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杜比(Dolby)影音技术大观园
2007/5/3 23:46:42    产通学院,365PR NET

杜比实验室(Dolby)在近40年的历程中,始终致力于影音技术的研究,所开发的高品质音频和环绕声技术一直在为影院、广播、家庭影院设备、电视及个人电脑领域所采用。杜比实验室的核心技术,无论是模拟技术还是数字技术,都是提高基本声音质量的信号处理系统,同时也有应用于录音带、录像带、电影声轨、DVD碟片、电脑和电视游戏、电视节目、卫星和有线广播节目中的多声道环绕声技术。


1.模拟录音技术

从A型降噪技术开始,杜比实验室开发了一系列降噪处理技术来提高模拟录音质量,在进行技术处理的同时并没有破坏原始录音素材。

(1)A型降噪

A型降噪(A-type NR)于1965年被开发完成,它是杜比实验室最早的技术发明。开发这项技术的初衷是为了提供给专业录音公司用来降低母带录制中产生的噪声。在70年代初,电影公司也逐渐开始使用这项技术用来改善电影胶片的声音质量。

(2)型降噪

型降噪(B-type NR)是为消费类磁带录音所开发的杜比系统。在30年后的今天,你仍然能在所有的但是为数不多的高级卡座录音机上看到它的身影,而绝大多数的预录制磁带仍然在使用这项技术。

(3)C型降噪

C型降噪(C-type NR)是较晚的时候开发的,其降噪效果是B型降噪的两倍,并融入了新的技术(频谱滞后和抗饱和技术)来提高卡带播放效果。今天,C型降噪和B型降噪一起被应用在很多低档和中档的卡座产品上。

(4)频谱录音

频谱录音(Spectral Recording, SR)是杜比实验室开发的第二代专业录音系统,这项技术于1986年正式推出。SR不仅仅是一种降噪系统,它的出现使得模拟介质的动态范围超越了数字格式。今天,所有的35毫米电影胶片上的模拟声轨都使用Dolby SR技术录制。

(5)S型降噪

S型降噪(S-type NR)是杜比系统中性能最出色的模拟磁带降噪技术,它衍生自杜比SR,并继承了杜比SR的一些优秀性能。这项技术广泛应用于中档和高档卡座产品,磁带录制效果能媲美CD音质。

(6)峰值储量扩展

峰值储量扩展(HX Pro)是一种磁带录音技术,它能够记录高电平的音乐信息并降低高频损失和失真。这项技术除了应用于许多卡座产品外,还广泛应用于录音工业用来改善预录制磁带的录音效果。杜比HX Pro是录音处理技术,不需要回放设备解码。


2.数字音频编/解码技术

基于我们对人耳听觉的研究,杜比数字音频技术中的先进算法使存储或者传输数字音频信号时使用更少数据成为可能。

(1)AC-1

AC-1第一代数字音频编码系统,1984年面世。当时数字信号处理代价昂贵,作为一个精良的自适应增量调制系统,该技术应用于如直播卫星这样的系统中。AC-1采用一个相对复杂的编码器和一些简单、价格便宜的解码器,广播公司会使用一定数量这样的编码器,而解码器则被加入大规模生产的消费类接收器中。

(2) AC-2

AC-2是一种自适应变换算法,它使用较低的比特率来提供专业音频质量,充分减少了如卫星和地面连接等所需的数据量。该算法通过一个多频带方法来利用心理声学屏蔽,同时部分自适应分配方法降低了数字信号编解码的复杂性。录音棚和影视后期制作设施中采用该技术,从而实现如远程监控和对话复录会议等目的。

(3)杜比数字

杜比数字(AC-3)是杜比最闻名的数字技术(Dolby Digital),该技术通过不同介质提供多声道环绕声:在影院中通过35毫米胶片给观众带来多声道环绕声体验。另外,杜比数字也通过LD、DVD、数字广播节目、有线电视和卫星电视系统等进入普通家庭。该技术可以传输和存储多达5个全频带声道,以及一个低频效果声道(LFE),而所占用的存储空间比CD上一路线性PCM编码的声道所占用的空间还要少。杜比数字的特点还包括:传输元数据,通过这些数据,我们可以控制回放参数,如以对话为主的回放电平,二声道解码起可以缩混多声道声轨。

值得注意的是,与主声道不同,LFE声道只传送低音信息(<120Hz),并且对其他声轨还音的定位没有直接的影响。它的目的是为了补充节目中的低音内容,或者可以说是为了减少其他声道在低音部分的负担。LFE声道原本使用在70毫米电影胶片上,它为摆放在银幕后面一只或数量更多的超重低音扬声器提供分离的辅助的低音信息。这样,无须升级影院中现有的3个前置主声道的放大器及扬声器,便能产生更加深沉的低频效果。同样这也意味着在70毫米电影胶片音轨的峰值储量不会在低频段有所增加,也就不会降低电影在中高频段的响度。最后,在现有的影院播放处理系统中,无需增加额外的分频措施来将左声道、中置声道及右声道中的低音信息改道进入超重低音扬声器。通过70毫米胶片已有的空间传送分离的低频效果信号的优势是明显的,其被证实在补偿电影声轨的低音能力上是最直接、最方便、最经济的方法。

杜比数字的节目也许包括只含低频信息的LFE声道,但是这个声道并不直接等同于超重低音扬声器输出。节目本身也许包含LFE声道,但是解码器(功放)可以不提供超重低音扬声器输出,这是因为所有的低音信息(包括LFE声道)可以通过主扬声器来还音。反过来同样成立,节目本身可以不包含LFE声道,然而解码器(功放)可以提供超重低音扬声器输出,这是因为部分或全部的主扬声器的还音能力不足,无法重播节目中的低音信息。LFE声道与超重低音扬声器输出的差异在于:LFE声道是用来在杜比数字的节目中携带额外的低音信息,而超重低音扬声器输出是用来表现节目中部分或全部的低音信息。LFE声道携带的额外的低音信息是作为主声道中的低音信息的补充。LFE声道在节目制作过程中,其SPL(声压级)被标定为比任何前置声道高10dB。即使所有的三个前置的(银幕)拥有足够的还音能力,LFE声道也可以单独提供足够的低音让影院的超重低音扬声器能够与前置的声道达到声场的平衡。这就使得制片商可以将强劲的低音转移至LFE声道,从而减少各个主声道的负担,如果有需要。在绝大多数的影片要求的情况下,即左声道、中置声道及右声道的低音完全加载的情况,LFE声道还能将低音的强度提高6dB。

另一方面,超重低音扬声器输出也可以认为是将来自所有六个声道的低音信息选择在通过超重低音扬声器输出。这种特殊的、将低音信息混合后通过超重低音扬声器来表现的方法称为低音管理,它是通过设定回放系统扬声器的不同的配置来选择的。比方说,除了重播来自LFE声道的低音外,超重低音扬声器输出还可以在中置及环绕声道扬声器的低音还音能力不足的情况下,包含来自这些声道的低音信息(并输出)。

(4)杜比E

杜比E是一种专业音频编码技术,用于辅助广播和其它一些两声道设备传输多声道的音频信息。杜比E可以通过一对AES/EBU或者一对数字VTR音轨,给后期制作和发行提供多达8个声道的广播级质量的音频信息。另外,杜比E的优点还在于经过它编码的信息可以被编辑、解码、编码再解码,经过多次编解码转换而没有可察觉的音质降低。

(5)MLP Lossless

MLP Lossless是一个真正的“无损”编码系统,DVD-Audio中采用的压缩技术,可对PCM数据进行完美地复制,不同于“有损”的感性编码的杜比数字技术。MLP Lossless有效地将磁盘空间扩充了一倍,而没有影响高解析度的PCM音质,从而使DVD-Audio光盘可以同时携带同一节目的立体声和多声道版本。所有DVD-Audio播放机必须具备MLP Lossless解码功能,而是否在其发行的产品上使用这项技术则由唱片发行商自行决定。

(6)高级音频编码

高级音频编码(AAC)是一种高质量感性音频编码技术,应用于广播和网络音乐下载。AAC的编码效率优于MP3,以更低的比特率提供更高质量的音频信号。这项技术是由四个工业界的领导者(AT&T、杜比实验室、Fraunhofer IIS以及索尼公司)共同开发,将其标准化为一个ISO/IEC的规范。作为MP3的继任者,AAC现在已经获得了越来越多软硬件生产商的支持。


3. 电影音频技术

(1)杜比立体声

杜比立体声出现于1975,是杜比实验室对电影声的第一个主要贡献:35毫米胶片上的多声道模拟光学声轨。杜比胶片有两个声轨,由四个声道矩阵编码而成:左、中置、右声道的信号传送到屏幕后的扬声器,第四个声道即环绕声道的信号传送给位于影院侧墙和后墙的扬声器用来产生环境声和特别效果声。其他一些技术的使用也改善了声音效果:杜比A型降噪技术,降低了光学声轨引起的嘶嘶和爆裂声;扬声器均衡技术,调节影院声音系统达到标准频响曲线。

(2)杜比SR

杜比SR是1986年出现的高级录音技术,第二年开始应用于杜比立体声光学声轨(代替杜比A型降噪),模拟SR声轨的动态范围得到明显的拓展,直到今天这项技术仍然应用于所有35毫米胶片上。SR声轨使得电影胶片可以在任何一家影院播放,即使该影院还未安装数字式还音系统;另外,SR声轨也是数字声轨的备份声轨,当数字声轨播放出现问题时系统会自动切换到SR声轨。

(3)杜比数字

杜比数字出现于1992年,名字来源于杜比数字(AC-3)音频编码。杜比数字信号存储在35毫米电影胶片一侧齿孔间的数字光学声轨上。另外,胶片上也同时记录了杜比SR模拟声轨,以确保还音兼容性。

杜比数字包括五个全频带的声道,即左、中、右、左环绕和右环绕。第六个声道,有时也叫做“.1”声道,因为该声道频宽只有人耳听觉范围的十分之一,它所携带的低频信息将通过超低音扬声器来播放。

(4)杜比数字环绕EX

杜比数字环绕EX在杜比数字基础上增加了一个环绕声道。该环绕声道的信息将通过后墙的环绕扬声器来播放,而左右环绕声道的信息则通过侧墙的扬声器来播放。这项技术带来了诸多好处,如更真实的头顶掠过和声像移动效果,在整个观众席区域内能够产生更连惯的环绕声场。


4.消费类环绕声

(1)杜比环绕

杜比环绕(Dolby Surround)是原来杜比多声道电影模拟格式的消费类版本。在制作杜比环绕声轨时,4个声道——左、中、右和环绕声道的音频信息经矩阵编码后录制在两路声轨上。这两路声轨可以由立体声格式的节目源如录像带及电视广播节目所携带并进入到家庭,经解码后原有4个声道的信息得以还原并产生环绕声。成百上千的家庭录像带以及许多电视节目是经杜比环绕编码的。

(2)杜比定向逻辑环绕声

杜比定向逻辑环绕声(Dolby Surround Pro Logic)是将杜比环绕编码的节目解码的技术;几乎每一部家庭影院音响系统都装备这种解码技术。如同在影院中使用的专业解码器产品一样,杜比定向逻辑环绕声技术还原了4个声道的信息——经编码后录制在节目立体声音轨上的左、中、右及环绕声道信息。

(3)杜比定向逻辑II

杜比定向逻辑II(Dolby Surround Pro Logic II)是一种改进的矩阵解码技术,在播放杜比环绕格式的节目时它拥有更佳的空间感及方向感。对于立体声格式的音乐节目,它可以营造出令人信服的3维声场,并且是将环绕声体验带入汽车音响领域的理想技术。传统的环绕声节目与杜比定向逻辑II解码器完全兼容,同样也可以制作杜比定向逻辑II编码的节目(包括分离的左环绕/右环绕声道)来发挥其还音的优势(杜比定向逻辑环绕声解码器兼容杜比定向逻辑II编码的节目)。

(4)杜比数字

杜比数字(Dolby Digital)是杜比数字(AC-3)音频编/解码技术在DVD及DTV这类消费类格式的应用。对于电影音频,杜比数字能够提供了可达5个全频带声道,其中包括左、中、右屏幕声道,独立的左环绕及右环绕声道以及第六个用以表现低音效果的“.1”声道。

(5)杜比耳机

杜比耳机(Dolby Headphone)是一种独一无二的信号处理系统,它能够使传统的立体声耳机产生令人信服的在真实听音室内多扬声器系统中感受到的环绕声效果。该技术可应用于任何具备耳机输出的音视频产品;也可以应用在飞机上,从而在飞行中给乘客提供娱乐享受。

(6)杜比虚拟扬声器

杜比虚拟扬声器(Dolby Virtual Speaker)是杜比实验室2002年10月推出的提高个人电脑娱乐的的技术。它能够通过仅仅两只扬声器就能使多声道和立体声节目产生真实的5.1环绕声效,使得多声道节目可以按制作者所设计的那样,被原汁原味地还原。这是一种性能超群的新一代信号处理技术,它令人信服地展现了置于正确位置的环绕扬声器的声效,从而使它在PC、DVD播放机和电视中应用非常合适。这样,所有节目观赏、音乐欣赏和游戏活动等都可以变为一种真实的环绕声体验,而免去了购置 一套传统环绕声系统所带来的额外费用和麻烦。

杜比虚拟扬声器技术的核心算法是基于先进的心理声学参数,其中包含了从技术和人类经验上对声音的理解。在一个典型的听音环境中,声音从扬声器中发出,是在经过在房间中的反射后才到达人耳的,到达双耳的时间是不同的,而与直接发出的声音的振幅和等同性也是不同的。大脑对由右耳和左耳提供的分离的声音信息的处理使人可以分辨出声源的方向和距离。杜比虚拟扬声器技术利用这些生物学上和心理学上的因素,创造出了有无形的扬声器被摆放在了配有五个真正的扬声器的杜比数字音响系统所推荐的位置上这种印象,其结果就是获得一种持续自然的声音和非常显著的环绕声体验。

(7)杜比定向逻辑IIx

杜比定向逻辑IIx(Dolby Pro Logic IIx)技术于2003年9月推出,为家庭影院爱好者播放传统的立体声和5.1声道的节目提供了7.1声道的解决方案,并延续了所有杜比音频技术所共有的丰富和清晰的内在特性。

杜比定向逻辑IIx是先进的矩阵解码技术继被首次用于杜比定向逻辑II(Dolby Pro Logic II)和杜比数字EX(Dolby Digital EX)后的一次延伸,在播放音乐或者电影节目时,它能产生最自然、最连贯的环绕声效果。当被植入影音接收机和处理器产品后,这项杜比新技术将为家庭影院爱好者提供灵活的升级途径,允许他们将来在5.1或6.1系统的基础上添加更多的声道和扬声器。

杜比定向逻辑IIx是首项能将传统的立体声音乐和电影节目进行处理,演变成6.1或7.1声道还音的技术,广泛适用于以下各类潜在听众:
(1)已经将5.1声道或杜比数字EX(Dolby Digital EX)家庭影院系统升级到6.1或7.1系统的资深AV爱好者。
(2)欣赏音乐和电影节目时要求更连贯、更具包围感的声场效果,并要求环绕声系统能发挥其最大功能的懂行听众。
(3)希望在欣赏传统两声道节目(如光碟、录像带或立体声电视节目)时能体验自然的、全频带的多声道效果的消费者。
(4)期望在聆听CD、卡带、MP3和高质量FM立体声广播节目的时候能体验到动态十足、自然的多声道环绕效果的音乐爱好者。
(5)希望欣赏到生动的空间效果、低频背景声效果和逼真声像效果的游戏爱好者。

结合了杜比数字(Dolby Digital)、杜比数字EX(Dolby Digital EX)和杜比定向逻辑II这三种技术的精华,杜比定向逻辑IIx技术使消费者的环绕声体验超越了5.1声道,有了更多的选择。从5.1到7.1声道扬声器配置都适用于杜比定向逻辑IIx,具体的声道配置取决于个人的喜好和影音系统的性能。

(8)虚拟杜比环绕声和虚拟杜比数字

虚拟杜比环绕声和虚拟杜比数字技术能够通过TV设备或者其他立体声回放系统中的两只扬声器获得令人愉悦的环绕声效。高效的虚拟化电路对杜比多声道解码器解码输出的环绕声道信号进行处理,随后将它们与前置左右声道进行混合。混合后的信号经两只扬声器回放,所产生的效果无论是空间感还是包围感都要明显优于普通立体声回放效果。

(9)杜比耳机

你是否设想过开动你的家庭影院系统而不会打搅你的邻居?你是否设想过在飞机上看电影能享受到和电影院差不多的效果?你是否设想过用耳机聆听交响乐的时候不再被听觉疲劳感所折磨?

有了杜比耳机(Dolby Headphone)技术,你的设想将变成现实。杜比耳机技术是一种革命性的信号处理系统,它可以处理最高达五个声道的音频信号,输入的音源可以是任何类型,听起来的效果让你感觉似乎置身多只扬声器包围的听音室中。传统方式聆听耳机时所产生的“脑内结像效果”被宽广、自然的声场所取代,你可以长时间聆听也不会觉得疲劳。

杜比耳机(Dolby Headphone) 技术所产生的并不是那种虚假的环绕效果:它所产生的是环绕效果是非常真实的。借助其强大的信号处理算法,杜比耳机技术产生出真实环境的声学信息,这些信息传递给你的耳朵和大脑后就产生了真实的三维声像。在聆听Dolby Digital或者Dolby Surround编码的声轨时,你会感觉到声音来自五只扬声器:在你前方有三只、后侧方有两只。当聆听立体声节目时,你会感觉扬声器的位置不是在你的耳边,而是在你的前方。

杜比耳机技术最独特的地方是基本消除了“听觉疲劳”——这一经常伴随耳机使用而产生的现象。杜比耳机技术是适合便携式或车载DVD播放机的理想技术,现在也被应用在一些个人电脑和A/V接收机产品上。天龙公司近期推出了世界上第一款既含有杜比虚拟扬声器技术又含有杜比耳机技术的消费类产品:D-M71DVXP DVD接收机系统,这款新产品能够在播放数字电视、电视游戏和DVD娱乐软件等音源时营造出非常真实的虚拟5.1听音环境。

在美国,Dell Inspiron系列的所有型号均采用了杜比耳机技术,而Sharp Actius则采用了杜比虚拟扬声器技术。在日本市场上,Sharp Mebius PC、Sony VAIO台式机、Hitachi台式机和笔记本电脑、NEC台式机以及Fujitsu台式机都包含了这两项杜比技术。

杜比技术是一种不断发展的声音技术,有些杜比技术使用在专业音频产品中,包括杜比实验室生产的影院声音处理器和数字音频编解码器,普遍使用在世界各地的录音和后期制作室、广播设备、电影院、磁带和碟片生产公司。另外,杜比技术也授权给诸如卡座、DVD播放机、家庭影院系统、电脑和机顶盒的消费类产品生产商。这些杜比技术集成在与杜比实验室密切合作的各大集成电路(IC)制造商所生产的芯片中,这使得杜比的认证客户能够把杜比技术应用到他们的产品中,为大家带来更多的娱乐体验。

更多信息,请访问http://www.dolby.com.cn/gb/consumer/technology

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