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调核人的blog

转文—LPCM输出同BitStream输出的区别及优劣

谈到蓝光技术,不可避免的会涉及其中的次世代音频。由于蓝光碟的高容量,使得更高码率更多声道的音轨成为了可能。因此,在画质提高的同时,音质的提升也成为蓝光碟的一大特点。在现实使用中,常让玩家感到困惑也许的莫过于次时代音效在音频输出设置时究竟采用LPCM还是BitStream为佳的问题。要比较说明这一问题,首先要说说无损压缩(PCM, Pulse Code Modulation, 脉冲编码调制)和有损压缩,因为这是解释目前高清LPCM和次世代音效的基础。

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什么是LPCM
LPCM(Linear Pulse Code Modulation,线性脉冲编码调制)是一种非压缩音频数字化技术,是一种未压缩的原音重现,在普通CD、DVD及其他各种要求最高音频质量的场合中已经得到广泛的应用。
各种应用场合中的LPCM(PCM)原理是一样的,区别在于采样频率和量化精度不同。普通CD规格为16bit/44.1kHz,DVD的规格则有多种,量化精度可分为16bit、20bit、24bit,采样频率分为48kHz、96kHz。此外,LPCM信号中可录入杜比环绕声信息,供现有的杜比定向逻辑环绕声系统使用。
VOB文件有视频、声音、字幕数据流组成。视频数据流是MPEG2格式,音频数据流是AC-3或者者LPCM、MPEG2、MP2、DTS等等,AC3基本上是事实的标准,MPEG2多声道只在极少数2区碟上可以看到(比如In the line of fire,2区).PCM主要用于音乐DVD,而MP2只在廉价DVD上才有.PCM是高质量无压缩数字音频,因此需要太多的空间,并不适合用于DVD电影光碟。AC3的数据率介于192~448KBPS之间,192KBPS用于双声道,384~448KBPS用于5.1声道。
音频数字化主要有压缩与非压缩两种方式。较早出现的数字音频播放机,如CD唱机和DAT录音机,均采用线性PCM编码来存储音乐信号,为非压缩方式。在高质量要求的音频工作站和数字录像机(如DVCPRO)上,现在也采用非压缩的格式。
  我们目前常见的MPEG、Dolby Digital、DTS包括次世代的Dolby True-HD, DTS HD MA等则为压缩方式。压缩分为有损压缩和无损压缩。有损压缩的目的是提高压缩率,降低占用系统资源。可以根据实际需要选用不同的采样速率、样本分辨力(精度)和数据率。
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  非压缩编码(PCM)
 声音之所以能够数字化,是因为人耳所能听到的声音频率不是无限宽的,主要在20kHz以下。按照抽样定理,只有抽样频率大于40kHz,才能无失真地重建原始声音。如CD采用441kHz的抽样频率,其他则主要采用48kHz或96kHz。
 PCM(脉冲编码调制)是一种将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式。主要经过3个过程:抽样、量化和编码。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号,量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号,编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。
  量化分为线性量化和非线性量化。线性量化在整个量化范围内,量化间隔均相等。非线性量化采用不等的量化间隔。量化间隔数由编码的二进制位数决定。例如,CD采用16bit线性量化,则量化间隔数L=65536。位数(n)越多,精度越高,信噪比SNR=602n+176(dB)也越高。但编码的二进制位数不是无限制的,需要根据所需的数据率确定。比如:CD可以达到的数据率为2×441×16=14112Kbit/s。
  常用的编码码组有3种:自然二进制码组(NBC)、折叠二进制码组(FBC)、格雷二进制码组(RBC)。国际PCM标准主要使用FBC。

  压缩编码
  PCM虽然为无损压缩,但由典型的音频信号表示的信号特性没有达到最佳,也没有很好的适应人耳听觉系统的特定要求。PCM的数据量过高,从而造成存储和传输方面的障碍,因此必须使用相应的技术降低数字信号源的数据率,又尽可能不对节目造成损伤,这就是压缩技术。
  人耳的听觉心理有两个特性:频率掩蔽和时间掩蔽特性。人耳在安静的环境中有一个静听阈(门限),即对应于人耳能听到的频率范围能被感觉到的最低声音强度。频率掩蔽,即当一个单音单元出现时,产生一个新的听阈曲线(同听阈),在此频率附近的频段内,门限均有不同程度的提高,以中心频率为最高。时间掩蔽,即当一个强信号出现时,其前后一段时间内,业已存在的弱音可以被掩蔽不被听见。在听阈以下的音频信号不需要编码。
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以上啰里啰唆说了一堆的名词解释,可能有不少朋友已经和我一样看晕了,而且心中的困惑反而越看越不明白,恐怕大家想要了解的是到底是LPCM好还是BitStream好这么简单的问题吧。根据字面解释,LPCM是无压缩编码,而即便高规格如Dolby True-HD, DTS HD MA都是有压缩的(虽然这两个次世代格式都是无损压缩), 那么看起来似乎应该是无压缩的最好喽? 其实不然,原因何在? 其实这个问题涉及到LPCM输出和BitStream输出的解码方式的不同。

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内置解码(LPCM输出)与BitStream的区别

高清音效的解码方面主要分为“内置解码”和“Bitstream”两种,前者主要由播放器方面负责,当播放器在读取Dolby True HD或者DTS-MA Master Audio讯号后,将会透过内置的音效芯片进行解码,并还原为MLPCM(多声道LPCM)输出至功放,最后再由功放处理MLPCM音效;后者则直接将讯号以“Bitstream”方式传送至次世代功放,然后次世代功放再使用内置芯片进行解码工作,理论上在音效方面会较播放器解码效果更好,不过两者均视乎播放器与功放的规格和支援情况而使用。

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而目前要使用BitStream处理高清音效,除了影碟本身要提供有关规格外,播放器及功放本身也必须支持,另外在设定方面也要作出设定。因此,在早期由于高清播放机未能输出Dolby TrueHD和DTS-HD Master Audio的数码流讯号,大家最常听的,可能是另一种高清音效–多声道Uncompressed PCM,大部份早期面世的蓝光碟及HD DVD碟设有多声道PCM输出功能。而这时即便阁下的功放支持Dolby True-HD和DTS HD MA,同样无缘聆听这两种音效而只能以LPCM的方式聆听(最典型的就是PS3, PS3 2.30版本以后都开始“支持DTS-HD Mater Audio Lossless”,但这并不意味着PS3可以通过HDMI来BitStream输出,而必须是使用PS3内置解码后使用LPCM输出,因此这种情况下,如果阁下用PS3播放DTS-HD Mater Audio音轨时,次世代功放上显示的并非DTS-HD MA而是LPCM5.1或者LPCM7.1。 )

可见所谓LPCM输出和BitStream输出,在播放蓝光碟片时我们姑且可以简单理解为 LPCM是使用蓝光播放器内置的音效解码器进行解码,然后通过HDMI线将解码后的音频无压缩传输至功放进行功率放大及喇叭分配; 而BitStream方式则是在播放器内部不进行解码,而是传输至次世代功放中进行解码。因此,无论是LPCM还是BitStream, 其实都是要进行解码工作的,其分别就是LPCM是用播放器解而BitStream是用次世代功放解。那么究竟是用哪一种解比较好呢?这又涉及到播放器同功放的规格高低的比较了。普通来说,如果玩家是使用普通蓝光播放器接入次世代功放解码,那么也许还是使用BitStream比较好。当然如果使用的是发烧级蓝光播放器,那么效果如何恐怕是要阁下自己比较了。(简单举例,大家认为是家里DVD播放机解码AC3/DTS效果好呢还是用功放解码效果好?)

要说明的是,本文的比较仅限于相同片源采用LPCM方式还是BitStream方式输出为佳,如果要比较LPCM,Dolby True HD和DTS HD MA自身的优劣则是另一个话题了,那将涉及的是bit rate,kHz等的比较,和本文着眼点不同,在此不再赘述。

最后再说一点,正因为LPCM是解码完成后的输出而BitStream需要在功放中解码,因此如果有玩家有蓝光播放器而只有较为老旧的非次世代功放,那么可以选择LPCM输出到功放上进行播放,当然要听LPCM5.1/7.1, 还是需要阁下的“老”功放上有HDMI接口,不然就只能遗憾的听LPCM2.0或者旧的Dolby或DTS格式了。

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