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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)字過渡的過程中，使用哪一種音頻編碼技術(shù)，一直是各國專家不斷提出的問題，而抉擇的焦點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》問世以來，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 個聲道（音樂和各種背景聲音分別在左右聲道，對話在中置聲道），還有一個渲染效果和氣氛的環(huán)繞聲道。然后在 20 世紀(jì) 80 年代，通過運用杜比的 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)運用到家庭娛樂的錄像帶和激光唱片上）使家庭娛樂業(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)更是躍上了一個更高的臺階，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，低音炮給您帶來更強(qiáng)的沖擊力和特殊的聽感體驗。杜比數(shù)字 AC-3 提供的環(huán)繞聲系統(tǒng)由五個全頻域聲道加一個超低音聲道組成，所以被稱作 5.1 個聲道。五個聲道包括前置的 " 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，使得一些場景如爆炸、撞擊聲等的效果更好。由于這個聲道的頻率響應(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驗室 30 多年致力于模擬降噪研究工作的經(jīng)驗。杜比降噪 (Dolby Noise Reduction) 是通過在當(dāng)前沒有音頻信號時降低噪音，而在其他時間就利用很強(qiáng)的音頻信號來掩蓋噪聲。因此，它是利用了心理聲音學(xué)的現(xiàn)象，也被稱為聽覺屏蔽。即使當(dāng)頻譜中只有部分的聲音信號，杜比降噪 (Dolby Noise Reduction) 系統(tǒng)也能在頻譜的其他部分降低噪音，使得噪音不會被察覺。這是因為聲音信號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，在光盤上運用的數(shù)字音頻編解碼產(chǎn)生了的數(shù)據(jù)量很大，無法高效地存儲和傳輸，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)運而生了。
2 、杜比聽覺的掩蔽效應(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，即利用聽覺的掩蔽效應(yīng)對信號頻率附近的噪聲進(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，將原始信號中不相關(guān)分量和冗余分量有效的去除掉來實現(xiàn)。（圖 1 ）人類的聽覺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，并對應(yīng)于人類聽覺對頻率的選擇性進(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的頻率分量十分接近。在沒有信號或信號輸入時，杜比降噪則進(jìn)行工作，將噪聲降低或消除，因而，可將原來信號的音質(zhì)完整地保留下來。杜比 AC-3 這樣的感性編碼性統(tǒng)，實質(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)實際的工作頻譜或動態(tài)性能的需要，將比特數(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)量的比特數(shù)用以描繪每一頻帶內(nèi)的音頻信號。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數(shù)，同時因為在一個聲道內(nèi)的強(qiáng)信號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 個聲道的音箱要完全一致。如果前方 3 個音箱不能達(dá)到同一型號，則中置聲道 C 的音箱應(yīng)選用同一產(chǎn)品系列中小一點的音箱。前方音箱以一字排開的方式面對聆聽著擺放，左右分別放置一個音箱，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，但其正面應(yīng)與前置音箱的正面平行。如果中置音箱的聽音距離與 L 、 R 音箱的聽音距離不等，則應(yīng)采用延時以使聲音同時到達(dá)聽者。正前方為 C 、 L( 或 R) 與聽者的夾角為 30 度。環(huán)繞音箱與前方 3 個音箱一樣，采用相同型號的產(chǎn)品，而且相位要一致，聽音高度和距離相等。如果達(dá)不到同一型號，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。但并不能因為這個理由，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。 LFE 音箱有要獨立的擺放位置，如放在主音箱（ C 、 L 、 R ）后面比較靠墻的位置。若有兩個 LFE 音箱，最好是放在兩個主音箱之間。而 LFE 音箱通常采用有源主動式低音揚聲器。
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