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发表于 2006-2-24
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常用数字音视频术语
现在的音视产品广告中，都会有很多令人生畏的现代音视技术术语。这些新词不但高中阶段和文科大学生接触不到，就是无线电类的本科生也都没法在正常的课程中学到。每每用不大熟悉的新名称来介绍产品，似乎就技高一筹似的。不少术语又被廉价奉献、乱贴标签，结果搞得消费者也不得不去弄懂那些本来就用不着研究的术语。本文找几个最基本的术语给以解释，希望当你再次见到时，不会心中无底。
取样率：模拟信号是连续的，而数字信号是断续的。所以，模拟信号变成数字信号的第一步就要从连续的信号中，有间隔地一点点取出信号这就叫取样。取样的密度就是取样率，用频率Ｈｚ来表示，１Ｈｚ就是１秒钟取一个点，ＣＤ的取样频率为４４．１ｋＨｚ，即１秒钟的波形上要均匀取出４４１００个点来。
取样率愈高，一点点用线段连起来就愈接近原始模拟波形，但需要记录和处理的数据就多了。现代取样理论证明，取样率只要为最高需要的信号频率的二倍高一点，那么这个频率的信号就可被恢复出来。当然，这时把一点点连起来的波形与原波形比较已面目全非，但信息没有丢失，而数据量大大降低了。
人类听觉的最高频率为２０kHz，所以，４０ｋＨｚ以上的取样率原则上已足够。所以，早期的数字音频中ＣＤ取４４．１ｋＨｚ，数字磁带ＤＡＴ取４８ｋＨｚ。新世纪的数字音频ＤＶＤ最高取样率高达１９２ｋＨｚ，也就是说，差不多高到９６kHz的频率都能重放出来。
量化比特率：相当于模拟数值中小数点取到几位或日常生活中以元、角还是分做最小单位的意思。数字信号只有“０”和“１”两种记录方式，所以只能用二进制方式来记值，比特是英文ｂｉｔ的音译，就是“位”的意思。所谓量化比特率就是指用多少位的二进制数来计量取样点上的信号值。
一开始的视频信号量化比特率为８ｂｉｔ，信号有２８＝２５６个量化值。若最大信号正好用足８比特的话，小于１／２５６的信号就只能当零处理了。而且每二个相邻数字的差距也必需大于１／２５６才能分得开，当二个原来不同的数值用同一个二进制值来表示时，实际数值与记录数值之差就成为量化噪声。所以，比特率已决定了整个系统的理想状态下的最小噪声、动态范围和信噪比，模拟信号在理想状态是没有这种限制的。亮度信号用８比特量化，灰度等级最多只有２５６个，如果ＲＧＢ三个色度信号都用８比特量化，就可以获得２５６×２５６×２５６＝１６７７７２１６，即近１７万种色彩。
量化比特率愈高，层次就分得愈细，但数据量也成倍上升。每增加一个比特，数据量就翻一翻，现在ＤＶＤ播放机视频处理能力大多为１０比特，数据量就是８比特的４倍，灰度等级能有１０２４个。如果后端设备和你的视力确实能享受到这么高的灰度分辨率当然是好事，否则就是信息资源的浪费。
高倍再取样：音视碟片上的数字信号都是按格式规定制作上去的，ＣＤ为４４．１ｋＨｚ／１６ｂｉｔ取样率／比特率 ，ＤＶＤ、数字录像带等以ＭＰＥＧ２数字视频格式记录的图像亮度信号为１３．５ＭＨｚ／８ｂｉｔ，色差信号原始取样率为６．７５ＭＨｚ／８ｂｉｔ。不管碟片档次高低，规格都是一样的。不像模拟磁带或唱片，好坏会出入很大。播放机如果要想输出更自然流畅的声音和画面就要采用一种叫高倍再取样技术：在数字信号从数字再次变换成模拟之前，在原格式的采样点中间再插入一些点，插入点的比特率又比原来的高几个比特。这样，点与点之间的间隔密了，台阶低了，数模变换后的模拟波形的毛刺更小，对模拟滤波器的要求也可降低。
自适应压缩：按原始取样得到的数据直接存储或传送，比特量太大，如果要求画质或音质进一步提高，问题就更严重。另一方面，数字信号有模拟信号不具备的特点，即可以进行各种各样的处理。自适应压缩就是其中之一。所谓自适应就是指算法能按照信号的特性自行进行不同压缩比的压缩。例如，有某个很大的声音成分存在的时候，人耳对另一些较轻的声音就听不见了，另外，人耳对轻到一定程度的声音本来也听不到。自适应压缩就会按技术人员预先设定好的阀值，把听不到的声音数据全丢掉，数据量就可大大减小。视频画面中不少部分变化是很慢的，甚至微毫不动，这样帧与帧之间真正有差别的地方并不多。这些不变的地方可以不必每次都重复地一次又一次记录，只记录改变的部分即可。这也是一种自适应压缩。从压缩方式看自适应压缩多少会丢掉一些信息，算法的好坏就在于那要丢得多又要用户听不出或看不出差别。
无损压缩：无损压缩是一种不丢失任何信息的压缩方式，计算机中的文件压缩技术就是一种无损压缩。压缩后比特量大大减少，但经解压恢复后就与原来的信息一模一样。实际上这是一种信息组织和记录方式上的技巧，与自适应压缩有本质的不同。新世纪音频采样率达１９２kHz，量化率２４ｂｉｔ，为ＣＤ数据量的七倍。一张ＤＶＤ碟片还只能放与一张ＣＤ碟片同样多的双声道立体声音乐节目，如放多声道影音信息，就得降格才能放全。如果用自适应压缩又与新世纪音频的高信息量初衷相悖，所以，杜比公司设计出一种叫ＭＬＰ的无损压缩方式使ＤＶＤ－Ａ既可以含多声道又保持高信息量。
数码率：简单说就是每秒声音或图像需要的数据比特量，单位为Ｍｂｐｓ，每秒多少兆比特，也叫传输速率。不经压缩的ＣＤ声音数据流的数码率为２×４４．１×１０３×１６＝１．４１１２Ｍｂｐｓ这里还没有考虑其它处理或控制用的比特量 。数据进行经压缩处理后，同样一秒钟的声音或图像就可以少用些比特量。这样记录时占用的介质可少些，传输时通道的速率要求就可以低些。如果是无损压缩，当然压缩率越大越好。不是无损压缩，那多少会丢失一些信息，似乎数码率大反而好些。所以，光看数码率的大小，很难讲是好还是不好。如果同一影片的ＤＶＤ碟片，数码率高的就比数码率低的要好，因为高比特率碟片压缩掉的信息少。如果是音质画质相同的压缩算法，最终数码率小的编码方法就比大的好，说明其压缩技术更先进。
数字功放：数字功放是指能将数字音频信号直接进行放大的功率放大器，也即Ｄ类放大。全部通道都进行数字处理，直到接喇叭时，才用一副ＬＣ低通滤波器把大功率数字音频中的模拟成分滤出来由喇叭放音。其最大的外在特征是电源效率高，整机可达８０％以上。功率管的散热板比同功率传统功放小得多，电源部分大都用开关型稳压电源。所以，相对同功率模拟功放器来说体积小、重量轻。如果用来放大模拟信号，反而要多加一个模数变换器，把原模拟信号变成脉宽调制的数字音频信号，再给后面电路处理。这里有几个容易混淆的术语要一起介绍一下。
数字化功放，这是较早出现的名称，指模拟功放中用了一些数字技术，如数字音量调节、遥控、数码显示屏、数字环绕声、卡拉ＯＫ等等，但真正的功率放大部分还是使用模拟ＡＢ类放大电路。机身较大较重与模拟功放器外观没大区别。还有数字式功放，似乎是指能接音频数码输入的那种功放。功放本身需有音频解码器和数模变换器，把接入的数码音频变换成模拟信号后，再进行传统的功率放大。因多出了数字解码等部分，体积会比一般功率更大，价格也不会低。这两种功放器从功放本质上说还是模拟功放，效率不高、体积大、重量重。
因为“数字”二个词似乎就代表着前卫、时尚和高档，常常被到处乱用。实际上数字化是电子技术方面的进步，从信号本身讲数字信号是不及模拟波形那样连贯、流畅和层次均匀的。 |
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