Atrac

Atrac是一項基於聽覺心理學領域的研究和不損傷可聞聲質量的數碼音頻解碼壓縮技術，對音樂資訊有效的進行壓縮，壓縮的比率為原來的五分之一，因為MD使用了ATRAC壓縮技術，這樣的壓縮大大節省了許多空間，所以 CD的碟片要120mm大小，而MD只需64mm就可以錄下74分鐘的音樂。

它是根據心裡聲學原理，把人耳所不能分辨的聲音信號的強度、方位、音調、音色捨去，從而在一張容量不大的MD空白碟片上存儲高品質的音樂。

ATRAC將16比特44.1KHz的數字信號以頻率響應軸分成52個區段（在低頻時分割較細而在高頻時分割較粗），根據聲音心理學的原理，將聲音信號中人耳聽不到和對人的聽力影響不大的信息給剔除出去而達到縮小聲音文件的目的。利用這種原理，ATRAC可以將錄音的資料量壓縮為原來的五分之一（即壓縮比為1：5）

ATRAC壓縮技術主要是利用了人耳的蔽遮效應，在心理聲學原理上，在進行音頻錄入的同時，有許多外部的頻段同時也會被錄入，當人耳同時聽到兩個不同頻率、不同音量的聲音時，音量較小的低頻及音量較小的高頻連同不為人耳所察覺的頻段信號都會被自動減弱或忽略不予記錄，因此又可以稱為適應性變換聲碼技術，由於近年來編碼壓縮技術（ATRAC的版本）越來越成熟，所以經過編碼解碼過程后的聲音仍直逼CD。

ATRAC格式雖然在演演算法上比MP3更優秀，但自身非常封閉，兼容性較差，導致市場接受度一直很低。

ATRAC家族至今有近10年的歷史，而目前使用ATRAC/ATRAC3格式的產品包羅萬象，從最早的MD機到目前NETWORK WALKMAN、手機、PDA等產品，各種產品線不斷完善，而這一切都緣於一個主線——ATRAC/ATRAC3，這也是野心勃勃的電子巨人——索尼（SONY）公司手中最強的王牌。

首先我們來看看ATRAC的由來。20世紀80年代索尼公司與飛利浦（Philips）公司共同制訂的CD（Compact Disc）格式雖然使得CD具有完美的音質，但由於CD的尺寸被限定為12cm，不太適合隨身聽，便攜性方面遠不如磁帶隨身聽，而且CD是只讀的，無法自行錄製音樂。因此索尼看到了市場上的這一空白，決心開發一種全新的音頻技術，而與SONY共同制定CD標準的飛利浦也有相同的想法，但在介質使用方面大家卻存在很大的分岐，飛利浦仍然堅持走磁帶路線，開發了DCC（Digital Compact Cassette）技術。在1989年，研製成功的可錄性MO技術為索尼公司指明了方向，利用這種MO技術，可以讓存儲介質的體積進一步縮小，這就是64mm的MD（MiniDisc）碟。1992年，索尼公司終於推出新一代攜帶型錄放機——也就是我們今天所使用的md隨身聽，而在MD中使用的壓縮演演算法就是ATRAC。

ATRAC的底細

ATRAC全稱Adaptive TRansform Acoustic Coding（自適應聲學轉換編碼），是一套基於心理聲學原理的音響解碼技術。它的主要任務的是：一、把16位、44.1kHz的立體聲音頻進行壓縮；二、使硬體執行簡單便宜，適合便攜的播放和錄製使用。

統計分析表明，聲音信號中存在多種冗餘度，編碼時可以除去這些冗餘從而減小文件體積，在解碼時這些冗餘可以再重新建立。而ATRAC技術就是利用人耳聽覺的心理聲學特性(頻譜掩蔽特性和時間掩蔽特性)以及人耳對信號幅度、頻率、時間的有限分辨能力，編碼時凡是入耳感覺不到的成分不編碼，不傳送，即凡是對人耳辨別聲音信號的強度、音調、方位沒有貢獻的部分(稱為不相關部分或無關部分)都不編碼和傳送。除了在編碼過程中使用這種心理聲學特性，ATRAC演演算法還把它應用在時間-頻率的分割過程中。通過結合子頻帶解碼和轉換解碼技術，輸入的信號被分析到不均勻的強調重要低音區域的頻率分割。另外，ATRAC使用一個可變塊長度改編輸入的信號。這可以確保在穩定通過時高效的解碼而不會在瞬時通過時影響時間的解析度。ATRAC就是利用這些特點來工作的。可以說ATRAC充分利用了心理聲學中的等響曲線、屏蔽、臨界頻帶等原理，把音頻數據減少到原來的1/5，而採樣率為（位速率）285kbit/sec。正因為ATRAC壓縮演演算法充分利用了人耳的遮蔽效應原理，所以音質直逼CD。更重要的是ATRAC加入了版權保護系統SCMS，在MD機上不允許二次數碼複製，完全沒有版權問題，這些正是ATRAC的成功之處。

憑藉著ATRAC壓縮演演算法和MD盤介質，索尼的MD終於打敗了飛利浦的DCC，但這並不意味著MD就擁有了隨身聽市場，因為早期的MD機受ATRAC晶元所限，音質並不令人滿意，在這裡我們要分清ATRAC/ATRAC3演演算法與ATRAC晶元的關係，前者是壓縮演演算法，後者是硬體編碼/解碼晶元。讓我們來看看錶1中各個ATRAC晶元版本的區別。

表1

ATRAC版本 IC 晶元型號 頻率極限 噪音 音質 處理過程 使用日期

ATRAC 1.0 cxd-2527 15kHz 大 金屬性較強 16×16比特乘法 1993/02

ATRAC 2.0 CXD-2531 18kHz 比ATRAC 1.0低很多 接近DAT音質 16×24比特乘法 1993/11

ATRAC 3.0 CXD-2536 18kHz 動態過濾器間斷時沒 在盲聽測試中與 使用塊浮動類型計算改進小 1994/11

有噪音 DAT沒有差別 信號時的性能

ATRAC 3.5 CXD-2536A 18kHz 相當於DAT 相當於DAT音質 24×24比特乘法 1995/06

CXD-2536B 1995/10

ATRAC 4.0 CXD-2650R 19kHz 相當於DAT 相當於DAT音質 1996/08

CXD-2652AR 自適應高頻帶控制，頻率響

ATRAC 4.5 CXD-2537R 20kHz 相當於DAT 相當於DAT音質 應推進到20kHz，更高精度的 1996/12

CXD-2654R 計算使噪音降低了3dB 1998/09

ATRAC 5.0 SHARP晶元* 20kHz 相當於DAT 相當於DAT音質 1999

ATRAC 6.0 SHARP晶元* 20kHz 相當於DAT 相當於DAT音質 1999

*註：夏普的機器使用的是自己的ATRAC晶元，而且版本發布的速度比索尼還要更快一點，目前在其主打機型上的已經是第七代的ATRAC晶元了——採用.25工藝的ATRAC 6.0。而索尼則還是採用的是ATRAC4.5的晶元。

從表1可以看出，ATRAC晶元的版本對於ATRAC壓縮演演算法的音質有著非常重要的影響，就是說有了好的壓縮演演算法，還必須有完善的硬體晶元支持才行，而各個版本的ATRAC晶元改進主要集中在提高信號處理步驟的數學精度和比特分配處理的準確性上。目前ATRAC晶元技術已相當成熟，使得ATRAC的音質達到最高峰，尤其在加入“TYPE-R”DSP后，ATRAC的音質更上一層樓。所謂“TYPE-R”技術全稱ATRAC專用DSP TYPE-R，即擁有2倍的信號處理能力，可通過TYPE-R DSP將各頻段的信號重新進行再分析及再分配，從而對信號進行更加精確的記錄，大大提高了高頻性能，是目前MD編碼技術中最高水準的錄音編碼方式。

百尺竿頭更進一步——ATRAC3 ATRAC壓縮演演算法基於其技術特點，被局限在MD機領域中使用，而且正當MD不斷發展的同時，另一音頻格式——MP3異軍突起。MP3壓縮演演算法全稱MPEG (Movie Picture Experts Group) 1 Layer 3，其壓縮比是1∶12，比ATRAC演演算法更高，採樣自由度更高，可由用戶自行從32~320kb/s選擇，而因為ATRAC演演算法是固定採樣率的，因此MP3演演算法可選擇較低的採樣從而節省存儲空間，比較常用的就是128kb/s的採樣率，所佔有的數據空間只有ATRAC演演算法的一半，而且音質相對還可以應付，因此用戶為了以音質換取存儲空間從而選擇MP3，這使得靠網際網路起家的MP3格式大有趕超MD之勢，尤其是韓國世韓公司成功推出第一台MP3隨身聽后，各種MP3隨身聽的產品如雨後春筍一樣橫掃隨身聽市場。作為電子巨人的索尼公司當然不能坐視不理，這就引出了ATRAC3演演算法。

2000年索尼公司正式推出了ATRAC3壓縮演演算法，新的ATRAC3壓縮演演算法是在ATRAC壓縮演演算法的基礎上發展而來的（在ATRAC與ATRAC3之間並沒有ATRAC2演演算法，而是直接以ATRAC3正式推出），ATRAC3演演算法採樣率分別採用132kb/s、66kb/s兩種，可以比原先的ATRAC演演算法提供2倍甚至4倍的存儲容量，雖然高頻部分與ATRAC略有差別，但音質基本能保持ATRAC的水準。

可惜的是市場不是索尼公司一廂情願的事，首次使用ATRAC3演演算法的NETWORK WALKMAN推出后反映平平，其中原因除了價格比MD隨身聽昂貴之外，完善的版權保護系統對於習慣了使用能“自由”傳播的MP3用戶而言，似乎不能一下子接受這樣的限制。基於以上的重重原因，ATRAC3最初並沒能形成氣候。而將ATRAC3發揚光大的還是MD隨身聽，當索尼把ATRAC3技術加入MD播放器中，新的“MDLP”規格在MD隨身聽中誕生啦！其實“MDLP”技術就是在MD隨身聽上的ATRAC3，LP2即相當132kb/s採樣、LP4模式即相當於66kb/s採樣。通過MDLP技術，一張普通的可以錄製80分鐘音樂的碟片可以達到160分鐘甚至320分鐘的容量，也就是在不增加碟片成本的情況下，一張MD盤可以當兩張或四張盤使用，這使本來就已經很便宜的MD盤來說就顯得更加超值，相對於MP3 PLAYER昂貴的快閃記憶體來說就形成鮮明的對比，由此可見新的壓縮演演算法的介入令MD隨身聽重新煥發新的生命，一時間MDLP的風頭完全把MP3遮蓋了，成為對付MP3 PLAYER最有力的武器，MDLP的加入也為日後NetMD奠定了堅實的基礎。

通過索尼公司的MDLP授權，其它廠家也能生產支持MDLP的MD隨身聽，以後新出的MD隨身聽也將全都支持MDLP規格，至此ATRAC3很快成為業界標準。除了MD隨身聽，索尼公司還再接再厲得推出與ATRAC3相關的產品，如新款的NETWORK WALKMAN承勢而去，在索尼手機中也加入對ATRAC3的支持，而CLIE N700C掌上電腦的推出更是為Palm掌上電腦創造了音頻播放的神話。2001年索尼公司更推出全新的NetMD標準以及基於這種標準的NetMD錄放設備，包括MD隨身聽、MD座、NetMD電腦等，而這一切產品都是圍繞著ATRAC3格式，ATRAC3的廣泛應用，無疑把ATRAC家族推向更高峰。