杜比数字AC-3环绕声系统

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　杜比数字AC-3环绕声系统(DolbyDigitalSurroundSystem)是杜比实验室与日本先锋公司于1994年底联合研制的最新环绕声系统。它采用数字技术，将左声道、右声道、中置声道、后方左环绕声道、后方右环绕声道和超低音声道的音频信号经数字编码压缩后成为一条数字声迹再进行记录。在放送端，AC-3编码信号送到AC-3解码器进行处理，重新输出左、右、中、后左、后右和超低音声道的音频信号。AC-3的左、右、中、后左、后右五个声道的频率范围为20—20000Hz，超低音声道的频率范围为20～120Hz，故超低音相当于0.1个声道，合起来称为5.1声道。
　　
　　1．AC-3编码系统的数据压缩
　　
　　我们熟悉的CD唱片的数字编码为16bit（比特）线性脉码调制(PCM)方式，采样频率为44.1kHz。
　　
　　一张CD唱片的容量为680Mb，可以刻录60min的双声道立体声节目。如果用与CD同样的方式刻录AC-3六声道的PCM（脉冲编码调制）数字信号，则一张同样尺寸的碟片只能播放20min。为此，AC-3根据声学与心理学特征，采用了数字压缩编码技术，只取那些能被人的听觉所感知的信号，舍去那些感觉不到的冗余信号，从而达到减小数据信息而又不降低音质之目的。
　　
　　所以，AC-3为音频感知型编码系统，英文全称为AudioPerceptualCordSystem。
　　
　　音频感知型编码就是利用听觉掩蔽效应来大量压缩数据。听觉掩蔽效应可归纳为：频率与振幅变化不大的声音易被频率和振幅变化大的声音所掩蔽，较强的声音可掩蔽相近频段中较弱的声音，高频率声音比低频率声音更容易被掩蔽。
　　
　　AC-3利用听觉掩蔽效应压缩数据的具体做法是：先将各声道的20～20000Hz整个音频频带划分为许多宽度不等的狭窄频段，灵敏度越高的频率，划分的频段越窄，这些被划分成狭窄频段的信号分别被数字化处理。编码器内部有一个“听觉掩蔽模块”，用以模拟人的听觉掩蔽效应，它根据信号的动态特性来决定该频段的数据量，对那些信号密集、音量大的频段给予更多的数据比特数，而对那些由于掩蔽　　效应而听不到的信号频段使之占有较少或不占比特数。
　　
　　另外，编码器对信号类似的声道进行合并，从而极大地压缩了数据量。经过上述方式压缩后，全部六个声道的数据所需存储空间比双声道的CD还要少，其音质接近于CD水平。
　　
　　掩蔽模块与数据量分配技术是AC-3获得高压缩的关键。AC-3采样频率在32kHz，44.1kHz及48kHz中选择，数据传输率每声道为32～640kb／s。经压缩编码的数据流按照通信协议以一定的格式打包。这样，六声道的模拟信号最后以PCM数据流的方式进行传输或录制到媒体上。
　　
　　2．AC-3的特点
　　
　　AC-3与杜比定向逻辑相比较，具有下列特点：
　　
　　(1)声道分离度无限大。由于AC-3各声道全数字化且相互独立，因而AC-3各声道之间不存在窜扰，声道分离度理论上为无穷大，环绕性能明显优于杜比定向逻辑。
　　
　　(2)兼容性好。AC-3解码器能自动识别原始信号类别并做出相应的处理。如果原始信号是AC-3编码的PCM数据流，则解码器按正常模式工作，输出5.1声道信号。如果原始信号是单声道，或双声道立体声，或模拟杜比环绕声，则AC-3均能向下兼容处理后输出。
　　
　　(3)动态范围可调。在家庭影院中，聆听者不同，对声场的动态范围要求也不同。年轻人喜欢动态范围大些，以便有电影院声场大起大落的刺激；但有些人希望动态范围适中，以减小突如其来的效果声的惊扰。要求动态范围可调，一般的系统无法做到，AC-3却能做到，AC-3允许用户在播放时自由选择合适的动态范围。
　　
　　(4)语音标准化。当AV放大器切换节目源时，音量可能会发生变化，在一般系统中，这需要用户再次手动调整音量。AC-3的语音标准化功能可以实现语音自动调整，使不同的节目源具有相同的语音音量。

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3．AC-3解码
　　
　　(1)AC-3解码是一个复杂的数字信号处理过程，既涉及到硬件，又涉及到软件。下图所示是典型的AC-3解码简化电路，它主要以ZORAM公司生产的ZR38500集成电路（芯片）为核心。

　　(2)ZR38500具有AC-3的所有功能。包括对杜比AC-3数字信号的解压和解码，产生六声道输出；也能向下兼容，对按杜比定向逻辑方式编码的PCM信号解码，产生四声道信号输出，并能对双声道与单声道的PCM信号进行处理；通过编程对中置声道和环绕声延时实现控制；产生序列噪声，用于检测各声道的平衡状况等。
　　
　　(3)ZR38500内含32位微处理器，时钟频率为33MHz，提供A0～A15共16根地址线，可分别对芯片外64KRAM与ROM寻址。ZR38500有一个20位的数据输入/输出口，用于向芯片外RAM和ROM读/写数据。芯片外RAM(32K×16)用于环绕声延时，芯片外ROM用于加载管理解码器操作的用户程序。
　　
　　被压缩的数据流通过SPDIF（索尼/飞利浦数字接口格式）接收器后，从串口A输入，SPDIF接收器还担当输出口D/A变换的时钟控制，这个以主时钟256倍率的时钟控制信号来源于原始的压缩信号源。
　　
　　解码后的数据从SDB，SDC及SDD三个串行口输出，其中SDB串行口输出左、右声道数据，SDC串行口输出左环绕和右环绕声道数据，SDD串行口输出中置声道和超低音声道数据。
　　
　　SDB，SDC和SDD串行口数据经三个D/A变换后才成为模拟六声道音频信号。
　　
　　(4)AC-3凭借其优异的性能，在音频领域得到广泛应用。AC-3已被影视界普遍接受，成为电影界公认的标准，按AC-3录制的影片日益增多。
　　
　　在影碟机中成为龙头的DVD把AC-3作为它的声音制式，从而确立了AC-3在家庭影院中的地位。
　　
　　美国HDTV（高清晰度数字电视）最先采纳AC-3作为其主要声音制式，数字电缆电视、直播卫星电视及数字音频广播也已经或准备采用AC-3，AC-3将越来越受到人们的普遍关注。

mureng

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