數字音頻中的DSD技術

數字音頻中的DSD技術

數字音頻中的DSD技術

2002中南地區(qū)廣播電視技術年會優(yōu)秀論文二等獎

一、概述

回顧數字音頻光盤的發(fā)展，自1983以來，CD以更寬的頻率響應、更高的信噪比、更大的動態(tài)范圍和更小的失真，加以輕、薄、小型、廉價、使用方便等優(yōu)點，迅速地取代了傳統(tǒng)LP密紋唱片市場。CD的數字音頻采用PCM多比特錄音技術，以每秒44.1KHz采樣頻率，16bit量化精度來記錄音頻數據。以后所開發(fā)的多種數字音頻產品，如：DAT、DCC、MD等也沿用這種格式。但PCM存在著一些難以克服的缺陷： （1）當采用44.1 KHz取樣頻率時，必須在22 .05KHz處采用急劇升降的數字濾波器，以防止基帶外的頻率成分混入。該種銳截止濾波器帶來的群延時失真明顯地劣化了高頻端的重放音質。（2）對于小信號，PCM方式中由于量化噪聲的原因造成信噪比下降。為了解決這個問題而采用了一些改善措施。但這些措施隨之又帶來了新的問題，導致在聲音還原時人們很容易辨別出CD還原的數碼聲，具體表現在低頻生硬、單薄，中頻不夠透明，高頻有毛刺感等。迄今近20年來雖然這種技術雖然在不斷進步，量化編碼從16bit上升到24bit、32bit，采樣頻率提升到96KHz，即使這樣，其改善也是有限的。

因此后CD時代的競爭表面上是SACD和DVD-Audio之爭，其本質上是DSD技術和PCM技術之爭。它們的運用數字技術和格式完全不同，并且互不兼容。

二 DSD技術
DSD格式的推出，較大程度地改善了PCM存在的缺陷。DSD的取樣頻率為2.8224MHz，較傳統(tǒng)CD的取樣頻率 44.1kHz高出64倍，理論上可以把頻響范圍擴展至1Hz-400kHz，大大超越傳統(tǒng)CD20 kHz的極限。同時64倍于CD的超取樣頻率又可以使量化噪聲的大部分能量被轉移至音頻范圍之外，很容易被一個低通濾波器濾除。可見此編碼技術就是通過大幅度地提高采樣頻率，來降低音頻范圍內量化噪聲，同時使用 "噪聲整形電路"進一步把可聞頻帶（0 ~ 20kHz）內的噪聲轉移到20kHz以上的超音頻范圍中去，有效地控制量化噪聲的分布以進一步提高信噪比。

我們都知道，按照采樣定律進行采樣、量化和編碼的數字音頻信號，其信噪比決定于量化比特數，大約為量化比特數的6倍。因此在音頻系統(tǒng)中降低量化比特數就將增大量化噪聲。因此1bit信號流的噪聲是很大的。為滿足Hi-Fi放聲的要求，一般采用16bit量化。DVD-Audio格式就是采用這種思路，但量化比特數的提高，不僅使數字信號的碼率提高，而且所要求的A/D 轉換和D/A轉換更精密，相應價格變高，因此量化比特數的提高有一定的限制。DSD技術為解決該問題采用了另一種降低量化噪聲的方法：采用過采樣，同時使用噪聲整形技術改變噪聲在頻率軸上的分布，并用濾波器濾掉20KHz以上的噪聲，來提高系統(tǒng)的信噪比。下面簡單討論DSD信號流的獲得、過采樣和噪聲整形。

2、過采樣

如果數字音頻系統(tǒng)原來的采樣頻率為fs（通常為44.1KHz或48KHz），若將采樣頻率提高為Rfs, 并且R

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