HDCD的编码解码技术特点

　　什么是HDCD?

　　HDCD即High Definition Compatible Digital(高解析度兼容性数码技术)的缩写，它采用一种新的录音技术，在将母带上的模拟音频信号送入HDCD编码器的时候，以超过传统CD制式 44.1KHz，16bit的高解析力编成数码信号，此时产生的信号将多于普通CD所能容纳的信号。

 

　　CD规格带来的问题

　　12cm的CD激光唱片问世至今已十几年的光景了。由于它许多特有的优势如：小型、容易保存、频响宽、信噪比高、动态范围大，至今仍是HiFi设备的主要音源。随着人们鉴赏力的提高，CD音源固有的缺陷也日渐突出。同传统LP唱片相比，CD所播放的声音总有一点生硬感，细节少，临场感欠缺。

　　对于CD这种固有缺陷，得从CD当年制定的红皮书规格说起。

　　限于当时微处理技术软硬件的限制，1982年2月发布的CD DA激光唱盘红皮书标准做了如下规定：唱盘直径120mm，盘速1.2m/s，调制方式EFM，误码校正CIRC，数据速率0.6Mbps，数据量 0.7GB。如要将变化着的模拟音频信号记录到这张光盘上，首先要对模拟信号进行采样，其重现信号波形的条件基于香农定理：设信号带宽为Bw，采样频率为 fs，如满足Bw<=fs/2的条件，即可完整重现原波形。基于人耳可听到的最高频率为20kHz这一研究结果，CD的采样频率为44.1kHz，将采样所得的采样值相对于振幅进行离散的数值化操作(即量化)，就可得到一系列的脉冲串，再加上CIRC纠错码、同步信号和地址信息之后， 再经EFM格式调制后所得到的数据信息即可灌制到CD唱片上了。

　　由于受当时激光唱盘容量和芯片技术的制约，量化采用了16bit操作，其能够表现的动态范围D为D=20lg2+1.76[dB]=98dB(n=16)，这就是CD的理论动态范围。

　　20kHz的频响，97dB的动态范围再加上低不可测的抖晃度，使得激光的唱盘在数字音响领域中大放异彩，很短的时间内即成为HiFi放声设备的重要音源，以致人们毫不犹豫地抛弃了磁带和胶木唱片。但是，随着数字音响进一步深化和探讨。这种44.1 kHz/16bit的记录格式其缺陷已日渐突出。

　　首先，44.1kHz采样率是影响音质、音色的第一要素，44.1 kHz 的采样能够完整重现一个20kHz的正弦波，却难以完整重现一个7kHz的非正弦信号。这是因为非正弦信号可分解一个基波加上二次三次…谐波组成。虽然基波能够重现，但三次以上的谐波在D/A转换后可能丢失或畸变，至使最终得到的波形与原始信息产生差距，造成音色的变化。

　　当时的认识和条件制约，激光唱片的数据信息记录格式定义为16bit其能够实现的理论动态范围为 98dB，实际上为留有一个安全裕量，以免出现强限幅，尚不能完全用足16bit，加上录制编码至解码过程的丢失，使得动态范围难以突破96dB，这对于 表现古典打击乐(118dB)显然不够。这是人们发现的数字音频所特有一种失真―缺损性失真(Subtractive distortions)。

　　由于原始模拟信息是无限连续变化着的。而激光唱盘上的信息是将这些原始信息分成65536个阶段进行记录的。16bit的CD录音为完善信息只得把处理阶段之间的声音四舍五入，加到上一阶段或下一阶段中去。这样一来，CD所含有的信息即使能够完全复原 也与原来的声音相比有误差。

　　如果量化的精度高，则重现原始模拟信息越逼真，细节更丰富，用一个16位游戏机和32位游戏机的画面做比较很容易得出结论。低位的量化使得量化后的误差也比高位的量化大，这些量化后产生的误差(量化噪声)使得听感发刺、混浊，尤其是小信号时影响更加突 出，这些原信号中未有的谐波成份构成了添加失真(additive distortion)。

　　做为数字音响的一个特例，VCD所表现的音质更是典型的数字运算后得出的结果。它较之普通CD唱片放音感觉更为空洞缺乏细节和层次，高音尖刺感更突出，这是因为VCD为兼顾图像声音信息能够在一张12cm的光盘上重放，对图像和声音信息利用人耳的掩蔽 效应忽视了那些人们不易察觉的信息，对数据进行了大量的压缩和编码重组，其过程为一大幅度减法运算，其最终结果是形似而神少。

　　如果采用高比特和高取样率进行数字处理其音质可获得质的飞跃，实际上，不少录音公司已在CD先期制作采用如96kHz取样率、20～24bit的录音技术制作母带，但在制作CD唱片时，受制于现行CD规格，不得不重新进行编码处理使得符合16bit/44.1kHz的格式，因此我们所能见到的标有20、24bitCD唱盘，实际上仍然为16bit的数据流。

　　如要改变CD现状，一是推翻现有CD格式，采用高取样，高比特记录格式和播放设备，这无疑要增加信息容量和传输速度。现行CD机无法胜任，好在DVD的面世已可解决这个问题。但是高品质音频光盘的记录格式尚未确定，而一旦确定则意味着已风光市场十几年 的CD转盘、DAC、LD、VCD机将与其无缘而成为玩具，即使上万元的CD机也难逃厄运。

　　解决问题另一办法则是对先行CD进行改良，以求得在现行体制下能有所突破，如同当年黑白电视向彩色电视过渡一样。HDCD技术则是这类方案中一个成功而成熟的典范。HDCD的特点

　　为改善现有CD记录格式的缺陷，使之既能高度兼容而在音质上又能有所突破，美国Pacific Microsonics公司推出了具有专利保护的HDCD录播新技术，它的英文全称是High Definition Compatible Digital，译为高解析度的CD。用HDCD方式编码制造的激光唱片与普通CD具有高度的兼容性，用在普通的激光唱机上播放，已可领略到HDCD编码录音技术的优越性，如用带有HDCD解码功能的CD唱机播放，则可充分欣赏到全部释放的HDCD信息所 特有的魅力： 音质清晰细腻、动态范围广阔、信噪比极高，音色更为自然逼真。

　　HDCD的编码与制造

　　针对传统CD录音格式的局限与不足，PM公司的两位HDCD创始人，Keith OJohnson录音师和Michael W.pflaumer计算机专家在多年音响制作中，查找并证实了对CD音质影响的几个关键因素，并提出切实可行的解决方案。

　　HDCD技术是在前期录音制作中即重视所录制信号的完整和精确性，采用高于常规两倍的取样频率88.1kHz对模拟信号进行采样，以最大限度地展宽高频响应，减少缺损性失真，高的采样率也为HDCD编码运算留足了空间。

　　用24bit量化其取样值为1677216个，它比16bit系统高出256倍，采用高位元处理技术可以提高处理精度，降低量化误差，增加动态范围至120dB。

　　在模拟至数字信号转换过程中，HDCD技术十分重视转换精度，尽量减少串音和处理的稳定性，其能够达到的指标为转换精度百万分之一，失真分量<-120dBfs。

　　这个高精度、宽频带的数字信号构成HDCD编码制造的基础，其数据信息量十分庞大。用常规CD PCM编码格式无法将其容纳。如要在普通CD机上兼容播放，需经特殊运算编码方可。

　　用高采样和高比特技术进行CD的录音制作已被普遍认可和广泛采用，但提醒一点是目前市场上所能见到的 20、24bit CD激光唱盘其实质应是录音过程中采用的比特数，由于CD“红皮书”所制定的44.1kHz/16bit标准格式制约，这些高信息量的母带在灌制CD唱片时，均经过重新运算，编码制成16bit的CD唱片。因此，我们现在CD唱机所能解读出来的规格仍然是16bit/44.1kHz，由于各唱片公司在转化过程所采用手法不同 ，我们现在能听到的不同版本的CD音质也的确各有千秋，但有一点可以肯定：高比特高取样技术制作的CD音质远胜16bit/44.1kHz录音格式制作的 CD。