杜比数字(家庭影院多声道数字音频系统)

杜比数字（英文名：Dolby Digital），是杜比公司开发的家庭影院多声道数字音频系统，也是一种音频压缩技术标准。

1994年12月27日，杜比数字由日本先锋公司与美国的杜比实验室合作研制成功，并命名为“杜比AC-3（DOLBY Surround Audio Coding-3）”。1997年年初，杜比实验室又将其改称为杜比数码环绕声（Dolby Surround Digital）。杜比数字最初被应用在电影院里，它在35mm电影胶片中提供多声道数字环绕声，后来也被用于电视广播、数字视频流、DVD、蓝光光盘和游戏机等应用中。

杜比数字提供了5个声道，即正前方的左（L）、中（C）和右（R），后边的2个独立的环绕声通道为左后（LS）和右后（RS）。这些声道的频率范围均为全频域响应3~20000Hz。同时，杜比数字还提供了一个100Hz以下的超低音声道供用户选用。该声道包含了一些额外的低音信息，使得一些场景，如爆炸、撞击声等的效果更好。这个声道的频率响应为3~120Hz，仅为辅助，被称为“X.1”声道，所以杜比数字AC-3也被称为5.1声道。AC-3将这6个声道进行数字编码，并将它们压缩成一个通道，比特率仅320kbps。杜比实验室数字与杜比定向逻辑环绕声和THX系统最大的区别有两点：一是它的所有声道均是采用全数码方式录制；二是它采用了效率极高的MPEG2数码压缩编码技术，在许多方面克服了传统杜比环绕声的缺点。

词语释义

杜比数字（Dolby Digital），是杜比公司开发的家庭影院多声道数字音频系统，也是一种音频压缩技术标准，于1994年12月27日由日本先锋公司与美国的杜比实验室合作研制成功，并命名为“杜比AC-3（DOLBY Surround Audio Coding-3）”。由于杜比实验室数字是一种全数字化分隔式多通道影片声迹系统，于是在1997年年初，杜比实验室又正式将毒刺AC-3环绕声改称为杜比数码环绕声（Dolby Surround Digital）。

技术历史

背景

1987年，高清晰度电视系统的标准化工作开始在美国实施。在其音频系统设计中，人们希望能有四个以上的分离的声道，这就要求数字音频的数据速率必须至少是CD数字音频数据率两倍，而当时的技术条件很难满足这样高的速率要求。为此，杜比实验室开始设计多声道音频编码系统。

AC（Audio coding）指的是数字音频编码，它抛弃了模拟技术，采用的是全新的数字技术。AC-3音频编码标准的起源是DOLBY AC-1。AC-1应用的编码技术是自适应增量调制（ADM），它把20kHz的宽带立体声音频信号编码成512kb/s的数据流。AC-1曾在电视和调频广播上得到到广泛应用。1990年，杜比实验室推出了立体声编码标准AC-2，它采用类似MDCT的重叠窗口的快速傅里叶变换（FFT）编码技术，其数据率在256kb/s以下。AC-2则被应用在PC声卡和综合业务数字网等方面。

诞生

1992年，杜比实验室在AC-2的基础上，开始开发DOLBY AC-3的数字音频编码技术。1994年12月27日，日本先锋公司与美国的杜比实验室合作研制成功，并命名为“杜比AC-3（DOLBY Surround Audio Coding-3）”。尽管AC-3最初是在设计HDTV时构想的，但它实际上投入使用却是在电影院里，它在35mm电影胶片中提供多声道数字环绕声。为了与以前没有使用AC-3技术的电影院兼容，电影胶片上中的两个模拟音轨仍然被保留作为数字音频的备份，而新的数字音频数据则被记录在胶片齿孔之间的空间上。

杜比数字AC-3是根据感觉来开发的编码系统多声道环绕声。它将每一种声音的频率根据人耳的听觉特性区分为许多窄小频段，在编码过程中再根据音响心理学的原理进行分析，保留有效的音频，删除多余的信号和各种噪声频率，使重现的声音更加纯净，分离度极高。杜比数字AC-3提供了5个声道，即正前方的左（L）、中（C）和右（R），后边的2个独立的环绕声通道：左后（LS）和右后（RS）。这些声道的频率范围均为全频域响应3~20000Hz。杜比数字AC-3同时还提供了一个100Hz以下的超低音声道供用户选用。该声道包含了一些额外的低音信息，使得一些场景，如爆炸、撞击声等的效果更好。由于这个声道的频率响应为3~120Hz，仅为辅助而已，所以称“X.1”声道。所以杜比数字AC-3也被称为5.1声道。AC-3将这6个声道进行数字编码，并将它们压缩成一个通道，而它的比特率仅320kbps。

在技术规格上，杜比数字AC-3与杜比定向逻辑环绕声（Dolby Pro Logic）和THX系统最大的区别有两点：一是它的所有声道均是采用全数码方式录制，而杜比定向逻辑和THX则是采用模拟方法录制；二是它采用了效率极高的MPEG2数码压缩编码技术，从而在许多方面克服了传统杜比实验室环绕声的缺点。

技术特点

更好的立体环绕声

杜比定向逻辑系统环绕声只提供单声道环绕声，使得后方环绕声道只有包围感而没有声像定位能力。而杜比数字AC-3系统分别向左、右环绕音箱馈送信号，使环绕声道成为立体声声道，可把声音定位到后方的某点。比如，在喷气式飞机从前往后飞去时，杜比定向逻辑只能简单辨别声音从前往后飞，而杜比AC-3能更精确地判定是从左前方向右后方飞，还是从右前方向左后方飞，换句话说，就是它能判定后方的某种声音是从左边还是右边发出的。这样，在杜比实验室定向逻辑系统中难以再现的直升机沿房间绕场周的音效，在杜比数字AC-3系统中就可轻而易举地实现。

MPEG-2 Audio的“5.1环绕声”也称为“3/2-立体声家LFE”，其中的“X.1”就是指LFE声道。它的含义是播音现场的前面可由3个喇叭声过道（左、中、后），后面可有2个环绕声喇叭声道，LFE（Low 频率 Effects）是低频音效的加强声道。

全音频范围的宽频带

杜比定向逻辑系统中的环绕声道带宽仅限于0.1~7kHz，其他声道也只限0.02~16kHz。而杜比数字AC-3的5个声道（包括前方的3个声道和后方的2个声道）的频响皆为0.02~20kHz+0.5dB，超低音声道为20~120Hz+0.5dB，均有重放全部音频范围信号的潜力，使得它的音场更加扩大、方向感增强，在前后左右360°的空间内能非常精致地重放各种声音。

各个通道完全隔离

杜比数字AC-3使用了5个独立的全频段通道，即前方的左、中、右和后方的左环绕、右环绕，以及可选用的第六个超低音专用通道，所以也将它称为5.1通道系统。由于超低音通道的频带很窄，频率范围限制在20~120Hz范围内，所以只能算1/10个通道。采用这种5.1通道的环绕声系统，使得声像定位、相位特性和声场的重现性更为优越，并容易在一般家庭中取得和电影院一样的环绕声效果。

极其宽广而且可控的动态范围

杜比数字AC-3系统可以轻松自如地重放出猛烈的撞击声和轻微得几乎听不见的诸如一簇灰尘落下的细节声。相比之下，杜比实验室定向逻辑系统因解码后的信号常常带有较高的噪声电平，可听的动态范围就比较有限。杜比数字AC-3环绕声还允许用户根据需要改变动态范围的宽窄。对于那些住在公寓里或是喜欢在深夜观看节目的人，常常不得不以小音量聆听大动态的电影节目，这时利用杜比数字AC-3的小音量设定功能，可以将动态范围适当压缩，使得信号中低电平的部分依然清晰，而且系统可以对音量进行动态控制，使声音不会忽大忽小，甚至还可以根据要求对压缩进行编程。杜比数字AC-3系统可以按用户设定音量的大小及数码流中的音量大小信息，主动控制增益或输出电平的高低。这样每到节目变换或切换频道时用户不再需要调整音量。

与音响系统的兼容性

杜比实验室数字AC-3可以与其他种类的音响系统很好地兼容，包括活杜比定向逻辑环绕声、双声道立体声甚至单声道系统。它对每一种节目方式，都有一个指导信号，并能在工作时自动地为使用者指示出节目的方式。AC-3甚至可以将5.1通道的信号内容，压缩为单声道输出，其声音效果要比传统的单声道系统好得多。

其他优点

杜比数字AC-3除了技术上有许多特点和优点外，在使用上也具有许多优点：它能使单声道的节目通过5声道得到很好的声音效果。如果在它的比特流内，对每种节目方式，如单声道（mono）、立体声（stereo）和环绕声（surround）等都有一个指导信号，那么在工作时，AC-3能自动地为使用者指示出节目的方式。AC-3可以将5.1通路的信息内容，压缩为两个声道供给录制两通道的VHS或作为DOLBY环绕声的输入源。AC-3甚至可以将5.1通路的信号内容压缩为单声道。

应用领域

杜比数字最初用于给35mm电影胶片提供数字声音，后来也被用作数字音频标准用于电视广播、数字视频流、DVD、蓝光光盘和游戏机等应用。

杜比数字被美国采用作为高清晰电视（HDTV）音频系统。从1987年以来，美国一直在考虑其后该国高清晰度电视（KITV）的标准，经过多次的评试和鉴定，AC-3在1993年10月25日被正式定为美国HDTV的音频标准，并在1996年开始使用。

此外，杜比数字AC-3的适用范围很广，如制作激光影碟、CD唱机、VIHS录像带。在电视广播上，还可用于DBS（数字广播系统）、CATV（有线电视），甚至还被用于直播卫星上。