：依马狮网 作者：朱伟 北京广播学院录音艺术学院 阅读819次
   
    编者按：2002年11月21～26日作者受德国录音师协会的邀请参加了德国录音师协会在德国汉诺威市举办的的第22届国际录音师会议。会议期间聆听了当今录音界最具前沿的学术报告，参加了环绕声节目的拾音和制作的实践活动，其间在汉诺威会展中心临时搭建的审听室作者亲身感受了新的声音记录方式SACD和DVD-Audio给声音的表现所带来的魅力，本文就是根据会议资料整理而成的有关SACD的综述文章，在此介绍给对此该兴趣的读者。

一  SACD简介
    1．什么是SACD
    CD的问世，可以认为是音乐重放领域中最令人激动的事件之一，它将音乐表演带到了一个新的境界。近些年来，一些要求苛刻的听众对重放声音的音质提出了更高的要求。正因为如此，飞利浦和Sony（CD的发明者）开发出了超级声频CD（SACD）。SACD采用了最先进的DSD技术，使重放的音质更为出色，将现场演出的所有细节还原得淋漓尽致。该技术接近于重放原始的模拟波形，从而得到清晰和更为自然的声音，将音乐表演的临场感和情感交流都表现得极为真实。由于采用了比CD高64倍的采样频率，所以SACD可以重放出极为纯正和自然的声音—不论是双声道立体声还是多声道记录的声音。
    2．为什么要开发SACD
    SACD是CD的一场逻辑上的革命，它给声频产业带来了美好的发展前景。SACD复合光盘为音乐专辑到零售商这一环节中的每一个与光盘相关的产业都带来了许多发展机遇。这是因为SACD复合光盘能在SACD播放机上播放出具有极佳的音质的声音，同时这种光盘也能在现有的任何CD机上进行正常的播放。

二  SACD与其他相关声频格式的功能比较
见表1。
对所有新声频格式的要求 SACD DVD-Audio DVD-Video
应用的领域 家庭，轿车以及便携式和将来的PC驱动器 家庭，轿车以及便携式和将来的PC驱动器 家庭，轿车以及便携式和将来的PC驱动器
性能 优于CD质量的独立多声道和单独的立体声混合信号 优于CD质量的独立多声道信号;立体声信号在大多数情况下来自多声道混合信号 劣于CD质量的独立多声道信号; 立体声信号在大多数情况下来自多声道混合信号
兼容性 与普通的CD播放机完全兼容,兼容DVD-Video播放机(CD内容) 与普通的CD播放机不兼容,兼容DVD-Video播放机(当AC-3内容可用时) 与普通的CD播放机不兼容
防盗版措施和复制保护 强有力的一系列的复制保护机制 一系列复制保护机制 一系列复制保护机制
增值内容 歌词,图片和视频 歌词,图片和视频 有广泛的内容增值潜力
导航式检索 与CD一样的导航式检索。附加内容的增强型CD式导航检索。 在增设的TV屏幕上，通过菜单式结构进行光盘的导航式检索。 在增设的TV屏幕上，通过菜单式结构进行光盘的导航式检索。


三  SACD格式简介
     

图1 PCM与DSD方案的比较
不论是在民用还是在专业领域，飞利浦和Sony都是声音记录和重放技术方面最具创新意识的先驱。例如，在上世纪80年代初期，他们就成功地推出了CD这一世界上第一台民用数字声频格式。CD以脉冲编码调制（PCM）技术为基础，将当时最先进的技术集于一身，成为播放音乐最为友好的民用格式，很快CD便成为预录音乐节目最成功的记录载体。至今已经在世界范围发售了8亿台CD播放机，而软件的销售量已经超过了140亿盘。尽管取得了如此骄人的成绩，但是人们一直在探寻具有更高分辨力的数字声频技术。其目的是找到能够满足音乐领域非常高质量的要求，并且能让最苛刻的听众满意的数字音乐载体。
    为了达到这样一个目的，就要求有一个全新的声频记录和重放方案。为此飞利浦和Sony提出了SACD这样一种解决方案。该解决方案采用了直接流数字（DSD）信号处理技术。这种信号处理技术原本是为珍贵的模拟主版磁带进行数字建档而开发的。
    DSD是基于1比特菲调制原理开发的处理技术，它使用的采样频率是2.8224MHz（相当于CD使用的44.1kHz采样频率的64倍）。该技术使得SACD的可使用带宽达到100kHz, 信噪比达到120dB。最终的DSD数据流比PCM调制的数据流更加接近于原始模拟信号。
    DSD调制的解决方案使得信号处理链路中的几个处理步骤被取消了（如图1所示）。
     

图2 多声道声频系统的设置
SACD在所有的声道上均使用了DSD技术。在多声道盘片中，共有8个声轨（多声道的6个声道和双声道的2个立体声声道）存储在光盘上。SACD的技术指标中规定，所有声道中的声频信号是完全分立的。正是由于采用了DSD技术作为SACD的技术基础，飞利浦和Sony才能够为民用市场和音乐界提供具有无与伦比音质的声音。
    取得SACD音质的关键因素之一就是它的多声道能力。有些制作人打算用增加声道的办法来忠实还原出演出现场的声学特征。另外一些人则打算开发出新的创造性机制，使听众能够感受到360°的声场。这样就可以使听众有更强的情感触动，同时也给音乐人更大的艺术创作空间。多声道的SACD取代双声道立体声SACD正成为人们欣赏音乐的另一种方式。
    但是如果没有光存储媒体技术的发展，要想达到这种音质水平是不可能的。通过采用更短波长的激光和特殊的光学器件，使得光盘的容量较上世纪80年代提高了7倍。实际上，SACD采用了DVD光盘技术作为物理数据载体。

四  复合光盘与兼容性
    1．复合光盘的数据结构
     

图3 复合盘完全后向兼容  
SACD格式可以识别复合光盘。该种复合光盘巧妙地将通常“红皮书”格式的CD内容组合到单独的4.7GB记录层上。这一概念是SACD格式与成熟的CD格式之间的基本连接方式（如图3）。复合光盘包含了标准精度的CD层和高精度的SACD层，SACD层可以包含高达4.7GB的DSD数据，SACD层的逻辑结构相对简单，并且与CD内容层一样明了。在SACD层中的增值数据区的使用是备选的，该区可以包含诸如歌词、视频图像和图片等内容。图4所示的是复合光盘的内容。
    2．复合光盘的物理结构
     

图4 复合光盘的内容  
从外观上看，SACD复合光盘与直径12cm、厚度1.2mm任何光盘没有什么区别。但是从内部来看，这种光盘是将两个0.6mm的数据记录层粘接在一起，其中一个记录层包含的是SACD数据，另外一层则包含的是CD数据。CD数据层是靠近光盘标签一侧，而SACD数据层位于光盘的中间。在拾取CD数据时，SACD层实际上是读取激光束检测不到的。包含在SACD复合盘中CD记录层中的数据是与“红皮书”CD标准完全兼容的，因此这种复合光盘可以在所有具备CD播放功能的机器上播放。
    3．复合光盘的粘接
    利用聚碳酸酯作为粘接材料，复合光盘的粘接处理过程与DVD5一样。但是如果使用环烯作为粘接材料，要想取得合适的粘接力，就需要对感光底层进行表面预处理。这一预处理过程可以在生产线上完成。
    4．检测设备与技术要求
    在生产复合光盘期间，可以采用与DVD类似标准的在线监测系统，同样要进行离线的参数检测。对于CD和SACD层的HF和伺服信号的测量，可以使用大多数测试设备生产厂家生产的商用SACD测试设备来进行。通常，这些信号的测量标准与DVD（SACD层）和CD（复合光盘的CD层）一样。
    5．复合光盘的生产
    复合光盘的生产与DVD的生产类似，但也有一些差别。任何现有的DVD生产线都可以改造成SACD的生产线。所有塑质盘一般都会吸收潮湿环境中的水分，对于复合光盘而言，这种水分吸附现象只是比CD和DVD稍微严重一点。带有保护涂层的标签文字可以比激光透视一侧更能较好地阻止水分的侵入。必须采取必要的保护措施来避免潮湿环境下复合光盘发生卷曲。一般采用如下两种解决办法：一是使用不易吸收水分的材料来做记录层；二是增加正面涂层。
    6．SACD复合光盘的制造流程简介
    （1）主版和模版：SACD复合光盘的制造需要两套压模版，即CD和SACD模版，这两种模版均是由413nm（DVD）激光束录音机的主版盘成型的。在制造玻璃主版的过程中要加入版权和防盗版的一些特性措施。之后关于主版和模版的一些处理就与DVD的制作流程一样了。
    （2）感光底层：CD和SACD的模版用于复制复合光盘的感光底层。对于两个记录层，复制是采用通常的0.6mm感光底层（DVD）模版和溅射成型设备完成的。



SACD (Super Audio CD)(下)

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时间：2003-4-17 16:46:39 来源：依马狮网 作者：朱伟 北京广播学院录音艺术学院 阅读523次
   
五 CD和SACD层的读取原理
     

图5 复合光盘的信号读取
复合光盘巧妙地利用了CD和SACD读取激光具有不同波长（分别是780nm和650nm）的这一特点。如图5所示，其中的SACD层相当于一个滤色片，它可以透过读取CD的激光束，但是对于拾取SACD的激光束而言，SACD层的材料可以将其反射，故可以读取。复合光盘的粘接处理与单层DVD5一样。SACD与CD层之间的距离是0.6mm，这样可以保证不出现光学干扰或使层与层间的串扰恶化。
    在复合光盘中CD层的所有特性必须符合“红皮书”CD的技术要求。SACD层的高频和伺服特性，以及它的机械和光学参量与DVD5的相应的技术要求是一致的。复合光盘与DVD的不同之处只是内容的逻辑分配，数据格式和复制保护措施。

六 SACD的录制
    此前已经介绍过SACD是采用DSD技术进行信号处理的，DSD是1比特数字信号，它的高采样率（2.8224MHz）可使采用的防混叠滤波器具有100kHz的过渡带宽，保留有10ms的脉冲相应。DSD在整个声频带宽上具有120dB的动态范围。
    SACD的内容可以是来自新录制的素材，也可以是原来建档过的素材。要想创建SACD节目，则内容必须是DSD格式的。当源素材的声频格式不是DSD格式时，必须用专门的技术和已经开发出来的格式转换工具将其转换成DSD格式。表2中列出了可以使用的DSD设备。有关的最新信息可以浏览所给的网址。
制造商 类型 型号 信息查询
DSC  AD转换器 904/905 www.dscltd.co.uk  
DA转换器 954/955
DD转换器 972/974
Emmlabs  AD转换器 ADC-8 www.emmlabs.com  
DA转换器 DAC-8
Genex  AD转换器 GX-A8 www.genex.co.uk  
DA转换器 GX-D8
8通道DSD录音机 GX-8500
Merging
Technologies  8通道DSD工作站  Pyramix
Virtual Studio www.merging.com  
SADiE 2通道DSS工作站 Super Audio CD
MasteringEditor www.sadie.com
Sony 8通道DSD工作站 Sonoma www.superaudio-cd.com
Tascam 2通道DSD录音机 DS-D98 www.tascam.com
图2


七 SACD的内容保护
    SACD的内容保护采用了5道防线。每道防线均有抵御非法复制的不同措施。这些防线是相互独立的，以便于即使攻破了其中的一道防线，其他的保护措施仍能够防止对其内容进行非法复制。SACD的内容保护措施可以避免SACD光盘被商业化盗版和伪造，也可以阻止进行消费形式的复制，比如在可录DVD上进行盘到盘的复制。
    1．DSD内容的保护


图6
    （1）第一道保护防线：现有的PC光盘驱动器不能读取SACD光盘的数据。在这一道防线中，SACD光盘导引区数据是交织排列的。它隐藏了初始读取所必须的光盘参数。因此没有在SACD中注册的驱动器是不能读取SACD光盘的，并且将装入的光盘弹出。这种技术称之为“SACD标记”。SACD标志对于那些打算盗取SACD交织排序系统内容的PC电脑黑客而言，由于他们在其硬盘上得不到原始的交织排序的DSD数据，所以SACD标志有很好的保护性能。
    （2）第二道保护防线：如果SACD数据已经被复制了，那么它仍然是不能使用。
复制保护系统最严重的失败就是使用者将SACD光盘原封不动地，逐比特地将已出版的光盘复制到可录光盘上。如果复制数据中包括有去交织所要求的口令，那么这样的光盘就可以在民用的设备上播放了。一些其他的复制保护系统依赖写在导引区的口令。虽然对于PC而言，应用程序通常是不能访问导引区的，但是理论上可以对录音机进行改造，使其可以将数据复制到导引区。只要导引区被访问到，那么就可以进行高速和无限制地复制了。
    为了避免出现这样的问题，SACD采用了一些措施，这些措施可以使得已经逐比特复制了DSD交织数据的可录光盘在SACD播放机上仍不能播放。这是第二道保护防线，其中SACD光盘中包含了所谓的“Pit Signal Processing Physical Disk Mark-PSP-PDM (点坑信号处理的物理盘标记) ”，或称为不可见的水印。PSP-PDM有两种方式工作。第一，SACD播放机在开始播放时要检测PSP-PDM；第二，PSP-PDM包含了对记录在SACD光盘上的声频内容进行去交织处理所需要的信息。对于民用的录音机是不可能写PSP-PDM的。由于逐比特复制了DSD 内容的可录光盘丢失了PSP-PDM，所以SACD播放机就不能播放可录光盘了。
    （3）第三道保护防线：盗取标题的交织数据的成本是很大的。
    假设交织的DSD数据可以在PC上读到，但是利用目前的高端PC机对口令进行彻底地检索，也要花上数月的时间。电脑黑客要想得到所有可能的关键数值就要进行彻底地口令检索。要相对DSD进行去交织处理必须找到80比特的数据。这对于PC黑客来说，这种通过彻底地口令检索得到这些比特殊数值是困难的，因为这80比特在总线或驱动器的IC连接间是看不到的，即便是交织的形式也是看不到的。这种彻底地口令检索对于每个SACD标题必须重复进行，因为每一个SACD标题的口令都是不同的。在SACD光盘上没有通过PC驱动器和DeCSS型软件可以恢复数据的媒体口令块或专辑ID。
    （4）第四道保护防线：绝不会暴露交织系统的细节。只有硬件可以使用去交织算法。特许协议不容许以软件形式制作去交织算法。所以没有必要从SACD传输交织口令来驱动软件应用程序。这样便消除了通常的安全隐患。另外，只有特许的IC制造商才能以可靠的硬件模块形式使用算法。其他的特许不需要了解复制保护系统的细节。目前还不打算为去交织算法的软件应用办理许可。因为这样的应用方案很容易被PC黑客攻击。
    （5）第五道保护防线：避免商业盗版和伪造的巧妙保护措施。
SACD格式化设备和PSP-PDM编码器将不在开放的市场上使用。这样非特许的制造商就不可能通过对模拟输出进行再次数字化的方法来重新制作SACD主版。格式化设备和编码器只是租给特许的制造商，决不销售给他们，因此市场上决不会有二手的设备。
    SACD只有在检测到PSP-PDM（播放控制）时才能进行播放。PSP-PDM不能由还没有签发SACD技术特许的DVD主版制作设备写入。因此，SACD的播放控制会弹出那些盗版的光盘。
    2．看不见的水印
    看不见的水印称为PSP-PDM。PSP-PDM是非常困难地写入到可写光盘上的。它只能由SACD特许的设备写入到主版中。PSP-PDM用于重放控制（必须有PSP-PDM才能进行首次播放SACD光盘动作）。PSP-PDM还可以用于内容访问的控制。
    3．SACD标志：光盘访问控制
    SACD标志隐藏了某些光盘参数。驱动器在开始读取光盘前必须要有这一信息。因此不兼容的驱动器将不能从SACD光盘读取数据。
    4．重放控制
    DSD播放只能在检测到PSP物理光盘标志后才能进行。

八 SACD的建档
    SACD的建档过程与“红皮书”CD的建档过程极为相似。SACD的建档过程可以分成如下三个阶段：（1）演播室阶段，在该阶段中创建声频主版和文本内容；（2） 建档阶段，在该阶段中创建适合于光盘复制的光盘镜像；（3） 复制阶段，在该阶段中用光盘镜像制作出实际的SACD。
    1．CD层的建档
    SACD复合光盘的两个记录层是分别定义和创建的。由于CD层是与普通的红皮书CD声频完全后向兼容的，因此该层的建档可以使用标准的商业应用的建档工具来进行。
    2．SACD层的建档
    SACD层的建档过程就是要创建一个光盘镜像，其中包含了SACD光盘的SACD层存储的所有数据。最终的光盘镜像适合于传输到SACD的复制处。
    （1）输入数据。如果提供了如下信息，那么就可以开始建档处理了：A. 声频主版，声频主版磁带包含有用于立体声和/或多声道区的最终声频码流，声频内容的格式必须是DSD格式。B. 声轨标志信息定义每一声轨的开始时间和终止时间的时间码,该信息可以包含于DSD文件中。C.目录表（TOC）信息包括专辑，光盘和声轨的识别数据和（备选的）SACD文本信息。
    (2)认可检测。在这一处理过程中，根据内容提供者所提供的情况，对输入的数据设置进行完整性和一致性的检测。
    （3）直接数据流转换编码（DST）。DSD声频内容被编码成DST内容。DST编码通过无损打包处理的方法降低了DSD声频数据的存储容量。仅对于立体声而言，如果原始的数据量不超过SACD光盘的固有容量（4.7GB），那么就不需要进行DST编码；但是对于多声道光盘而言，则不论是立体声还是多声道都需要进行编码。DST编码系统是一个基于软件的处理过程，它可以对以DSD格式记录的声频数据流进行无损打包处理。最终生成适合SACD存储的DST声频数据流。


图7 SuperAuthor GUI
    （4）“深红皮书”SACD建档。这一步是按照“深红皮书”技术规定第二部分的要求将所有输入数据组合到一个光盘镜像中。“Super Author”软件包用于创建SACD层的光盘镜像。图7所示的就是易于使用的图形用户界面，它能对所有基本的专辑，光盘合声轨信息进行定义，比如：分类号（在专辑和每一声轨中）；ISR代码（每个声轨）；音乐流派（在专辑，每张光盘（最多可有4种不同的流派）和每一声轨中）；文字信息，如专辑名称，演员名字，声轨的标题，声轨的曲作者等。
文字信息可以提供多达8个不同的文本通道。用于每个文本通道的语言可以选择（比如英语，德语，日语，汉语和朝鲜语等）。另外它也支持语音文字信息。功能强大的用户界面可以嵌入通过一条命令输入到建档程序中的来自DSD/DST文件的时间码。最后，用一条命令开始光盘镜像创建处理，它要比实时处理快得多。
    （5）光盘镜像确认。SACD光盘镜像认证软件包执行对光盘镜像完整的句法和文法的确认工作。当光盘镜像通过了认证而没有错误时，它的内容就被认可，并符合“深红皮书”技术指标第二部分的要求。
    （6）重放监听。重放监听需要专门的有数字输出的PCI插卡，它可以连接到大多数商用的DAC上。这种重放监听可以让SACD光盘镜像从硬盘直接播放，就好像是由SACD光盘播放一样。
    （7）光盘镜像建档。认可的SACD光盘镜像可以建档成AIT1或AIT2磁带格式。然后最后的磁带可以送到SACD光盘制作工厂去制成主版和复制。