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浅谈DSD音频 是发展趋势还是厂商噱头PChome | 作者: 宋华飞 | 责编: 宋华飞                     2014-05-06 05:00:00                  
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DSD的编码原理以及优势

        现在再回过头来看一下本次的主角DSD，Direct Stream Digital（DSD）是属于索尼和飞利浦的专利技术，这也难怪索尼的高端音频设备会支持。DSD和我们现用这些音频编码格式最大的区别就是它是基于PDM（pulse-density modulation）脉冲密度调制实现，完全有别于基于PCM的音频。PDM是通过密度来表示模拟音频信号的，PDM每次采样的精度都是1bit，从图中可以看出在正弦波波峰的位置几乎都是1，而波谷的位置则是0，因此通过PDM调至的音频信号并不能通过现有的基于PCM的DAC进行解调。

DSD编码的大致原理

        目前DSD拥有四种不同的采样率2.8224MHz(64Fs)、5.6448 MHz(128Fs)、 11.2MHz（256Fs）和22.5792MHz（512Fs）。DSD使用的最多的场合是Super Audio CD (SACD)，这也是目前绝大多数DSD音频的来源，在SACD当中采用的是采样率2.8224MHz的DSD，同时考虑到体积的需求大约在2005年的时候还推出了DSD的无损压缩格式DST（Direct Stream Transfer），DST同样是可以直接使用在SACD当中。

	CD	SACD
容量	700MB	4.7GB
位深	16 bit PCM	1 bit DSD
采样率	44.1 kHz	2.8224 MHz
频响范围	20 Hz – 20 kHz	20 Hz – 50 kHz
动态范围	90 dB,120 dB	105 dB
码率	1411kbps	5645kbps
声道	2	6
时间	80 min	256 min

CD与SACD规格对比

        如果将SACD和CD的参数进行对比的话，可以看到SACD最大的优势是在于6声道音频的支持以及拥有更高的响应频率，但笔者认为SACD的响应频率意义并不大，因为人类听觉的极限频率在20Hz-20kHz，超出20kHz的部分人耳完全无法感知到。但就每秒的比特率来说，SACD当中的DSD达到了5645kbps，而普通的CD则是1411kbps，理论上来说DSD记录了比PCM更多的数据，解调成模拟音频信号时能够带来更小的失真。如果采用22.5792MHz的DSD的话每秒比特率则会翻倍至45160kbps，这数据量是PCM远不能达到的。

支持DSD解码的索尼PHA-2解码耳放

DSD的优势所在

        由于DSD采用了和PCM不同的原理进行调制，因此笔者认为DSD的大多数参数，例如位深、采样率等和PCM是没有可比性的，而笔者认为DSD优于PCM的方面主要是以下两点。DSD较大的比特率可以带来更加丰富的声音细节，这点对于发烧友还是一般大众都是非常有用的，而高达20Hz-50kHz的频率响应可能对普通用户来说意义不大。

1.DSD能够记录更加多的音频数据。

2.DSD拥有更宽的频率响应。

支持DSD录制的索尼PCM-D100录音棒

DSD为何无法普及

DSD既然优于PCM，那为何迟迟无法普及，虽然DSD知名度并不高但从1999年推出至今也有15年的历史了，笔者则认为主要是因为一下这四点，导致DSD普及受阻，就目前的情况来说DSD要想完全普及可能还有很长一段路要走，可能很长一段时间内DSD只是核心音频发烧友的玩物。

1.消费者缺乏获取渠道，目前只能购买SACD，无法通过时下流行的在线购买数字音乐方式获取。

2.原生支持DSD解码的设备太少，大多数情况下只能先将DSD转换成PCM在进行播放，无法体验到DSD的优势。

3.支持DSD的软件也相当稀少，软件很少原生支持，需要安装插件，播放过程比较麻烦。

4.DSD属于私有专利，其他厂商跟进支持颇有难度。

写在最后

        相对于PCM来说DSD确实是能够记录更加多的音频数据，理论上在还原时也能做到更多的细节，但由于缺少硬件、软件的支持以及其他厂商的跟进，使得目前DSD无法被普及，即使你拥有了原生支持DSD的DAC，但因为SACD发行量很少，导致买不到你想要的音乐，更何况现在连原生支持的硬件也不多，DSD要走的路还很长，近几年之内可能并不会普及。因此笔者建议各位网友完全没有必要盲目的购入原生支持DSD的设备，可能大多数时间用不到其DSD解码功能，更多的还是会把这台设备当作传统设备来用，得不偿失。

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简单根据文中的几个观点阐述一下：
稳重提到的PDM的概念相对少一些，实际上原理和Sigma-Delta调制器是一个概念。目前，基本上绝大多数单片机上带的ADC以及一些衡器上面用的都是Sigma-delta架构的ADC。PDM的简要概念是把输入的信号幅度转换成输出的密度，图形上看是。换个说法，就是输出一组0 1序列。
针对数字系统而言，这种数字序列是不能直接使用的，因而需要转换。Sigma-delta的结构一般是一个一位量化器，加上一些辅助工作。根据信号分析的理论，在输入信号与量化系统不相关的情况下，量化噪声认为是均匀分布在0-fs这个频段内的。量化噪声的总功率与量化位数有关，但其功率密度分布与采样率有关。
举个例子。一位量化器的噪声功率肯定要比16量化器的量化噪声功率大。这种功率无法削减。因而想让其对信号影响较小，通过拉宽FS，使其在信号带宽内分布的功率相对低一些，以达到目的。
但是这只是简单的分析，实际的sigma-delta调制器还需要进行一些积分以及微分处理，来调整量化噪声的功率密度的分布。使其在信号带宽内的分布更低一些。Sigma-delta的意思正是积分微分含义。
抬升FS，输出的数据很多，但是位数很低，因此需要增加一级抽取，从序列中抽取组合出想要的数据。这样，可以用1bit的量化器完成16bit的采样。
上面的分析看起来有点扯淡，但是是有理论支撑的。那么文中提及的DSD不如PCM的种种，实际上完全是涉及到编码标准而已。也并非DSD的声音就一定好。通过适当的转换，完全可以达到PCM的位深。这种方法就是牺牲采样速度来换取精度。但是现在的数字系统设计高速系统相对容易，而且降低了前级滤波器的要求。所以渐渐的相对多一些，缺点是采样率不能做很高，受限于其结构。
发烧友的耳朵，对声音的动态是比较敏感的。我曾经自己做过实验，听96K与192K同为24bit的声音，听出来的区别还是有的。96K声音相对松散。
数字系统只能逼近，更高的数据流量，必然有他的优势所在，比如DSD可能记录了很多声音的细节，但是普通人对这些细节并不能挺清楚，因而觉得采用DSD显得不是很有必要。著名的MP3压缩就是基于这种原理来做的。

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第二点文中所提的频响，实际上这类简单分析起来，就是感觉去除了sigma-delta结构中后级的抽取滤波器。而且，并不是没有所谓的解码DAC。现在好多音频DAC都是delta-sigma结构的，与上面的Sigma-delta结构刚好相反。只是，最终恢复到模拟设备上的是信号幅度，厂家尽可能希望其产品兼容性更好一些，而把这些解码的工作放在DSP或者专用设备上进行。
最终通过抽取滤波器，实际上是将高频率的FS减小，FS0.后面的数字分析是基于FS0进行分析的。注意，普通数字信号处理技术脱离FS就毫无意义，因为频带分析的2PI带宽就是0-FS。信号频域是按照FS进行延拓的。FS越高，例如192KHZ，那么信号所在的频段就那么一点。这么做的主要目的，是为了使其分布的量化噪声功率在其信号分布段更低。换句话说，动态更大一些。与频响没什么关系。

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第三点就是我个人理解了，之所以DSD不流行，是因为很多人对声音并不是那么挑剔。解码DSD带来的资源消耗是相对比较大的，这是其一，其二是文中所提，版权问题，具体现在还有没有限制我不清楚了，如果还有的话这个肯定也会影响。第三是源问题，从哪里获取这么高质量的声音呢？总不能我用MP3放声音，然后在通过调制器获取吧？信号处理只会带来信息的丢失。。。。
总之个人感觉其吸引力毕竟还是小，给一个木耳听一个极致耳机，他甚至还觉得不如路边十几块的重低音耳机好听。最终决定因素应该还是市场原因。发烧友另当别论了。

lison0103

害怕现在的懒惰

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这个版块怎么这么冷清呀。