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淺談AC-3與MPEG-2兩種多通道數(shù)字音頻的選擇與比較
淺談AC-3與MPEG-2兩種多通道數(shù)字音頻的選擇與比較
2004年度河南省廣播電視優(yōu)秀科技論文二等獎(jiǎng)摘要：
在全世界范圍內(nèi)，電視節(jié)目傳送系統(tǒng)由模擬向數(shù)字過(guò)渡的過(guò)程中，使用哪一種音頻編碼技術(shù)，一直是各國(guó)專家不斷提出的問(wèn)題，而抉擇的焦點(diǎn)是世界上的兩種主要的音頻編碼系統(tǒng)， MPEG-2 音頻編解碼系統(tǒng)和 AC-3 音頻編解碼系統(tǒng)。
一、杜比數(shù)字（ Dolby Digital AC-3)
自從 1992 年第一部杜比數(shù)字編碼的電影《蝙蝠俠歸來(lái)》問(wèn)世以來(lái)，杜比數(shù)字技術(shù)已經(jīng)成為目前最流行的音頻技術(shù)之一。目前已經(jīng)有數(shù)以千計(jì)采用杜比數(shù)字編碼的電影面世。 杜比分別在 20 世紀(jì) 60 年代和 70 年代以杜比 A 型降噪（專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域）和 B 型降噪（消費(fèi)類應(yīng)用領(lǐng)域）在磁帶錄音技術(shù)掀起了一次革命。在 70 年代后期，杜比立體聲模擬音響系統(tǒng)引領(lǐng)了電影音頻的革命。杜比立體聲把 4 聲道音響帶到了電影院，其中在前方有 3 個(gè)聲道（音樂(lè)和各種背景聲音分別在左右聲道，對(duì)話在中置聲道），還有一個(gè)渲染效果和氣氛的環(huán)繞聲道。然后在 20 世紀(jì) 80 年代，通過(guò)運(yùn)用杜比的 SR 頻譜錄音，磁帶錄音和電影音頻工業(yè)都取得了卓越的進(jìn)步。在 80 年代末 90 年代初出現(xiàn)的杜比環(huán)繞以及后來(lái)的杜比定向邏輯家庭影院系統(tǒng)（基本上把杜比立體聲技術(shù)運(yùn)用到家庭娛樂(lè)的錄像帶和激光唱片上）使家庭娛樂(lè)業(yè)引領(lǐng)了重大的變革。這使得觀眾可以在自己家中配置同劇院一樣的 4 聲道設(shè)備。
1 、杜比數(shù)碼環(huán)繞聲系統(tǒng)
今天的杜比數(shù)字系統(tǒng)更是躍上了一個(gè)更高的臺(tái)階，它可以產(chǎn)生 6 聲道的非常清晰的數(shù)字環(huán)繞聲。在你前方的左，中，右聲道提供精確，清楚的對(duì)話定位。分列在你兩側(cè)和身后的左右環(huán)繞聲道使您深深地沉浸在電影的氣氛中。并且，低音炮給您帶來(lái)更強(qiáng)的沖擊力和特殊的聽(tīng)感體驗(yàn)。杜比數(shù)字 AC-3 提供的環(huán)繞聲系統(tǒng)由五個(gè)全頻域聲道加一個(gè)超低音聲道組成，所以被稱作 5.1 個(gè)聲道。五個(gè)聲道包括前置的 " 左聲道 " 、 " 中置聲道 " 、 " 右聲道 " 、后置的 " 左環(huán)繞聲道 " 和 " 右環(huán)繞聲道 " 。這些聲道的頻率范圍均為全頻域響應(yīng)的 3-20000Hz 。第六個(gè)聲道也就是超低音聲道包含了一些額外的低音信息，使得一些場(chǎng)景如爆炸、撞擊聲等的效果更好。由于這個(gè)聲道的頻率響應(yīng)為 3-120Hz, 所以稱 ".1" 聲道。
杜比數(shù)字 (Dolby Digital) 技術(shù)的原理承襲了杜比實(shí)驗(yàn)室 30 多年致力于模擬降噪研究工作的經(jīng)驗(yàn)。杜比降噪 (Dolby Noise Reduction) 是通過(guò)在當(dāng)前沒(méi)有音頻信號(hào)時(shí)降低噪音，而在其他時(shí)間就利用很強(qiáng)的音頻信號(hào)來(lái)掩蓋噪聲。因此，它是利用了心理聲音學(xué)的現(xiàn)象，也被稱為聽(tīng)覺(jué)屏蔽。即使當(dāng)頻譜中只有部分的聲音信號(hào)，杜比降噪 (Dolby Noise Reduction) 系統(tǒng)也能在頻譜的其他部分降低噪音，使得噪音不會(huì)被察覺(jué)。這是因?yàn)槁曇粜盘?hào)只能覆蓋在鄰近頻段中產(chǎn)生的噪音。
從模擬錄音演變到數(shù)字錄音媒介（例如光盤）時(shí)，在光盤上運(yùn)用的數(shù)字音頻編解碼產(chǎn)生了的數(shù)據(jù)量很大，無(wú)法高效地存儲(chǔ)和傳輸，尤其是在需要多聲道的情況下。于是，新的數(shù)字音頻編解碼形式 -- 經(jīng)常被稱作感知編解碼，即在最低程度降低聲音質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少數(shù)據(jù)使用率，應(yīng)運(yùn)而生了。
2 、杜比聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應(yīng)
杜比數(shù)字源自于杜比公司三十多年的模擬降噪系統(tǒng)技術(shù)成果，即利用聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應(yīng)對(duì)信號(hào)頻率附近的噪聲進(jìn)行掩蓋抑噪。杜比 AC-3 感知性編碼系統(tǒng)主要利用心理聲學(xué)中掩蔽效應(yīng)的原理，將原始信號(hào)中不相關(guān)分量和冗余分量有效的去除掉來(lái)實(shí)現(xiàn)。（圖 1 ）人類的聽(tīng)覺(jué)掩蓋作用是將每一聲道的音頻頻譜分成許多不同的窄頻帶，并對(duì)應(yīng)于人類聽(tīng)覺(jué)對(duì)頻率的選擇性進(jìn)行處理。這樣就使得它有可能敏銳地濾掉編碼噪聲。只要這些噪聲是被控制停留在某一頻率上，而該頻率與被編碼信號(hào)的頻率分量十分接近。在沒(méi)有信號(hào)或信號(hào)輸入時(shí)，杜比降噪則進(jìn)行工作，將噪聲降低或消除，因而，可將原來(lái)信號(hào)的音質(zhì)完整地保留下來(lái)。杜比 AC-3 這樣的感性編碼性統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是一種非常有選擇性的和強(qiáng)有力的降噪處理方式。在杜比數(shù)字 (AC-3) 中，根據(jù)實(shí)際的工作頻譜或動(dòng)態(tài)性能的需要，將比特?cái)?shù)從公用比特群中分配到各濾波器中的頻帶中去。保證有足夠數(shù)量的比特?cái)?shù)用以描繪每一頻帶內(nèi)的音頻信號(hào)。具有較大頻率的容量的聲道比小容量的聲道要求較多的比特?cái)?shù)，同時(shí)因?yàn)樵谝粋�(gè)聲道內(nèi)的強(qiáng)信號(hào)可為其他聲道的噪音提供掩蔽作用。因此，保證了噪音能被全部掩蓋。
2 、音箱布置
全頻帶的音箱擺放（如圖 2 ）。標(biāo)準(zhǔn)的音箱配置是 5 個(gè)聲道的音箱要完全一致。如果前方 3 個(gè)音箱不能達(dá)到同一型號(hào)，則中置聲道 C 的音箱應(yīng)選用同一產(chǎn)品系列中小一點(diǎn)的音箱。前方音箱以一字排開(kāi)的方式面對(duì)聆聽(tīng)著擺放，左右分別放置一個(gè)音箱，中置音箱（ C ）放在顯示器的桌面上或顯示器的頂部。前置音箱 (L 、 R) 與中置音箱高度盡可能相同，而且這三個(gè)音箱的正面應(yīng)在同一平面上，或是中置音箱稍微向后一點(diǎn)，但其正面應(yīng)與前置音箱的正面平行。如果中置音箱的聽(tīng)音距離與 L 、 R 音箱的聽(tīng)音距離不等，則應(yīng)采用延時(shí)以使聲音同時(shí)到達(dá)聽(tīng)者。正前方為 C 、 L( 或 R) 與聽(tīng)者的夾角為 30 度。環(huán)繞音箱與前方 3 個(gè)音箱一樣，采用相同型號(hào)的產(chǎn)品，而且相位要一致，聽(tīng)音高度和距離相等。如果達(dá)不到同一型號(hào)，則環(huán)繞音箱可選用同一系列中較小的音箱以保持相似的指標(biāo)特性。環(huán)繞音箱與中置音箱的夾角為 110 度。
而低音效果 LFE 音箱的擺位則要講究。由于低音方向性較差，低音效果音箱放在什么地方并非很嚴(yán)格。但并不能因?yàn)檫@個(gè)理由，低音就可以隨便擺放。須仔細(xì)調(diào)整 LFE 音箱在室內(nèi)的擺放位置，以低音效果有最佳表現(xiàn)處作為合適點(diǎn)。 LFE 音箱有要獨(dú)立的擺放位置，如放在主音箱（ C 、 L 、 R ）后面比較靠墻的位置。若有兩個(gè) LFE 音箱，最好是放在兩個(gè)主音箱之間。而 LFE 音箱通常采用有源主動(dòng)式低音揚(yáng)聲器。
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