关于PCM和DSD的介绍

发表于 2019-5-20 13:17:33

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PCM是Pulse Code Modulation的缩写。（又叫脉冲编码调制）：数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。单位取样是24Bit 192Khz
DSD是Direct Stream Digital的缩写，表示直接比特流数字编码，是sacd(Super Audio CD)的编码模式。它是Sony与Philips在1996年宣布共同发展的高解析数字音响规格，单位取样是2.8224Mhz
PCM 和 DSD 是将音波转成数字的两种数据形态。麦克风收音后，把声音转成电流，送到录音机，录音机把这个---电压随音量大小变化---电流转换成数字数据，样子像 0001010111000…..，这个动作，叫“模拟转数字” ( ADC = Analog-to-Digital Conversion )
对于pchifi的发烧友来说，DSD是近期的一个焦点。因为，这段时间以来有越来越多USB或无线网络DAC宣称了对DSD的支持，且价格平易近人，这个趋势甚至延伸到家庭影院领域，先锋去年九月底发布的旗舰AV功放SC-LX86的USB输入就可对应2.8224MHz/1bit的DSD数字音乐档案的播放。

然而，电脑在播放DSD音频文件的时候却有先天不足之处，因为个人电脑USB Audio 2.0的声音定义只有PCM，苹果计算机的Max OS X的USB驱动程序及中央声音处理引擎CoreAudio也只支持PCM，于是DSD数字音乐档案要通过个人计算机播放，就必须透过「伪装」方式封装在24bit/176.4kHz的PCM串流里，通过USB传输称为DoP（DSD over PCM）、通过以太网络则为DoPE（DSD over PCM Ethernet），其作法是将DSD的音乐数据摆放于24个位里较低的16个位，前面的8个位则纪录是DSD或PCM串流的标记，如此一来数字模拟转换器辨识之后，只要能对应24bit/176.4kHz的PCM解码，就可对「隐身其中」的标准64fs DSD（64倍于CD取样率）音乐档案进行译码播放。

由于当前专业录音业界所有母带处理（mastering）设备都是PCM规格，并无法对DSD直接作处理。所以，即便最终呈现的是DSD格式，但在母带处理过程都得先转换为PCM，之后再转为DSD格式，这使得DSD去除插补失真的好处不复存在。
DSD是 1-bit 取样，每一个单独的 bit，是与它前一个取样讯号强度的比较逻辑值，若讯号强度更强，那逻辑比较结果为真 (1)，相反，结果为否 (0)，若讯号强度一样，则在强度维持同一位准的时间内，bit 值以 0101010....交互出现 ( 不是直觉的 1111111…. 或 00000000......, 这样代表波形持续上升、或持续下降。)

换句话说，DSD 1-bit 取样结果的每一个 sample，只是代表逻辑比较的真/假状态，而不是一个量化的数值。要作数学运算 ( 任何音效的处理所必需 )，当然是非常困难。相反的，PCM 的每一个 sample, 不论是 16/24/32 bit，都是个单独完整的数值，在运算上都非常灵活。
这也就可以理解，为什么 SACD 的录音、后制、发行，一定要经过 DSD-PCM 还有 PCM-DSD 的转换过程。( 除非是直录 ---- 直接发行，没有经过后制，连音量加减都没有 )。这个 DSD-PCM-DSD 转换，是个数理基本问题，不是科技实力的问题。

先前DoP或DoPE只有具备自行编写数字译码程序能力的高阶厂商（例如dCS、Playback Designs及emm Labs等）才有办法提供，直到去年一些内建DoP对应的192kHz/24bit DAC芯片出现后，中低价位DAC才能以简便廉宜的代价，支持DSD数字音乐档案通过USB或以太网络传输，也因此造就了「DSD高解析音乐文件及解码播放，可带来至高保证音乐回放」的印象。然而事实并非如此。64fs DSD取样率是64倍于音乐CD 16bit/44.1kHz的2.8224MHz，因此数据量相当于多位PCM的16bit/176.4kHz。换句话说，纯粹以记录信息相比，单位元DSD的2.8224MHz与多位PCM的16bit/176.4kHz是相当的，那我们是否可认定比16bit/44.1kHz更高的多位PCM音乐档案（例如16bit/176.4kHz、24bit/192kHz甚至24bit/352.8kHz），就一定比64fs DSD更优呢？也并非如此，这就好比数字相机更高的成像分辨率，并不等同于更高画质的保证一样，在画面构成画素的多寡之外，还有色域宽度、色彩纯度、对比层次、背景噪声、镜头光学质量等影响画质的因素；就数字音乐档案而言，记录数据量大小当然也无法直接拿来评断数字音乐整体表现之优劣，即使以同样的格式编码，不同的原始录音依旧有高低之分，这是在录音师一开始将音乐收录至母带时就已决定了。另一方面，即便是同一曲目的64fs DSD、128fs DSD或24bit/192kHz PCM数字音乐档案，由各个品牌相对应的DAC进行解码播放，最终所得到的音乐回放表现，还是与各DAC器材的整体素质（包括电源、机箱、抑震、解码、模拟电路等）有密切关系。