音频基础技术的演变

小旭 · 发表于 2016-7-27 08:29:28

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音频技术是声音信号的拾音（声电转换）、传输（广播、因特网）、存储（录音）、重放（电声转换）的技术。它涉及的行业：广播、唱片、电影、扩声（厅堂，体育场、馆，会议系统）、消费电子家用音频放声设备等等。
1.1声场方式：单声、立体声、和多声道环绕声；虚拟环绕声。这是对人耳听觉声音定位原理的逐年研究成果并应用声音重放技术而展开的。
单声：一个声道的放声系统和相应的录音技术，它没有空间声象感觉，是最原始的放声系统。
双声道立体声：从节目源、功放到扬声器，都是独立的两个声道的放声系统，声象位于两只扬声器之间。盒式磁带、CD唱片、调频立体声广播、电视立体声广播（中国PAL-D，NICAM丽音），VCD和早期LD的FM两声迹音频输出，都是双声道立体声的，这是目前最基本的音频录音和放声方式。
环绕声：环绕声开始于80年代，由Dolby（杜比）公司电影声的4-2-4矩阵编码系统开始的，1992年又引人了5.1声道的数字音频压缩编码AC-3,后称DolbyDigital,还有DTS（DigitalTheaterSystem）MPEG-2(活动图象专家组)等其他格式，环绕声指的是声象在听者360平面内定位(平面环绕声)相应的录音、传输通道和扬声器配置。
虚拟环绕声VSS（VirtualSurroundSound）是在双声道立体声节目重放时，加入人头传递函数(HRTF)或其他处理以得到环绕声的效果的技术。
前三项同录音有关，虚拟环绕声只同放音系统有关，而且这并存，应用于不同需求的场合。对人耳听觉声音定位原理的心理声学和生理声学的研究还在继续，它的应用领域也不断扩展，不同领域需要各自的技术支持。譬如录音设备也各自不同，引入不同的产品链。
1.2信号的量化格式：模拟、不压缩数字和数字压缩编码三代技术，和相应的产品。
不压缩数字一般指PCM(pulsecodemodulation)编码，目前其采样频率由32KHz44.1KHz48KHz扩展到96KHz192KHz；采样精度从12bit扩展到16bit24bit；提高采样频率和精度是扩展频率范围到96kHz，动态到114dB DSD(DirectStreamDigital)是近年应用的1比特，采样频率2.8224MHz的7次Δ∑编码,频率范围到100kHz,动态120dB。
数字压缩编码，一般指有损压缩制式：DolbyDigital;DTS和MPEG_1,2,4,7;等；他们都各自有知识产权。现在市场上的MP3是MPEG1的第3层次的算法，他们是建立在听觉心理原理上的算法，对节目有损伤，但减少到不可觉察的程度，其结果是达到的压缩比（如10：1~12：1）。减少数据量，降低传输的码率。
无损压缩MLP(MeridianLosslessPackingCompressionTechnology)只在有限范围内使用如DVD-Audio单面4.7G放65分钟192KHz/24bit立体声信号，经MLP能放74-80分钟96KHz/24bit多声道信号。这3类技术同时并存，尤其数字压缩编码有几十种算法，有各自的知识产权，体现在各自的终端产品上，技术的先进只是市场成功的一方面，其适用性和节目软件的支持和商业运作是成功的更重要方面，行政干预、官方支持等非市场因素造成“伪市场”环境，在音响行业作用更小。
1.3存储介质：胶木唱片，磁带，光盘，可录光盘，磁光盘（MO：MagnetoOptical），硬盘、半导体存储器（索尼的记忆棒，松下SD，MMC，闪存Flash等）等
胶木唱片是用刻纹实现振动-电-声转换的技术。
磁带，目前开带、盒带是模拟信号，DAT（DigitalAudioTape）是数字PCM信号、DCC（DigitalCompactCassette）是数字压缩编码信号,它是在1991年1月在冬季CES上公布，1992年9月投放市场，它使用的是PASC（PrecisionAdaptiveSubbandCoding:精密自适应子带编码）压缩编码。
光盘：CD-DA（CompactDisc-DigitalAudio）光盘，波长780nm红外激光/650MB容量，DVD光盘650nm波长的红激光/单面4.7GB(DVD-5)；单面2层8.5GB(DVD-9)；双面盘9.4GB(DVD-10)；2层双面盘17GB(DVD-17)。蓝紫色激光光盘波长405nm，是光盘的下一代产品，目前有2种格式正在形成之中，①以松下、索尼、飞利浦等10家联合开发的Blu-ray蓝光盘（BD）其单面单层容量可达25GB，双层可达50GB,它记录高清的视音频信号，索尼和松下的产品已经在2004年上市，一开始就以可记录方式出现，避免片源不足和格式困扰，而只读的和一次性写入的产品规格正在制定中。②以东芝，NEC为主的HD-DVD格式，其物理格式已经推出，而只读的、一次写入和多次写入的视音频格式正在开发制定中。另外，DVD(RHD)：红光高清DVD，也是DVD产品延续，如台湾工研院2004年4月5日推出的FVD(ForwardVersatileDisc)，它使用650nm的红激光，1280*720的图象质量，容量单面单层5.4~6GB。它使用微软WMV-9(WindowMediaVideo-9)视频压缩技术。
可录光盘：只可刻录1次的CD-R,DVD-R；反复可擦录的DVD-RAM；DVD-RW；DVD+RW；DVD+R。
磁光盘其主要产品索尼的MD（MiniDisc）。1991年发布，容量177MB/80分钟（MD-DATE:140MB），磁光盘上有经过磁极化的的信号槽，它由两个不同的磁极化方向对应0，1信号，MD机由激光器、光学拾音器和录音磁头组成的系统、实现数据的读写。在读盘时，激光束在磁极化的表面上的反射光，会因极化方向的不同产生不同方向的偏振光，按偏光轴的左旋和右旋由渥拉斯顿棱镜和检出镜分别分配给二个不同的放大器检出0、1信号。在录音时，由激光消磁，录音磁头对磁光盘的表面进行不同方向的极化.
2004年发布Hi-MD，容量到1GB，用ATRAC3plus压缩编码，48kbps码率时可有45小时信号。在下面随身听产品中会再提到。
硬盘，移动硬盘实现可脱卸存储。
半导体存储器，目前信息位的存储价格还较高。
磁存储、光存储、磁光盘和半导体存储器的竞争，在成本、容量、数据传输速率、使用方便等方面。在音频领域CD一直是重要的节目源，DVD-Audio未来会有所发展，而作为可录音的专业领域使用DAT,消费类MD会有一定空间。而在闪存上的MP3，目前主要在随身听市场。 1.4音、视频融合 VCR(VHS录象带的盒式录音机)或其他制式录像带，LD激光视盘（LaserDisc）八十年代,后来的VCD,DVD数字视频光盘（DigitalVideoDisc）,当前市场的新热点是可录DVD(DVD-Recorder)，根据中国电子音响工业协会光盘产业推进委员会（DICC）预测：中国DVD-Recorder市场预测：
年份2004200520062007
年平均价格3000元/台2000元/台1200元/台900元/台
销量2万台100万台300万台600万台
2003年世界DVD-Recorder,每台500美元，销售389万台，EIAJ预测2005年每台平均售价200美元，销售量会突破2500万台。

小旭 · 发表于 2016-7-27 08:36:14

　　可录DVD(DVD-Recorder)目前有三种格式DVD-RAM;DVD-RW;DVD+RW.，一开始互不兼容，互相兼容和全兼容的播放机将会出现。

　　DVD-RAM是松下为主，DVD-RW是以先锋为主，DVD+RW是以飞利浦为主的技术，在欧洲60%使用DVD+RW,美国三分天下，中国期望2005年会起动市场.可录DVD(DVD-Recorder)和DVD一样受技术的制约，现在，中国已是DVD播放机制造出口大国，出口一台DVD的均价是40美元左右，而成本中专利费占有26美元。1.5数字声广播数字音频广播（DAB）是采用MPEG1信源编码，COFDM信道传输的数字声音广播，并已实现数据和多媒体业务的数字多媒体广播（DMB）。一些欧美国家数字广播已经实现了全国90%以上的覆盖。我国台湾地区也已经开始了的数字音频广播。目前全球约有450个DAB频道在广播，随着DAB的应用增加，其接收机每台售价已降至1000元人民币。我国广东96年在珠江三角洲地区已经开始了DAB试播，99年10月又成功地进行DMB的试验。在广东和京津地区已经有两个试验网并且试验，目前已经扩展到多媒体广播阶段。

　　数字调幅（DRM）广播技术，DRM信源编码有三种方式。①MPEG-4AAC（AdvancedAudioCoding：高级音频编码），可以在短波频段内传送20kbps单声道AAC音频节目②MPEGCELP（CodeExcitedLinearPrediction刺激线性预测编码）语音编码技术，可以在如8kbps非常低的码率下完成可接收质量的语音的广播③MPEGHVXC（HarmonicVectorExcitationCoding：谐波矢量刺激编码）可以达到2kbps和4kbps的更低码率。并结合频带复制SBR技术，在压缩编码前进行频带复制编码（SpectralBandReplication），将高频滤除，只将被滤除高频的某些信息编码传送，在解码端根据低频段的频谱信息和对高频段声音信号特征的描述来重建高频段的声音信号。因此，经过6kHz音频带宽的音频编码，加上SBR技术扩展到15.0kHz。DRM制式在2002年3月经IEC通过，DRM系统规范正式生效。2002年DRM样机开始先导广播。2003年6月16日在日内瓦WARC-03大会期间举行了开播典礼，有15个广播发射台参加。现在世界上已有10多个国家和广播组织开始DRM方式广播。广电总局于2002年起已进行了多次DRM系统实地接收试验，并计划于2004年四季度在北京地区的短波发射台，开通一条数字系统传输链路，进行发送和接收的系统测试试验。我国广播电视总局已经开始了数字中短波研究和试验，正在制定数字中短波过渡方案，这将涉及5亿台收音机的更新换代，有着巨大的市场潜力。

　　广播的数字化是发展的必然趋势，数字调幅广播（DRM）和数字音频广播(DAB)，作为21世纪声音广播技术的主体。预计到2010年左右，能形成相当规模数字音频广播产业，从而出现多种广播形式共存、互补与竞争的局面。十一五期间，会有一些国家开始数字调幅DRM广播，在我国大中城市将开展DRM系统试播。21世纪第二个10年内会得到大的发展，当然，在很大程度上也取决于广播业向听众提供丰富多彩的音频节目和数据业务。21世纪20年代末期，传统的模拟广播将逐步退役，实现全数字化广播。

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