DSD （直接比特流數(shù)字）

DSD是Direct Stream Digital的縮寫，表示直接比特流數(shù)字編碼，是SACD(Super Audio CD)的編碼模式。它是Sony與Philips在1996年宣布共同發(fā)展的高解析數(shù)字音響規(guī)格。

DSD（Direct Stream Digital）『直接比特流數(shù)字』，它是Sony與Philips在1996年宣布共同發(fā)展的高解析數(shù)字音響規(guī)格， DSD新技術(shù)與DVD的音響技術(shù)指針競(jìng)爭(zhēng)，用1bit比特流的方式取樣，采樣率2.8224MHz（CD 44.1kHz取樣的64倍）的高取樣方式，直接把模擬音樂訊號(hào)波形以脈沖方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字訊號(hào)，以將近四倍于CD的空間，儲(chǔ)存音樂，因此可以提供更為優(yōu)秀的聲音效果，由于取樣次數(shù)高，所以取樣過(guò)的波形很圓順，比較接近原來(lái)的模擬波形。再者由于不采用多位，省去位轉(zhuǎn)換程序，降低了因?yàn)閿?shù)字濾波而可能產(chǎn)生的失真與噪聲。還有，由于不像多位系統(tǒng)般容易（位愈高就愈容易）受到電源或外部干擾的影響，因此理論上質(zhì)量會(huì)比較穩(wěn)定。當(dāng)前的SACD player，兼容性，無(wú)論您是DSD支持者或是傳統(tǒng)CD的擁護(hù)者，都將是雙贏的局面。 SACD(Super Audio CD)是新一代數(shù)碼音響規(guī)格，以超高速取樣(2.8224MHz，為CD的64倍)聲音以0和1連續(xù)的量子化，可聽頻域的動(dòng)態(tài)范圍約為120dB，可能收錄頻域約1000kHz，結(jié)合了傳統(tǒng)模擬的溫暖及超高的分辨率，Chesky獨(dú)家呈現(xiàn)的96k/24bit技術(shù)高水平音效，絕對(duì)讓重視音響效果的您，有超值的視聽感受。 SACD多聲道的音質(zhì)包含了6個(gè)獨(dú)立的音軌，每一個(gè)音軌都可以讀到?jīng)]有經(jīng)過(guò)任何壓縮而完整的DSD規(guī)格(Full DSD Bit Rate)，也就是說(shuō)，您的每一支喇叭都可以聽到立體環(huán)繞的效果(一般的DVD由于經(jīng)過(guò)壓縮，所以僅能聽到96K/24Bit的音質(zhì))。

DSD與線性PCM的區(qū)別

PCM（Pulse-Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制）是最為常見的一種音頻編碼格式,什么wav,ape,flac,mp3等等幾乎所有常見音頻都是PCM編碼格式。

其原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),先準(zhǔn)備好一組規(guī)定電平值(對(duì)于電平這個(gè)概念,可以簡(jiǎn)單地等同理解為電壓),如-3,-2,-1,0,1,2,3等等,每個(gè)值給一個(gè)編號(hào),就像ABCD這樣,不過(guò)我們給這些電平值使用二進(jìn)制的編號(hào)(就是000 001 010 等等)。

然后從先前的那組規(guī)定電平內(nèi),采用四舍五入的辦法找出最接近采樣電平的值,然后記錄下來(lái)這個(gè)最接近值的編號(hào)，然后進(jìn)行下一次采樣..如此反復(fù),就能用一組二進(jìn)制編號(hào)(也就是數(shù)字信號(hào))把麥克風(fēng)過(guò)來(lái)的原始模擬信號(hào)給記錄下來(lái)了,記錄下來(lái)的數(shù)字信號(hào)就是PCM了。

上面的整個(gè)過(guò)程就是常說(shuō)的ADC編碼過(guò)程,錄音室里的錄音過(guò)程就是這樣了。

這整個(gè)過(guò)程中輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的差叫做量化誤差.量化誤差對(duì)于信號(hào)而言是一種噪聲,所以也被稱為量化噪聲。

PCM就是這樣,每個(gè)采樣點(diǎn)都是去度量一個(gè)絕對(duì)值,采樣點(diǎn)之間相互獨(dú)立無(wú)關(guān)聯(lián)。

對(duì)于CD中使用的16bit 44.1kHz的PCM，就是對(duì)信號(hào)每秒鐘取樣44100次，然后用一組65536（就是16bit，2的16次方）個(gè)值的規(guī)定電平去度量取樣電平，在這么高的取樣頻率和16位規(guī)定電平的精度下，記錄下來(lái)的信號(hào)和原信號(hào)已經(jīng)是非常之接近的了(至少大部分人耳分辨不出區(qū)別了)。

我們還可以通過(guò)加大取樣率和增加規(guī)定電平的精度來(lái)更好的記錄原信號(hào)，比如常見的24bit 88.2kHz，96kHz,192kHz,以及32bit 96khz。

但是PCM這種方式還是有瓶頸,量化噪聲平均分布在全部頻段上,就算繼續(xù)極大地提升精度和采樣率,也難以減少更多的噪聲了。

為了全面改善脈沖編碼調(diào)制數(shù)字音頻技術(shù)，獲得更好的聲音質(zhì)量，就需要有新的技術(shù)來(lái)替換,于是我們有了DSD。

對(duì)于16bit PCM，每記錄一個(gè)采樣點(diǎn)需要用到16bit數(shù)據(jù)，但是DSD對(duì)于每一個(gè)采樣點(diǎn)，用1bit就可以記錄，也就是說(shuō)，僅僅用表示“否”的“0”和表示“是”的“1”去記錄這一個(gè)采樣點(diǎn)的電平值。

DSD的編碼過(guò)程中,對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化的方式和PCM完全不一樣。

此處引入Δ調(diào)制概念，,不像PCM那樣用一組規(guī)定電平值去度量，而是只使用一個(gè)固定值"Δ"去度量原始信號(hào).依然是隔一段固定時(shí)間取一次樣,每次取樣得到的電平會(huì)拿來(lái)與上一次取樣的信號(hào)進(jìn)行比較,如果其插值大于Δ,則輸出"1",如果插值小于Δ或者為負(fù)數(shù),則輸出"0".于是就這樣,每個(gè)采樣點(diǎn)就能以1bit的形式被記錄下來(lái)。

Δ調(diào)制有著一個(gè)缺點(diǎn),就是隨著輸入模擬信號(hào)的頻率增高,信噪比會(huì)急劇下降.我們可以通過(guò)減小Δ的值,并且增大采樣率,來(lái)控制量化噪聲.

圖1 Δ調(diào)制器(Sigma-Delta Modulator)

圖1 Δ調(diào)制器(Sigma-Delta Modulator)

DSD的主體思想就是這樣,每一個(gè)采樣的值是上一個(gè)采樣的相對(duì)值,前后采樣點(diǎn)相互連系密不可分.這種量化方式的思想因?yàn)槠溥B續(xù)性,更加接近自然中的聲音(聲音信號(hào)就是一連串的,單獨(dú)一個(gè)點(diǎn)毫無(wú)意義)。

為了克服Δ調(diào)制的缺陷,發(fā)展出了∑-Δ調(diào)制器(Sigma-Delta Modulator)

如圖1,如果我們?cè)谛盘?hào)的輸入端再加一個(gè)差分器,信號(hào)從差分器正相輸入,然后通過(guò)一個(gè)積分器,然后到Δ調(diào)制器(A/D),把Δ調(diào)制后的結(jié)果進(jìn)行一次D/A轉(zhuǎn)換,并且延時(shí)輸入到差分器的反相端作為反饋,這就是一個(gè)完整的∑-Δ調(diào)制器了。

整體的量化方式思路還是和Δ調(diào)制類似,不過(guò)反饋回差分器反相輸入端的電平為整個(gè)信號(hào)的最大值或最小值(即Δ調(diào)制輸出1,則反饋回Vmax,輸出0,則反饋回Vmin,兩者均為固定值),就是說(shuō)積分器積分的是輸入電平與最高/低電平的差值,然后我們?cè)賹?duì)積分后結(jié)果進(jìn)行一次Δ調(diào)制(可以把原信號(hào)當(dāng)成是某函數(shù)f(x)的導(dǎo)數(shù),然后我們對(duì)f(x)來(lái)進(jìn)行Δ調(diào)制量化,這樣也許會(huì)更好理解一點(diǎn))。

這樣一來(lái),量化的對(duì)象就變成了當(dāng)前信號(hào)電平和先前所有差值和的差值,量化電平不再會(huì)受頻率影響,最大量化范圍直接取決于電平值。

反饋中加入的延時(shí)電路使得∑-Δ調(diào)制器有著噪聲整形的特征,一階的∑-Δ調(diào)制器的噪聲整形效果不明顯,但是我們可以把多階∑-Δ調(diào)制器疊加到一起,使得噪聲整形效果達(dá)到一個(gè)較高水平.這個(gè)噪聲整形的具體結(jié)果就是,量化噪聲總體量沒有變,但是不是平均分布在所有頻段上,低頻段的量化噪聲會(huì)較少,而高頻的量化噪聲會(huì)較多.也就是說(shuō),量化噪聲被"推擠"到了高頻中.在音頻應(yīng)用中,大部分量化噪聲被推擠到了遠(yuǎn)超過(guò)20kHz的高頻,也就是人耳聽不到的頻段,利用一個(gè)低通濾波就可以很簡(jiǎn)單地把這些噪聲給干掉了。

這就是DSD相對(duì)于PCM的最大優(yōu)勢(shì),極小的量化噪聲,超高的信噪比

DSD就是經(jīng)過(guò)了以上的∑-Δ調(diào)制而得到的數(shù)字信號(hào),如果把這一連串?dāng)?shù)字信號(hào)放在同一標(biāo)尺上和原始信號(hào)相比,會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)字"0"和"1"隨著信號(hào)電頻的增減程度而密度產(chǎn)生相應(yīng)變化,所以DSD也稱成為是脈沖密度調(diào)制（Pulse Density Modulation)

打個(gè)比方,PCM是對(duì)著原圖去描點(diǎn),但是這個(gè)描點(diǎn)你再怎么精確總是會(huì)有點(diǎn)小誤差,而DSD就是對(duì)著原圖畫輪廓,但是這個(gè)輪廓比PCM的描點(diǎn)更精確

雖然DSD比起PCM有著種種優(yōu)勢(shì),但是有個(gè)硬傷,錄音后期混音制作的時(shí)候無(wú)法使用DSD吶，只有PCM才能做混音處理。

所以幾乎所有的錄音室所用母帶還是PCM格式,混音完成了以后再壓縮成DSD格式,制作成SACD,這個(gè)過(guò)程實(shí)際上已經(jīng)丟掉了DSD的大半優(yōu)勢(shì)。

不經(jīng)處理的純DSD直錄音頻,真的是少之又少，多為錄音室的試音產(chǎn)品。

所以說(shuō),DSD的路,還非常漫長(zhǎng)。