbps以上。 HD DVD的最大比特率是3Mbps而蓝光光盘的最大比特率为4.7Mbps。10. 杜比数字+最多支持多少个声道?对于HD DVD和蓝光光盘来讲，杜比数字+最多支持7

20、.1个声道。11. 为了传输7.1声道以上的杜比数字增强信号，我的DVD播放机上需要哪种类型的接口？ 有特定的连接标准吗？要想支持所有杜比数字+编码节目的传输，就需要新的高带宽数字接口。 有一种新的媒体接口支持杜比数字增强节目，那就是HDMI  v.1.3。解码成PCM的杜比数字增强信号也可以通过HDMI v.1.1接口传输。 杜比也在根据要求开发支持其它接口的协议。12. 杜比数字+是否支持元数据功能比如对白归一化与动态范围控制？一切杜比数字元数据功能都将包括在杜比数字+中。 元数据是杜比数字与杜比数字增强两种技术之设计理念的基本要素。 此外，在杜比数字+标准中也规定先进

21、的元数据必须支持一些新的应用方式，比如混录。13. 杜比数字+能支持杜比数字环绕EX编码吗?是的。 杜比数字增强5.1音流完全支持杜比数字环绕EX声轨中经过矩阵编码的后环绕声道。 与杜比数字技术一样，杜比数字+也支持通过元数据自动对环绕EX数据进行解码。14. 杜比数字增强能给广播界带来哪些优势? 他们能用这种技术做什么事情?主要的好处是能为下一代广播提供高品质的立体声与多声道节目，与视频编码效率的大幅提升相得益彰，同时保留对整合了杜比数字刻录技术的A/V接收机的兼容。15. 除了地面广播以外，杜比数字增强还能应用在什么地方?杜比数字+对于任何需要以低比特率传输高品质5.1音频的应用来讲都很理

22、想，而现有杜比数字格式的音频达不到这种要求，同时这种+还能兼容现在正在使用中的数百万台家庭影院解码器。 杜比数字+的其它优点包括灵活的元数据，能保证所有消费者都能享受到同样的聆听体验，同时还为将来的新应用预备了混录音频节目的功能，比如为有听觉和视觉障碍的人提供解说声轨或有声描述服务，同时还能支持5.1声道以上的节目。16杜比数字+在编码方面有哪些新的特点？瞬态噪声抑制处理（TPNP）TPNP提高了以低比特率编码的瞬态信号的主观听音效果，使得音频流中的打击乐得到更精确的再现。更佳的声道间耦合声道间耦合能够更有效地对常见的多声道高频信号进行编码。该技术能降低耦合频率，提高编码效率，同时提高经过矩阵

23、编码器（如杜比定向逻辑II）处理的双声道杜比数字增强声源的音质。自适应混合整流处理这种类型的处理增加了第二类整流过滤器来改善类似音调的信号在低比特率时的编码效率。这就可以分配更多的数据对编码难度更大的信号如瞬态信号与高频信号进行编码，从而改善整体的音频清晰度。17. 杜比数字+的关键优点是什么？杜比数字+能提高低比特率下的编码效率，同时可以有更多的声道选择与更高的比特率，从而具有这种能力与灵活性来支持更广范围的当前和将来的市场应用。18. 杜比数字+为下一代的光学介质能带来什么好处?杜比数字+在下一代光学介质中会采用更广的比特率范围，从而能够有更多的声道选择与更高品质的音频，与下一代光学介质的

24、高清图像相得益彰。 此外，杜比数字增强对于低比特率的拓展也很适合于从网站上向播放装置通过流媒体形式传输音频节目。 杜比TrueHD技术问答11. 什么是杜比TrueHD技术？杜比TrueHD是下一代的音频编码技术，它可以提供纯净、无损的多声道音频。 在杜比TrueHD中拓展了元数据支持的范围，使内容制作商可以对音频播放过程进行更高级的控制，保证各种聆听环境都能有非凡的音效。设计杜比TrueHD技术时特意考虑了下一代的高清媒体需求，它能提供更高的码率、更多的声道与无与伦比的灵活性，使节目提供商可以把高清晰度的母带品质的多声道音轨直接传输给消费者的播放系统。2. 哪些软件可以使用杜比Tr

25、ueHD技术？采用新的传输格式、至少支持2 Mbps的音频传输码率的软件都可以使用杜比TrueHD技术。 杜比TrueHD技术首先应用在蓝光光盘与HD DVD中，因为它们支持高达18 Mbps音频传输码率。3. 在软件中采用杜比TrueHD技术有什么好处（价值）？如果应用在软件中，杜比TrueHD技术可以提供质朴的录音棚母带品质的声音，与原始录制的音效毫无二致。4. 在高清光盘播放产品中采用杜比TrueHD技术有什么好处（价值）？设计下一代高清光盘播放器时可以让其参与家庭影院系统的音频处理。 象互动性与混音这样的特色功能要求在播放器中而不是在A/V接收机中对音频内容进行解码。 如果要保证听者能

26、听到各种娱乐节目的完美音质，唯一的办法就是在播放器加入杜比TrueHD多声道解码器。5. 杜比TrueHD技术在下一代的光学介质中处于什么地位?杜比TrueHD是HD DVD的强制性音频编解码标准就是说所有的播放器都必须支持的，并且是蓝光光盘的可选音频编解码标准。6. 什么是无损音频格式？无损音频格式所提供的音频具有与录音棚母带完全相同的音效。7. 无损音频格式与有损音频格式有何不同？与感知或有损数据压缩不同的是，无损编码的音频信号在最终解码之后不会发生任何改变，它只是以更有效的方式将音频数据“压缩”成较低的码率，便于存储或传输。无损的版本听起来总是与原始的声音一样。 有损的版本可能听起来象原

27、始的声音，但是不能保证。 有损音频格式所感知到的音质取决于许多因素，包括音源素材的性质、编解码器的压缩效率、所选择的传输码率、播放硬件的质量以及聆听环境。8. 杜比TrueHD是无损的格式吗？是的。 杜比TrueHD总是能提供完全无损的音频信号。9. 杜比TrueHD的每一种应用都是无损的吗？是的。10. 如果节目内容是用杜比TrueHD技术编码的，我将听到什么？你将听到原始的音源内容，与原始录制的内容相同。11. 杜比TrueHD与其它无损格式有何不同？所有的无损音频格式都必须保证所传输的音频总是与原始母带完全相同。 杜比TrueHD与MLP无损压缩（MLP Lossless）的核心技术是D

28、VD-Audio音频技术的先驱。 因此，MLP无损技术比任何其它的无损音频格式的使用时间更长、使用范围更广，已经在消费者和业内专家中声誉卓著。不仅仅如此。 实际上杜比TrueHD解码器电路在解码时会验证输出的音频是否无损。 杜比TrueHD也提供独特的立体声播放支持，通过可编程的缩混方式或者完全分离的立体声混录，保证环绕内容制作商可以实现完全如自己所愿的伴随立体声混录，而无需采取折衷方案。12. 杜比TrueHD与MLP无损压缩有何不同？杜比TrueHD对MLP无损技术的经过实践检验的功能进行了拓展，从而能够提供更具灵活性的声道配置、更高的码率与更强的元数据功能以支持下一代的节目传输格式。13

29、. 多声道杜比TrueHD的取样率与字节长度如何？针对下一代高清媒体而开发的杜比TrueHD技术的取样率在48到192kHz之间，字节长度为16到24位。14. 杜比TrueHD的主扬声器与环绕扬声器的取样率及字节长度与MLP无损技术一样可以变化吗？杜比TrueHD节目的取样率与字节长度对于所有的声道都是一样的。15. 传输5.1或7.1声道杜比TrueHD无损音轨对于码率有什么要求？码率举例源码率尖峰码率平均码率压缩比电影音效，6声道 16-bit/48 kHz4.61 Mbps3 Mbps1.4 Mbps3:4电影音效，6声道 24-bit/48 kHz6.9 Mbps5 Mbps3.4

30、Mbps2:0电影音效，6声道 16-bit/48 kHz6.14 Mbps3.8 Mbps1.9 Mbps3:1电影音效，6声道 24-bit/48 kHz9.2 Mbps6.6 Mbps4.7 Mbps2:0传输杜比TrueHD无损音轨所需的码率取决于音源、位长与取样率。 上表中举出了一些采自真实世界节目内容的码率例子。16. 杜比TrueHD可以操作的最大码率是多少？为下一代高清晰度媒体而开发的杜比TrueHD可以操作的最大码率达18 Mbps。 采用杜比TrueHD技术的一切新的播放器都支持这一最大码率。17. 杜比TrueHD所能支持的最大声道数是多少？为下一代高清晰度媒体而开发的杜比TrueHD技术支持多达8个声道，并且提供可扩展性，在将来能够容纳更多的声道，同时保留与一切杜比TrueHD解码器的兼容性。18. 配备杜比TrueHD技术的一切新的播放器都支持杜比TrueHD的最大声道数目吗？杜比TrueHD的音频流是结构化的，一个播放器只需