jitter问题浅谈

jim0332

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首先声明，本人在hi-fi领域是绝对的菜鸟，对pc也只能说是略为精通，所以如果对我以下的见解有什么意见或不同看法，还请各位hi-fi和pc中的老鸟们指正！

之前对hi-fi和声学领域实在没什么研究，由于最近想烧一套耳机系统所以这几天一直在论坛潜水并怀着虔诚的心从各个大烧们发的帖子中如海绵吸水般学习hi-fi知识（做祷告状 ）。也因此才接触到了jitter的概念 。但看论坛上大家的讨论非但没有搞明白，反而由于各种不同的看法而更加糊涂了。所以最后为了彻底搞清jitter问题就上wiki查了一下资料，以下就是结合维基，论坛之前的讨论帖以及自己的认知来谈谈我对jitter一些浅薄地看法。

Jitter是什么？相信大家对此早已有了基本的认识，我的理解是由于各种原因导致的数据与时间信息的不匹配。而这个时间信息在wiki上的说法就是参考时钟脉冲源（reference clock source）。一个简单的例子就是网络传输中由于数据延迟而产生的Jitter。我们在网上看如YouTube之类的流媒体视频时如果网络不稳定或带宽不够的话视频会中断，等待后续信息加载进缓存之后再继续播放。这里各位可以想象一下如果在线视频不支持缓冲会怎么样呢？答案就是丢帧，因为时间轴一直在前进，但相应的帧信号没有被加载。而这种结果就是Jitter问题。缓冲也正是一种防止Jitter的常见方法。

接下来说说CD寻址的Jitter（Compact disc seek jitter），这也是hi-fi烧友最常说的一类Jitter。根据wiki上的解释来看由于红皮书（音频CD标准）并没有对音频CD的精确区域寻址（block-accurate addressing）做出要求，所以在数据提取的过程中可能对某段数据出现重复采样或遗漏采样。简单的说光头在以恒定的速度读\写数据，但由于光驱的机械结构的关系，光盘无法以恒定的速度旋转（可能过快或过慢）。所以与源数据相比，复制后的数据出现了失真。注意和很多人的理解不同，数据是“失真”了，也就是由0,1组成的二进制码已经被改变了。举个例子，由于CD的采样率是44.1HZ（这也是参考时钟脉冲），所以最小时间单位（帧）是1/44100秒，而假设每个单位时间的信号由四位二进制码组成，那么如果有00111100这样一段包含前两帧信息的二进制码，当发生对第一帧的重复取样时会变为00110011，当发生对第一帧的取样遗漏是会变为00000011。前一种情况使第2帧的声音失真，后一种情况使第1帧的声音失真。当然这只是简单假设，实际情况当然更加复杂。基于以上理论，已经受jitter影响的CD音频可以经过计算降低失真程度（因为它接近于正态分布），但理论上不可能被还原到与源数据完全相同（类似于模拟信号的除噪动作）。

另外由于黄皮书（数据CD标准）添加了对扇区寻址的要求，所以数据CD不受jitter的影响（不受影响，并不是说没有jitter）。因为这时光头不再以恒定的速度读\写，而是在一个扇区的读写完成后等待光盘转至下一扇区再继续读\写操作（与之前提到的网络视频的缓冲类似）。这也很好的解释了很多网友提出的为什么jitter对CD音频的回放影响很大，但在数据CD中确没有影响。想象一下，如果数据CD没有扇区寻址的话，那么对于被存放于CD中的数据，WORD文档中的字符可能被替换，或乱码；一个图片文件画面显示将出错，而一个软件将会出错甚至是整个瘫痪。所以数据CD标准必须对扇区寻址做出要求否则将更本无法在PC领域中运用！

那为什么音频CD标准不需要扇区寻址呢？我推测可能的原因有两个（1）由于音频CD先于数据CD出现，而当时Sony和飞利浦起初也没有想到要把CD做为PC数据的载体，所以制定标准的时候没有这种需要。（2）由于音频CD需要实时播放，而当时没有闪存，所以CD player无法用缓冲的方法消除jitter影响。

什么时候会出现取样jitter？如果理解了以上的概念那这个问题也是很好解答的。一种观点认为只要是有机械构造参与的数据的传递都将伴随jitter，而且数据将被污染(改变)。而另一种观点是包括CD在内的任何数据传递都是无损的。的确理论上只要是数据的传输都将伴随jitter，但同时由于磁盘寻址和缓存的引入，原始数据将不会受到污染。而这种jitter和音频CD中jitter的影响是有本质区别的，在PC应用中jitter将不会影响最终的输出结果。也就是说看YouTube时只要先暂停，等待完整视频被载入缓存，我们看到的视频与源文件没有差异，但是我们听一张CD将会有噪音或失真。那么刻录机刻盘时jitter数据会被改变吗？因为之前说的扇区寻址，当刻录数据CD时（包括mp3或ape等音频文件时）是肯定不会的。而刻录和读取音频CD的PCM格式呢？由于未经验证，wiki上也没有说明。我不能妄下判断。这里有两种可能（1）刻录机仍然是将音频CD当作数据CD进行读写（2）以音频CD驱动器的工作方式经行读写。如果是第二种情况，那么当把A碟的数据刻到B碟，再把B碟的数据刻到C碟后，理论上C的质量一定小于B，而B的质量一定小于A。理论上（个人见解）第一种方法是可行的，也是更优的。但是资料中也提到在工业领域中是用特殊的驱动器以低速读取CD信息来避免jitter的。那我只能推断无论是CDP还是PC的CD驱动器都只能以红皮书标准读写音频CD。至于原因我猜测是标准的兼容性问题，在此也希望有专业人士进一步的解释。那在光碟工业中压盘是否也会有jitter影响呢？答案是没有，不是没有影响，而是更本没有jitter现象的出现！因为工业CD的压制和民用刻录机的原理完全不同，CD压制顾名思义就是对CD信息层物理结构的完全复制，就像是工厂生产零件一样，用模具通过冲压把原料制成同样形状。所以CD压盘是不可能有抖动问题的。这也很好的解释了为什么烧友会觉得刻录的CD会比原版音质下降的原因。

相对于CD取样抖动，另一种是相位抖动（Phase jitter），它的存在机理是一样的，就是时钟周期的不一致导致时间与数据的匹配错误。发生在如DA/AD的转换过程中（有时钟电路参与工作时）。与CD
jitter类似地，会对数据录制和回放的质量产生影响。产生原因是多方面的，包括电路影响，电源中电信号的干扰等等。而这种抖动的常见解决办法就是添加时钟同步器。


希望本文可以帮助大家更好的理解jitter问题

注：大部分资料都是参考自Wikipedia的CD和jitter词条。大家可以参阅

[ 本帖最后由 jim0332 于 2009-5-12 22:33 编辑 ]

kell

阅、
辛苦了~~

willis202

dennis_hu

赞一下技术贴，可不可以这样通俗的理解，jeff等现代数字解码所宣称的技术，是把数据先缓冲一下，重新“整理”一遍，再拿去解码；而传统CD的技术，是尽量保持转盘的稳定性，再通过多片dac互相纠正错误，保证原始模拟声音的还原？

bbcc

好帖子，支持技术原创。按这个思路，我不能理解的是，如今PC技术一日千里，CD厂商既然知道了原来的CD技术落后，为何不努力发展缓存技术呢？这东西原来很复杂，现在简直就不是个事儿，成本不值一提。

nsx-r

bbcc 发表于 2015-1-30 10:42
好帖子，支持技术原创。按这个思路，我不能理解的是，如今PC技术一日千里，CD厂商既然知道了原来的CD技术落 ...

市场惯性，这个不仅仅是在hifi领域，任何商业领域都是如此。用CD机的就注定有大量库存CD，大量搭配经验技术积累，甚至情怀倾注都是在CD上的，所以新技术出来之后并不能瞬间取代，而交替则是个逐渐的过程。

bbcc

真是这样。一台CD机，50kg，并且声称用了坦克材料的转盘，这是天价。另一台CD机，5kg，用了3G缓存，这也就是大路货。除非把缓存用金壳子封起来，上面标上什么SMKG Anti-Jitter Tech之类的东西。