沐圣耳机社区

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

查看: 359|回复: 9

PCM与DSD究竟是什么?

[复制链接]

7

主题

114

帖子

136

积分

正式会员

Rank: 2

积分
136
QQ
发表于 2017-8-30 09:16:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 66816620 于 2017-8-31 14:40 编辑

简单的介绍,很多细节就省略了,我也尽量用通俗易懂的语言了....字码了很多,懒人看红字及后面其一小段就行
PCM(Pulse-Code Modulation,脉冲编码调制)是现在最为常见的一种音频编码格式,什么wav,ape,flac,mp3等等几乎所有常见音频都是pcm编码格式

其原理简单来说,我们先准备好一组规定电平值(对于电平这个概念,可以简单地等同理解为电压),比如-3,-2,-1,0,1,2,3等等,每个值给一个编号,就像ABCD这样,不过我们现在给这些电平值使用二进制的编号(就是000 001 010 等等).


好了,开始转换过程,从麦克风过来了一段模拟信号,我们每隔一小段时间,对这个信号采一次样,得到其采样电平


然后从先前的那组规定电平内,找出最接近采样电平的值,嗯..采用四舍五入的办法....然后记录下来这个最接近值的编号


然后进行下一次采样..如此反复,就能用一组二进制编号(也就是数字信号)把麦克风过来的原始模拟信号给记录下来了,记录下来的数字信号就是PCM了..

上面的整个过程就是常说的ADC编码过程,录音室里的录音过程就是这样了
4c318701a18b87d672385eac050828381f30fd3d.jpg



用画图来表示的话,图中的红线表示一个信号(随手画的,实际的信号更复杂就是了)
纵坐标表示电平值,横坐标表示时间
纵坐标被平均分成若干份,在图中每一条横向黑线代表度量用的规定电平值
横向从左往右每走一格取一次样,得到图中蓝色的点
每个点都对应一个纵坐标,也就是取样点的电平
然后,我们就要用这组规定电平值来度量和记录取样电平了
但是呢,取样电平肯定不会都刚好等于规定电平的,于是这时候我们就要找相近的电平值来大概地表示这个取样了,用四舍五入的办法来记录接近的电平值
于是,图中紫色的点表示最终记录的值
绿线表示记录的值还原后的信号曲线,可以看出和原信号相比有明显失真

这整个过程中输出信号与输入信号间的差叫做量化误差.量化误差对于信号而言是一种噪声,所以也被称为量化噪声
上面几幅图为了更明显地表现量化噪声都夸大了误差的程度
PCM就是这样,每个采样点都是去度量一个绝对值,采样点之间相互独立无关联

对于CD中使用的16bit 44.1kHz的PCM,就是对信号每秒种取样44100次,然后用一组65536(就是16bit,2的16次方)个值的规定电平去度量取样电平,在这么高的取样频率和16位规定电平的精度下,记录下来的信号和原信号已经是非常之接近的了(至少大部分人耳分辨不出区别了)。
我们还可以通过加大取样率和增加规定电平的精度来更好的记录原信号,比如现在常见的24bit 88.2kHz,96kHz, 192kHz


但是呢,PCM这种方式还是有瓶颈,量化噪声平均分布在全部频段上,就算继续极大地提升精度和采样率,也难以减少更多的噪声了
还有更多的原因,这里就不废话了...

为了全面改善脉冲编码调制数字音频技术,获得更好的声音质量,就需要有新的技术来替换,于是我们有了DSD~~请感谢飞利浦和索尼
27d.jpg


DSD(Direct Stream Digital)『直接比特流数字』,它是Sony与Philips在1996年宣布共同发展的高解析数字音响规格, DSD新技术与DVD的音响技术指针竞争,用1bit比特流的方式取样,采样率2.4MHz(CD 44.1kHz取样的64倍)的高取样方式,直接把模拟音乐讯号波形以脉冲方式转变为数字讯号
===================================================
上面的是官方介绍所用的屁话,皮毛都没有沾到
现在我来简单介绍下DSD的编码原理

上面介绍PCM的时候已经说了,对于16bit PCM,每记录一个采样点需要用到16bit数据
但是DSD对于每一个采样点,用1bit就可以记录,也就是说,仅仅用表示“否”的“0”和表示“是”的“1”去记录这一个采样点的电平值
这看起来像地外科技一样不可思议,但是实际上原理并不复杂,只是需要一些基础的数学知识来理解它

DSD的编码过程中,对信号进行量化的方式和PCM完全不一样

首先是Δ调制这个概念
试想一下,我们不像PCM那样用一组规定电平值去度量,而是只使用一个固定值"Δ"去度量原始信号.依然是隔一段固定时间取一次样,每次取样得到的电平会拿来与上一次取样的信号进行比较,如果其插值大于Δ,则输出"1",如果插值小于Δ或者为负数,则输出"0".于是就这样,每个采样点就能以1bit的形式被记录下来.

Δ调制有着一个缺点,就是随着输入模拟信号的频率增高,信噪比会急剧下降.我们可以通过减小Δ的值,并且增大采样率,来控制量化噪声.

DSD的主体思想就是这样,每一个采样的值是上一个采样的相对值,前后采样点相互连系密不可分.这种量化方式的思想因为其连续性,更加接近自然中的声音(声音信号就是一连串的,单独一个点毫无意义),个人是认为比起PCM更有美感啦~



如果你没有学高数的话..看到这里就够了.....足够你理解DSD的思想了....但是DSD的编码方式远不止这些
SD就是经过了以上的∑-Δ调制而得到的数字信号,如果把这一连串数字信号放在同一标尺上和原始信号相比,会发现数字"0"和"1"随着信号电频的增减成都而密度产生相应变化,所以DSD也称成为是脉冲密度调制(Pulse Density Modulation)

关于量化噪声整形的原理部分,想要更深入的可以参考以下文献
http://wenku.baidu.com/view/1d1f57c789eb172ded63b733.html
http://wenku.baidu.com/view/d3707c3567ec102de2bd8929.html
http://wenku.baidu.com/view/b20061cdda38376baf1fae67.html

DSD的基本原理就是这么多,对于大部分人来说可能有点难理解,但是Δ调制的部分应该是所有人都能理解的
其实只要理解了Δ调制的思想,再引申到DSD上就够了,对于非专业人员来说也不需要去了解这么深入,普通人知道DSD的主要特征就够了

稍微总结下

打个比方,PCM是对着原图去描点,但是这个描点你再怎么精确总是会有点小误差,而DSD就是对着原图画轮廓,但是这个轮廓比PCM的描点更精确

虽然DSD比起PCM有着种种优势,但是有个硬伤,录音后期混音制作的时候你没有办法使用DSD呐!!只有PCM才能做混音处理呐!!

所以现在几乎所有的录音室所用母带还是PCM格式,混音完成了以后再压缩成DSD格式,制作成SACD,这个过程实际上已经丢掉了DSD的大半优势
不经处理的纯DSD直录音频,真的是少之又少

所以说,DSD的路,还非常漫长

回复

使用道具 举报

11

主题

14

帖子

389

积分

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
389
发表于 2017-8-30 09:20:53 | 显示全部楼层
楼主图片重新弄一下,复制粘贴能不能长点心啊
回复 支持 反对

使用道具 举报

7

主题

114

帖子

136

积分

正式会员

Rank: 2

积分
136
QQ
 楼主| 发表于 2017-8-30 09:32:18 | 显示全部楼层
@路人 发表于 2017-8-30 09:20
楼主图片重新弄一下,复制粘贴能不能长点心啊

点开就是大图,没毛病
回复 支持 反对

使用道具 举报

46

主题

241

帖子

2026

积分

管理员

CEO

Rank: 9Rank: 9Rank: 9

积分
2026
QQ
发表于 2017-8-30 13:59:17 | 显示全部楼层
66816620 发表于 2017-8-30 09:32
点开就是大图,没毛病

1.png
百度相关资料,需要保持图片添加上传,修改,误影响浏览!!
沐圣耳机社区——专注于耳机的分享与交流!
回复 支持 反对

使用道具 举报

7

主题

114

帖子

136

积分

正式会员

Rank: 2

积分
136
QQ
 楼主| 发表于 2017-8-31 13:16:41 | 显示全部楼层
admin 发表于 2017-8-30 13:59
百度相关资料,需要保持图片添加上传,修改,误影响浏览!!

看来只能自己看到,别人看到必须下载下来再上传
回复 支持 反对

使用道具 举报

7

主题

114

帖子

136

积分

正式会员

Rank: 2

积分
136
QQ
 楼主| 发表于 2017-8-31 14:41:03 | 显示全部楼层
@路人 发表于 2017-8-30 09:20
楼主图片重新弄一下,复制粘贴能不能长点心啊

现在看得见图片了吧
回复 支持 反对

使用道具 举报

7

主题

114

帖子

136

积分

正式会员

Rank: 2

积分
136
QQ
 楼主| 发表于 2017-8-31 14:41:25 | 显示全部楼层
admin 发表于 2017-8-30 13:59
百度相关资料,需要保持图片添加上传,修改,误影响浏览!!

现在看得见图片了吧
回复 支持 反对

使用道具 举报

7

主题

114

帖子

136

积分

正式会员

Rank: 2

积分
136
QQ
 楼主| 发表于 2017-9-4 09:12:21 | 显示全部楼层
每日自顶
回复

使用道具 举报

2

主题

84

帖子

117

积分

正式会员

Rank: 2

积分
117
QQ
发表于 2017-10-16 14:00:11 | 显示全部楼层
为了抽奖为了抽奖
回复 支持 反对

使用道具 举报

7

主题

114

帖子

136

积分

正式会员

Rank: 2

积分
136
QQ
 楼主| 发表于 2017-10-27 09:08:00 | 显示全部楼层

为了抽奖~
回复 支持 反对

使用道具 举报

QQ|手机版|小黑屋|沐圣耳机社区 ( 粤ICP备11088135号-4

GMT+8, 2018-1-21 18:46 , Processed in 0.328125 second(s), 33 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表