為何 PS3 撥放 CD Audio 音質不佳,淺談 PQLS 和 H.A.T.S.

champion_HD

相信這個問題是很多網兄都有遇到的問題,我也在上一篇文章裏頭和ETK網兄有不少的討論,
請參照[請益次世代音效]請問PS3 內解和擴大機解碼效果? ]


這幾天看了不少文章,確實在網路上可以查到很多資料.
但我會整理一部分 我確實讀過且認為合理的文章.

(1) 首先我們先從數位傳輸的基本,取樣頻率開始談起,等會會用到

取樣頻率的影響

圖左是相對較低的取樣頻率,圖右是比較高的取樣頻率.取樣頻率越高,還原回來的信號也會越接近原始信號 (藍色線條表示)

(2) 接著再談到數位傳輸的格式,這邊的資料來源是 http://audio.peufeu.com/node/7

原文節錄:

Consider a stream of samples at 44.1 kHz with 16-bit precision. This means we have 65536 different amplitude levels.
.......
Consider a signal which is entirely made of null samples with just one spike at maximum amplitude. The DAC will output this as a rectangular pulse,
1/44100 s in width.

In order to correctly reproduce this signal, we must have as much precision in the time domain as we have in the amplitude domain.

此文及後面文章會提到,數位傳輸的內容由兩大部分組成
(a) Amplitude info. : 描述信號的大小強度,我們的取樣 bit 數越高, Amplitude 精細程度越細.

(b) Timing Info.: 傳送取樣頻率,此文提到其實 clock 是視為 Analog 方式去傳送
The synchronisation between the sampling (ADC)  and the reconstruction (DAC) of the analogue output stream.
(http://www.avforums.com/forums/blogs/welwynnick-64635/626-how-does-jitter-affect-hdmi.html)

因此擴大機 (接收端) 要有跟 player 相同精準的 clock 來還原原始信號. 注意,此處指的是取樣頻率

(3) 目前的數位介面如何傳送 取樣頻率. (http://www.avforums.com/forums/blogs/welwynnick-64635/626-how-does-jitter-affect-hdmi.html)

(3.a) SPDIF
SPDIF carries both streams on the same channel - the timing info is embedded into the data stream, which are recovered and separated by the receiver for sending to the DACs. The data tends to corrupt the timing. (缺點)


(3.b) HDMI
HDMI does it quite differently, and carries data (amplitude info) and clock (timing info) on physically separate channels.
Unfortunately (and this is why audiophile manufacturers criticise audio on HDMI) the HDMI clock is a video clock, not an audio clock.......

HDMI 修正了 SPDIF 將 Clock 和 data 一起傳送相互干擾的問題,但是我認為,當初 HDMI 制定主要是應用在 Video 播放,因此就沒有考慮到 Prue audio (如 CD, SACD, DVD-Audio..) 撥放的情況會出現..所以就產生了 HDMI Jitter 這樣的問題..

HDMI seems to perform much worse when there is no video being carried. Playing a CD over an HDMI connection can be very poor, and spdif can sound significantly better. The difference can only be attributed to jitter on HDMI. LPCM with video on HDMI seems to be a different matter though, and can sound very good

我們都誤會 PS3了,其實原罪是 HDMI 或著該說是 User 把 HDMI 這個本來該撥 Video 的東東拿來撥 Pure Audio. 此處有第二個重點就是,如果有 Video info. (如 BD Movie 等等..那麼 Player 和 Amp 就能 Sync.,只有在 Pure audio playback 的時候才會有 HDMI Jitter這樣的問題)

在明白  HDMI Jitter 這樣問題所表示的是 Player 和 Amp 之間的取樣頻率不同步之後,接著我們來看一下 HDMI 1.3a 所提出的解法.

(4) How does HDMI 1.3a solve jitter problem?
在 HDMI 1.3a Spec 裡頭有包含 CEC (Consumer Electronic Control) 這個附錄.
在裏頭的 Sec 13.16 有提到,可以用 <Set Audio Rate> 這樣的 message 去控制 Source (Plyayer) 的 Data Rate.

A device may control the audio rate from a Source Device by sending a directly addressed
<Set Audio Rate> message.

相對的也有離開 <Set Audio Rate> 這樣 mode 的 command

The audio rate controlled state is left when the controlling device sends a <Set Audio Rate> message with [Audio Rate] = "rate Control Off", to the Source Device. The controlling device should send a <Set Audio Rate> command at least once every 2 seconds for active sensing. If a <Set Audio Rate> message is not received within 2 seconds or the status of the Source Device changes internally, then the Source Device shall quit the audio rate controlled mode.

這樣的 <Set Audio Rate> Message 其實是有不少限制,每兩秒要傳送到 player,且若 player 兩秒內沒收到 這樣的 message 將結束 rate control 狀態.

總結上述,這是HDMI 1.3a 才提出的新機制.

http://www.avforums.com/forums/blogs/welwynnick-64635/627-how-can-hdmi-avoid-jitter.html 文章裏頭也提到

The master audio clock is now in the amp, where it should have been all along (which is why I said "Most audio systems screw up digital audio in one way or another"). The timing info from the master clock is needed at the DACs to regenerate the orignal analogue audio,

The key though, was not the physical interface itself (HDMI TMDS, IEEE 1394 or ethernet or whatever) but the protocol that was run on it. I called it the A&M protocol, which comes from the CEC standard, but each manufactuer had his own name for it, like HATS or PQLS etc.

.......

In this configuration, the timing information is generated in the amp, leaving the source to supply only the digital amplitude information.  Timing info is sent back to the source to maintain flow control.

綜合上述,我整理出合理的幾個結論如下

(5) Conclusion
5.1 HDMI Jitter 只存在 Pure audio playback 的狀況下,如 SACD, DVD Audio, CD, 這些 Pure audio packet 要撥放的好,就要傳送原始的取樣頻率給 AMP.
否則AMP 可能只能去猜一個取樣頻率,自然也得不到最好的音質輸出. 有 PS3 60G 的網兄不妨試試,用 SPDIF 是可以得到比HDMI 輸出要好的結果
但是有 Video data 的 HDMI packet (如 BD Movie), 是不會有這樣的問題存在.


5.2 PQLS 和  HATS 是用來解 AMP 不知道 Source (Player)  在播放 pure audio packet 送出 Data 的 取樣頻率,合理的解釋為何只在 CD, SACD, 或是 DVD-Audio 撥放時候才會啟動這些功能.因為,只有這些pure audio 會有 HDMI jitter 的問題.


(6) Appendix
當然也有網路上的討論是講 ETK 兄提到的兩系統 Clock sync.的問題,但是反過來想如果因為線材的傳遞造成 Jitter,會影響音質
就算AMP 傳 Timing information 回來player 也解不了這樣的問題,因為相同路徑不也一樣會遇到線長誤差的 Jitter,
這樣兩端的 local clock  (Player <--> AMP) 還是永遠沒法  Sync.
這些討論如 http://forums.audioholics.com/forums/showthread.php?t=48961&page=2
個人淺見並非 PQLS 和 HATS 要去解的問題.所以放在最後.大家有空再看看就可.




[ 本帖最後由 champion_HD 於 2008-12-14 12:12 編輯 ]

boying123

那就是說ps3撥放cd音質不佳的主因 是因為用了HDMI來傳輸音訊囉!
那如果把ps3的聲音輸出改成光纖輸出 聲音品質會有改善嗎?

champion_HD

原帖由 boying123 於 2008-12-14 15:08 發表
那就是說ps3撥放cd音質不佳的主因 是因為用了HDMI來傳輸音訊囉!
那如果把ps3的聲音輸出改成光纖輸出 聲音品質會有改善嗎?

是的,確實有國外玩家有這樣的結論,(http://www.avforums.com/forums/blogs/welwynnick-64635/626-how-does-jitter-affect-hdmi.html)

Playing a CD over an HDMI connection can be very poor, and spdif can sound significantly better. ...........

我自己只有 PS3 40g,所以我是沒撥放過 SACD (我也沒 SACD ^^; 對於劇院算是新手入門)
有 PS3 60G 的朋友建議可以試試 SACD 用光纖輸出看看音效是否會有差別.
但 SPDIF 有另外一個問題就是 Clock 和 Data 在同一個 physical channel 傳送,其實也會相互干擾.

paneraiben

有試過用好一點的石英光纖，但播放CD音質還是沒有好一點 ，但很奇怪的是播放影片的唱歌片段卻很好聽．．．．．．．．．

yihlong

SACD不是類比訊號嗎？
用光纖可以傳輸嗎？
應該只是讀到CD層而已吧。

boying123

原帖由 yihlong 於 2008-12-14 22:53 發表
SACD不是類比訊號嗎？
用光纖可以傳輸嗎？
應該只是讀到CD層而已吧。

這一點 本人也感到很奇怪 不過我的ps3 60G剛買時
撥放sacd是只能用類比輸出
更新後變成可以用光纖輸出
搞不懂到底是讀到cd層還是sacd

[ 本帖最後由 boying123 於 2008-12-15 20:31 編輯 ]

champion_HD

原帖由 boying123 於 2008-12-15 20:15 發表

撥放sacd是只能用類比輸出
更新後變成可以用光纖輸出

謝謝各位網兄的意見,我一併回復各位的文章
To paneraiben

也許還有我沒查到該注意的地方,造成 PS3 用光纖音質還是沒有改善,這點就有賴各位網兄多試幾片,多多提供意見或看法,也許能找到新的線索.

To yihlong, boying123

SACD 應該是數位資料喔, 請參考 (http://en.wikipedia.org/wiki/Super_Audio_CD)

文章提到 SACD使用和 CD, DVD 一樣的儲存實體層媒介,但是使用不同的編碼方式.
所以應該算是有經過數位化的資料.只是採用 DSD 來編碼

SACD is a disc of identical physical dimensions to the compact disc but it uses a very different technology from CD and DVD-Audio to encode its audio data, a 1-bit delta-sigma modulation process known as Direct Stream Digital at the very high sampling rate of 2.8224 MHz.

comipa

個人認為這邊還蠻怪異的..

以CEC spec來看, 這個audio rate control 是"optional"的..意即並不是每台擴大機都有作.

如果這東西對音質有這麼大的影響, 其實你用HDMI 1.2以下的擴大機就"應該"要沒有影響, 因為他不會吃這個command.

事實上HDMI主要的audio sample rate機制是ACR packet, 這東西是存在於info frame, 這是"必送"的data, 引文中提到的HDMI spec 7.11的地方也有寫, ARC
"不"影響ACR的機制, 所以其實擴大機從來都不用猜source端是送哪個sample rate, 因為一定要去看ACR packet.

至於CEC的這個Audio rate control, 看起來是設計一個回饋機制讓sink端(amp)可以去"微調"聲音資料的傳送速度, 從sony的資料看起來是為了可以讓amp使用自己的master clock當基準,(本來按照ACR的設計, master clock等於是從source端來的), 然後用ACR去協調souce端以是當的速率傳送資料.

結論小弟認為是:
PS3拿去接"不"支援ARC command的擴大機如果還很差, 那是PS3自己的問題吧@@

P.S. SPDIF沒有送master clock, 只是資料內有"指出" master clock是多少, 但是master clock由發送/接收端自行產生.

boying123

最近休無薪假 無聊去試了一下 發現ps3撥放cd 即使用光纖輸出 聲音還是難聽到爆 還一度懷疑是不是音響系統出問題 當換撥sacd時 稱不上是好聽 但是明顯比cd好上一截 不知這會不會是sony的陰謀

champion_HD

原帖由 comipa 於 2008-12-16 09:34 發表
個人認為這邊還蠻怪異的..

...

>事實上HDMI主要的audio sample rate機制是ACR packet, 這東西是存在於info frame, 這是"必送"的data,
>引文中提到的HDMI spec 7.11的地方也有寫, ARC"不"影響ACR的機制, 所以其實擴大機從來都不用猜source端是送哪個sample rate,
>因為一定要去看ACR packet.

你好,謝謝 comipa 的見解.
前面文章裏頭應該有提到 HDMI 傳的這個 clock 是 Video clock並非原生的 Audio clock.

在 HDMI Spec 1.3A 的 Sec 7.2 有下列幾行文字,所以我的理解是 ACR packet 傳的是 TMDS pixel clock
經簡單整數運算來的 Audio rate.(簡單說就是Video的)

Audio data being carried across the HDMI link, which is driven by a TMDS clock running at a rate
corresponding to the video pixel rate, does not retain the original audio sample clock.

如果網兄有更精闢的論點請您不吝提供出處.


>PS3拿去接"不"支援ARC command的擴大機如果還很差, 那是PS3自己的問題吧@@
CEC 的 Command player 和 AMP 都要支援,也只有 HDMI 1.3a 的機器才穎可能會有這功能.,我不很懂你這句話的邏輯?


>P.S. SPDIF沒有送master clock, 只是資料內有"指出" master clock是多少, 但是master clock由發送/接收端自行產生.
SPDIF 我沒細看,是參考  http://audio.peufeu.com/node/7  論述

該篇文章第二個圖有您提到的 接收端自行產生,但是他有註明是 SPDIF 的一個衍生解法.

您的論點出處? 請明示分享謝謝.







[ 本帖最後由 champion_HD 於 2008-12-17 08:05 編輯 ]

champion_HD

原帖由 boying123 於 2008-12-16 19:45 發表
最近休無薪假 無聊去試了一下 發現ps3撥放cd 即使用光纖輸出 聲音還是難聽到爆 還一度懷疑是不是音響系統出問題 當換撥sacd時 稱不上是好聽 但是明顯比cd好上一截 不知這會不會是sony的陰謀 ...

回 boying123 和 paneraiben 兩位網兄的話,


我查到一個 link, http://uk.playstation.com/help-support/ps3/music/detail/item73615/Optimising-CD-playback-on-PS3/


PS3 好像會 upsampling audio clock,
我不很明白這樣的運算這是否會弄巧成拙.


文章裏頭有提到  
The audio device in use must support a sampling frequency of 88.2 kHz or 176.4 kHz.

提供給兩位網兄參考. 我有空也來試試好了 ^^

comipa

[quote]原帖由 champion_HD 於 2008-12-16 22:35 發表


>前面文章裏頭應該有提到 HDMI 傳的這個 clock 是 Video clock並非原生的 Audio clock.

>在 HDMI Spec 1.3A 的 Sec 7.2 有下列幾行文字,所以我的理解是 ACR packet 傳的是 TMDS pixel clock
>經簡單整數運算來的 Audio rate.(簡單說就是Video的)

>Audio data being carried across the HDMI link, which is driven by a TMDS clock running at a rate
>corresponding to the video pixel rate, does not retain the original audio sample clock.

我的意思很簡單, 就是說其實ACR packet才是主要的sample rate計算來源. 的確他是依據TMDS clock.
AMP不需要去"猜" sample rate, 他只要乖乖地把傳進來的TMDS clock拿來算就得到audio clock. audio rate control 不是用來取得audio clock的主要手段.
公式:  Audio sample rate = (TMDS clock * N / CTS) / 128, N 跟CTS就是放在ACR packet. 所以其實擴大機一收到ACR packet, 他算一下就知道sample rate是啥.

>CEC 的 Command player 和 AMP 都要支援,也只有 HDMI 1.3a 的機器才穎可能會有這功能.,我不很懂你這句話的邏輯?
只是說, 如果"audio rate control"對於音質影響很大, 而且是"PS3 播放 CD Audio音質不佳"的原因的話, 那麼我們拿去接一台"不支援audio rate control"的擴大機, 就排除掉這個因素了.

>P.S. SPDIF沒有送master clock, 只是資料內有"指出" master clock是多少, 但是master clock由發送/接收端自行產生.
>SPDIF 我沒細看,是參考  http://audio.peufeu.com/node/7  論述
>該篇文章第二個圖有您提到的 接收端自行產生,但是他有註明是 SPDIF 的一個衍生解法.
這邊我記錯了~
是接收端用PLL去鎖, 找出原來的clock rate才對. 但是SPDIF的確沒有獨立的master clock, 所以無法像HDMI 或是 I2S這樣, 直接拿clock來除頻就收工了.

champion_HD

原帖由 comipa 於 2008-12-17 08:46 發表

我的意思很簡單, 就是說其實ACR packet才是主要的sample rate計算來源. 的確他是依據TMDS clock.
AMP不需要去"猜" sample rate, 他只要乖乖地把傳進來的TMDS clock拿來算就得到audio clock. audio rate control 不是用來取得audio clock的主要手段.
公式:  Audio sample rate = (TMDS clock * N / CTS) / 128, N 跟CTS就是放在ACR packet. 所以其實擴大機一收到ACR packet, 他算一下就知道sample rate是啥.

謝謝 comipa 兄的意見, 原文章有提到 如果有 Video data 那麼 伴隨的Audio播放是不會有問題的,
這應該是指 TMDS clock 可以除頻成 Audio clock, 不過前文提到 Av forum 玩家所分享的文章指出在純 audio  packet 傳送
兩端sample clock 傳遞還是會有問題. 至於這問題是 ACR packet 除頻造成 1/1000 ppm 的誤差還是更大的誤差,這點我不很清楚

不過我相信這誤差是存在的,所以 HDMI 1.3a 才把 CEC 納入補充.

http://www.avforums.com/forums/blogs/welwynnick-64635/627-how-can-hdmi-avoid-jitter.html


確實用 AMP "猜" Sampleing  這個字眼也許不當,但我手手邊資料只知道有誤差,但不足以明確說明這誤差有多大,
如果 comipa 兄您有其他說明資料也請您不吝分享,我相信更多的人加入討論,會讓問題更早被釐清.

circuits

可惜dCS Scarlatti Master Clock沒有 HDMI的接頭
只有 BNC的
看BD現在都還派不上用場

tolkien99

旣然ps3聽cd用hdmi不太好聽，用光纖也有問題，那p是不是用類比輸出會比較好呢？或者是都很爛？為什麼？

leis

原帖由 tolkien99 於 2008-12-23 23:10 發表
旣然ps3聽cd用hdmi不太好聽，用光纖也有問題，那p是不是用類比輸出會比較好呢？或者是都很爛？為什麼？

ps3 的 d/a 行嗎..... 自己的接法, 聽 pure audio 還是用原來的 player; ps3 只負責藍光.... 因為聲音實在是差 很 多

champion_HD

原帖由 leis 於 2008-12-24 21:00 發表

ps3 的 d/a 行嗎..... 自己的接法, 聽 pure audio 還是用原來的 player; ps3 只負責藍光.... 因為聲音實在是差 很 多

確實,我上周試了,用 一般的 Audio CD ,PS3 透過 HDMI 聲音確實是黯淡不少,我不太會形容那樣的感覺,總覺得聲音聽起來悶悶的.

這讓我更好奇 PQLS 和 HATS 這種 Rhythm Correcting 的技術
(最近我有找到一些專利文件,在探討這樣的技術,初涉獵是看不太懂,有興趣的網友可以用我提到的幾個 keyword 去 google 一下.)

bydo99

終於了解人不是PS3殺的..謝謝

benson0

我覺得你舉得有問題ㄝ
我試問你2個問題好了:
PS3 60G HDMI->9.8(擴大機)分別->電視 跟->喇叭
設定是1080P出畫面到電視
擴大機選全能解

這樣播放SACD邊看螢幕秀漂亮的閃動雲彩跟播放的訊息,
邊欣賞DSD完整輸出

1.請問這種有畫面狀況下是:
Pure audio playback 還是 有 Video data 的 HDMI packet ?

你舉了那麼多理論出來請一定要回答這問題!!

另外舉個真正技術資料給你:
http://www.ps3sacd.com/faq.html#_Toc177216798

Equipment/Connections

How should I connect my PlayStation3 in order to play SA-CDs?
There are two three ways but the results are not the same.

The simplest way is to connect the analog AV output to an AV receiver/amplifier. This way you can play the stereo area of SA-CDs.
Note: some SA-CDs are stereo only but the majority of titles contain a stereo and a multichannel recording. These are stored separately on the disc. A handful of titles contain a multi-channel mix only.
The best way to enjoy SA-CDs on PS3 is by connection the console to an AV receiver through HDMI. Not all receivers are suited for this – not even all with HDMI input. See ‘What receiver should I use?’. PS3 outputs high-resolution PCM (24-bit, 176 kHz).
With this way you can enjoy the full benefit of multi-channel music from SA-CD.

Can’t I use the optical digital output?
Originally, you could for games, CDs, DVDs and even BDs but you couldn’t for SA-CDs. The optical connection, also known as Tos-link, is a so-called SPDIF (Sony/Philips Digital Interface). It can carry stereo PCM or compressed multichannel audio like Dolby Digital and DTS, but not lossless discrete multichannel audio like DSD, multichannel PCM, Dolby TrueHD or DTS-HD Master Audio.

With system software v 2.00, if you’ve got an AV Receiver without HDMI PS3 can convert multichannel SA-CD to multichannel DTS for you and feed it to the optical digital output. If you disable DTS out it will output PCM stereo, also during multichannel SA-CD playback. The output frequency is 48kHz.

In version 2.01 however, DSD-to-DTS conversion is disabled again. Optical output from SA-CD remains supported but in 16-bit 44.1 kHz stereo PCM only.


Can PS3 simultaneously output stereo via analog out and multichannel via digital out?
No (unlike PS2, reportedly). You are forced to choose between stereo and multichannel.


2.所以DSD只能用HDMI,用SPDIF根本是不work的?HDMI才是王道?(跟你所舉剛好完全相反)


綜合以上若你認為自己舉錯了
請修改文章

至少把SACD的字眼都拿掉吧

(PS3 SACD我記得在某些評比文章是打趴非SACD原廠SONY出的SACD PLAYER 甚至 原廠SONY陽春PLAYER的)

[ 本帖最後由 benson0 於 2009-1-30 16:27 編輯 ]

champion_HD

原帖由 benson0 於 2009-1-30 16:22 發表
我覺得你舉得有問題ㄝ
我試問你2個問題好了:
PS3 60G HDMI->9.8(擴大機)分別->電視 跟->喇叭
設定是1080P出畫面到電視
擴大機選全能解

這樣播放SACD邊看螢幕秀漂亮的閃動雲彩跟播放的訊息,
邊欣賞DSD完整輸出

1.請 ...

好一陣子沒上來看文章,這位網兄的文章似乎有點火藥味.為反對而反對的語氣還是盡量避免
建議您提出比較有根據的技術文件出處,我引文的出處是 HDMI Spec,而你貼的網站似乎是一群 SACD 的玩家經驗分享的網站.
可能會比較沒有說服力.

再回到您提到的問題

1.你用 PS3 撥放音樂 CD 也會有 PS3 的閃動雲彩跟播放的訊息,你認為Audio CD 是 pure audio 還是有 Video packet?

2. 我不是兩聲道的專家,不過我認為我說的部分是針對兩聲道 Audio CD, SACD 去談撥放的差異,而你引的網站似乎在談論 SPDIF bandwidth不足以傳輸multiple channels PCM data.是我漏看了重點還是你沒把你要表達的部份貼出來?


multichannel audio data
Can’t I use the optical digital output?
Originally, you could for games, CDs, DVDs and even BDs but you couldn’t for SA-CDs. The optical connection, also known as Tos-link, is a so-called SPDIF (Sony/Philips Digital Interface). It can carry stereo PCM or compressed multichannel audio like Dolby Digital and DTS, but not lossless discrete multichannel audio like DSD, multichannel PCM, Dolby TrueHD or DTS-HD Master Audio.

...
In version 2.01 however, DSD-to-DTS conversion is disabled again. Optical output from SA-CD remains supported but in 16-bit 44.1 kHz stereo PCM only.

其實我有查到一些 Sony 還是 Pioneer 的專利文章(講Rhythm Correcting ),沒貼出的原因是因為我自己看了也沒看很懂,所以不敢貼出來.

最後我還是想說(發點牢騷),每個上來的網友都是基於共同的喜好和熱誠,發問的禮節應該稍稍的注意一下.這樣其他人才會更樂意為你解答與討論
這個網站之所以能匯聚這樣一群人,是因為大家的良好的討論風氣和處事方式.這有賴每位網友去維繫了