高兼容高解析度的HDCD
CD現狀
12cm 的CD 激光唱片問世至今已十幾年的光景了。由於它許多特有的優勢如：小型、容易保存、頻響寬、信噪比高、動態範圍大，至今仍是 Hi Fi 設備的主要音源。隨著人們鑑賞力的提高，CD 音源固有的缺陷也日漸突出。同傳統 LP 唱片相比，CD 所播放的聲音總有一點生硬感，細節少，臨場感欠缺。如果把近幾年風起的 VCD 音質也列於其內的話，那就更使許多燒友、行家們宛惜之聲不絕了。
對於 CD 這種固有缺陷，得從 CD 當年制定的紅皮書規格說起。
限於當時微處理技術軟硬件的限制，1982年2月發佈的CD DA激光唱盤紅皮書標準做了如下規定：唱盤直徑120mm，盤速1.2m/s，調製方式EFM，誤碼校正CIRC，數據速率0.6Mbps，數據量 0.7GB。如要將變化著的模擬音頻信號記錄到這張光盤上，首先要對模擬信號進行採樣，其重現信號波形的條件基於香農定理：設信號帶寬為Bw，採樣頻率為 fs，如滿足Bw<=fs/2的條件，即可完整重現原波形。基於人耳可聽到的最高頻率為20kHz這一研究結果，CD的採樣頻率為44.1kHz， 將採樣所得的採樣值相對於振幅進行離散的數值化操作(即量化)就可得到一系列的脈衝串，再加上CIRC糾錯碼、同步信號和地址信息之後，再經EFM格式調 製後所得到的數據信息即可灌製到CD唱片上了。
由於受當時激光唱盤容量和芯片技術的制約，量化採用了16 bit 操作，其能夠表現的動態範圍D為D=20lg2＋1.76[dB]=98dB(n=16)，這就是CD的理論動態範圍。
20kHz的頻響，97dB的動態範圍再加上低不可測的抖晃度，使得激光的唱盤在數字音響領域中大放異彩，很短的時間內即成為HiFi放聲設備的重要 音源，以致人們毫不猶豫地拋棄了磁帶和膠木唱片。但是，隨著數字音響進一步深化和探討。這種44.1kHz/16bit的記錄格式其缺陷已日漸突出。
首先，44.1kHz採樣率是影響音質、音色的第一要素，44.1 kHz 的採樣能夠完整重現一個20kHz的正弦波，卻難以完整重現一個7kHz的非正弦信號。這是因為非正弦信號可分解一個基波加上二次三次…諧波組成。雖然基 波能夠重現，但三次以上的諧波在D/A轉換後可能丟失或畸變，至使最終得到的波形與原始信息產生差距，造成音色的變化。
受當時的認識和條件制 約，激光唱片的數據信息記錄格式定義為16bit其能夠實現的理論動態範圍為98dB，實際上為留有一個安全裕量，以免出現強限幅，尚不能完全用足 16bit，加上錄製編碼至解碼過程的丟失，使得動態範圍難以突破96dB，這對於表現古典打擊樂(118dB)顯然不夠。這是人們發現的數字音頻所特有 一種失真—缺損性失真(Subtractive distortions)。
由於原始模擬信息是無限連續變化著的。而激光唱盤上的信息是將這 些原始信息分成65536個階段進行記錄的。16bit的CD錄音為完善信息只得把處理階段之間的聲音四捨五入，加到上一階段或下一階段中去。這樣一 來，CD所含有的信息即使能夠完全復原也與原來的聲音相比有誤差。
如果量化的精度高，則重現原始模擬信息越逼真，細節更豐富，用一個16位遊 戲機和32位遊戲機的畫面做比較很容易得出結論。低位的量化使得量化後的誤差也比高位的量化大，這些量化後產生的誤差(量化噪聲)使得聽感發刺、混濁，尤 其是小信號時影響更加突出，這些原信號中未有的諧波成份構成了添加失真(additive distortion)
做為數字音響的一個特 例，VCD所表現的音質更是典型的數字運算後得出的結果。它較之普通CD唱片放音感覺更為空洞缺乏細節和層次，高音尖刺感更突出，這是因為VCD為兼顧圖 像聲音信息能夠在一張12cm的光盤上重放，對圖像和聲音信息利用人耳的掩蔽效應忽視了那些人們不易察覺的信息，對數據進行了大量的壓縮和編碼重組，其過 程為一大幅度減法運算，其最終結果是形似而神少。
如果採用高比特和高取樣率進行數字處理其音質可獲得質的飛躍，實際上，不少錄音公司已在CD 先期製作採用如96kHz取樣率、20～24bit的錄音技術製作母帶，但在製作CD唱片時，受制於現行CD規格，不得不重新進行編碼處理使得符合 16bit/44.1kHz的格式，因此我們所能見到的標有20、24bitCD唱盤，實際上仍然為16bit的數據流。
如要改變CD現狀， 一是推翻現有CD格式，採用高取樣，高比特記錄格式和播放設備，這無疑要增加信息容量和傳輸速度。現行CD機無法勝任，好在DVD的面世已可解決這個問 題。但是高品質音頻光盤的記錄格式尚未確定，而一旦確定則意味著已風光市場十幾年的CD轉盤、DAC、LD、VCD機將與其無緣而成為玩具，即使上萬元的 CD機也難逃厄運。
HDCD的解碼過程與PMD100
HDCD的解碼操作是編碼過程的逆動作。設計目的是在DAC的數字濾波器部位用HDCD解碼專用集成電路取代，完成HDCD信息解碼及超取樣數字濾波雙重作用。
解碼器首先檢測數據流中的LSB位中是否攜帶有HDCD隱含碼，如有則按照隱含碼的連續指令激活主通道音頻數據信息使之膨脹，恢復在編碼過程中對數據信 息的壓縮。由於隱含碼的控制，可準確地對波峰進行適時擴展，對低於平均電平值的信息做適當的增益下減，因此HDCD方式可獲得高於常規的大動態及小信號的 高清晰度。
作為HDCD的唯一解碼芯片是美國PMI公司生產的PMD100，該芯片需經授權使用。它是一個28腳DIP封裝的大規模集成電路。
當PMD100接收到輸入數據為HDCD編碼方式則自動轉換到HDCD解碼格式下工作，並在其27腳輸出電流驅動LED發光管做狀態指標。
當非HDCD信號時，信息數據被接收做常規超取樣數字濾波處理，因此該器件有雙重特性。在做普通CD格式數字濾波器使用時該器件特性也相當優良，通帶紋波從0～20kHz不超過0.0001dB，阻帶衰減>120dB。
該器件的其它特性為：
·具有2、4、8倍超取樣數字濾波
·可接受24bit輸入數據及同精度處理
·可按受32～ 55kHz任一輸入取樣頻率
·輸出16、18、20及24bit不同數據格式
·具有數字去加重功能
·可用0.188dB步長進行數字音量控制
·時鐘頻率為256fs或384fs可選
·具有軟、硬兩種靜噪方式
·提供硬件設定及程序方式兩種控制模式，
·提供8種不同類型的高頻擾動模式以適應不同類型的DAC
·提供恆定輸出時鐘到DAC，即使輸入數據和主脈衝都丟失也能保證DAC輸出無偏移和產生脈衝的可能
解碼芯片PMD 100的管腳排列與一些頂級數字濾波器有相似之處，如SM5842、SM5803、DF1700等，因此在有上述濾波器的DAC或CD機上，通過稍加改動就可將普通CD機或DAC改為具有HDCD解碼功能的處理了。
CD為什麼要被陶汰？44.1KHZ、16BIT的數字化採樣導致的的丟失性失真是以往數碼錄音的缺陷，這正是普通 CD的一個根本的問題。16BIT的CD的動態範圍只有40-50DB，高頻顆粒感與微弱的訊號喪失令發燒友無法忍受；此外A/D和D/A轉換所引起的添 加失真，44.1KHZ、16BIT的數字化採樣導致的的丟失性失真是以往數碼錄音的缺陷。在世紀末，對於Hi-end級發燒友來說，最靚聲的音源媒介毫 無疑問仍然是早已淘汰多年的模擬LP黑膠唱機！雖然要忍受諸如性噪比差、易用性低、成本極高等缺點，但高級LP系統回放出的聲音確實是要比CD甚至現在的 SACD、DVD-AUDIO動聽的多，無論是同價位產品的A/B切換對比還是追求音樂韻味的發燒友，LP仍是最佳選擇。但時代是需要進步的，如何改進普 通CD的音質、如何全面超越LP的音質尤其是LP的音樂生命力成為新的課題。顯然已經誕生近20年光景的CD已顯廉頗老矣！CD之後聽什麼？什麼是最佳選 擇？本文不會給你答案，但希望能給你一些啟發。
一.延續CD發燒生命的使者：
1.壯志未酬身先死-HDCD： HDCD 的全名是HIGH DEFINITION COMPATIBLE DIGITAL，中文名是高清晰兼容數碼CD。HDCD誕生於著名的美國太平洋音響軟件公司，自1986年起開始研究，至1992年終於開發出一套複雜的 編碼技術從而提高了CD的音質。你可能已經聽說過HDCD或擁有許多HDCD盤片，也可能經常在一些CD唱機甚至盜版CD上看到HDCD的標識，可到底什 麼是HDCD呢？您可以使用高級的Hi-end級CD機，這樣即使播放普通CD也有極其出色的效果，如世界著名音響公司馬蘭士的旗艦產品CD7（定價 40000元人民幣左右），這是一款16BIT CD機，但它的重播效果依然出類拔萃，因為它的A/D、D/A、轉盤、電源等等設計不計成本、出類拔萃。但我們不能否認原始的44.1KHZ、16BIT 的數字化採樣導致的的丟失性失真既數碼錄音過程中的損失是極大的。HDCD既是針對CD這一弱點提出的改進方案，HDCD可以說是從錄音到再生的完整技 術，錄音時以一個高品質的A/D轉換器為開端，其規格高於16BIT/44.1KHZ，其後再以11只摩托羅拉DSP56001處理器運算。運算的程序基 於音響心理學與聽覺生理學，同時兼顧機械原理，數碼訊號在這裡分成兩部分，人耳能感知的信息被編碼為PCM數碼信號，另外一部分被編碼成隱藏的控制信號。 當使用帶有HDCD解碼的機器播放HDCD編碼的軟件時，隱藏的信號會啟動解碼器的解碼功能，機器的顯示窗口的HDCD.
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