第六部分 数字音频格式和数字音频接口
一、数字音频格式
1 、PCM
PCM 是未压缩( 无损) 的数字音频格式。其采样速率为可以为6 、8 、11.025 、16 、22.05 、32 、44.1 、48 、64 、88.2 、96 、192KHz, 采样精度可以为8 、12 、13 、16, 20, 或24 bits 。可以有1 到8 个声道。最大比特速率为6.144 Mbps ，如果有5 个或更多声道, 这个最大速率就限制了采样率和比特位数。例如音频CD 为44.1 kHz/16 bits/ 双声道；DVD 不 仅能够播放2 声道的超高保真音响（192KHz/24bit/ 双 声道），还能播放线性PCM 最多6 个声道 的环绕声音响（96kHz/24bit/6
PCM 格式又根据其量化方式可以分为线性PCM （linear PCM ）和非线性PCM(non-linear PCM)
Ø 均匀量化
如果采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，那么这种量化称为均匀量化。均匀量化就是采用相同 的“等分尺”来度量采样得到的幅度，也称为线性量化，如图6
图6
Ø 非均匀量化
非线性量化的基本想法是，对输入信号进行量化时，大的输入信号采用大的量化间隔，小的输入信号采用 小的量化间隔，如图7
在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系，一种称为u 律压扩(companding) 算法，另一种称为A
u 律(u-Law) 压扩(G.711) 主 要用在北美和日本等地区的数字电话通信中。它的输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数PCM 。A 律(A-Law) 压扩(G.711) 主要用在欧洲和中国大陆等地区的数字电话通信中。A 律 压扩的前一部分是线性的，其余部分与u
对于采样频率为8 kHz ，样本精度为13 位、14 位 或者16 位的输入信号，使用u 律压扩编码或 者使用A 律压扩编码，经过PCM 编码器之后 每个样本的精度为8
图8
2 、DSD
PCM 脉码调制数字音频格式是70 年代末发展起来 的，记录媒体之一的CD ，80 年代初由飞利 浦和索尼公司共同推出。PCM 的音频格式也被DVD-A 所 采用，它支持立体声和5.1 环绕声，1999 年 由DVD 讨论会发布和推出的。
PCM 的比特率，从14-bit 发展到16-bit 、18-bit 、20-bit 直到24-bit ；采样频率从44.1kHz 发展到192kHz 。到目前为止PCM 这项技术可以改善和提高的方面则越来越来小。只是简单的增加PCM 比 特率和采样率，不能根本的改善它的根本问题。其原因是PCM 的主要问题在于： 1 ）任何PCM 数字音频系统需要在其输入端设置急剧升 降的滤波器，仅让20 Hz - 22.05 kHz 的频率通过（高端22.05 kHz 是由于CD 44.1 kHz 的一半 频率而确定），这是一项非常困难的任务。2 ）在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器（减低采样 率），在重放时采用多级的内插的数字滤波器（提高采样率），为了控制小信号在编码时的失真，两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了PCM 技术在音频还原时的保真度。
为了全面改善PCM 数字音频技术，获得更 好的声音质量，就需要有新的技术来替换。近年来飞利浦和索尼公司再次联手，共同推出一种称为直接流数字编码技术DSD 的 格式, 其记录媒体为超级音频CD 即SACD ，支持立体声和5.1 环绕声。
DSD 音频格式简化了信号流程，去掉了PCM 使用的 多级滤波器，将模拟音频直接以2.8224MHz 的高采样频率，按1-bit 的数字脉冲来记录。虽然DSD 格式表示的声音 信号是数字化数据，但是它又与真正的声波非常接近，可完整的记录当今最佳模拟系统的信息。最好的30ips 半 英寸模拟录音机能记录的频率能超过50KHz ，而DSD 格 式的频率响应指标为从DC 到100KHz 。 能覆盖高级模拟调音台的动态范围，通过其音频频段的剩余噪声功率，保持在-120dB 。DSD 的频率响应和动态范围，是任何数字和模拟的录音系统无法与之比拟的。从声音的质量上来说, 数字音频技术是为了接近模拟声音的质量。DSD
二、数字音频接口
常见的数字音频接口有I2S 接口、PCM 接口和SPDIF
Ø I2S 接口：
只能传输单声道或双声道立体声的数字音频，数据格式为PCM 格 式。该接口又派生出三类：左对齐格式、右对齐格式、I2S I2S 时差性能要优于 SPDIF ，适合短距离通讯。
Ø PCM 接口：
也叫DSP 模式音频接口。一般用来传输单声道 或双声道立体声的数字音频，但是理论上也可以传输多声道的数字音频。数据格式为PCM
Ø SPDIF 接口：
SPDIF (Sony Phillips Digital Interface) SONY 、PHILIPS 它的传输载体有同轴 和光纤两种，后者抗干扰能力更强。SPDIF 能传输PCM 流， 也能传输杜比数字（Dolby Digital ）、DTS 这 类环绕声压缩音频信号。PCM 流是原始、未经压缩的音频信号，杜比数字、DTS 也是来源于PCM
