Hi Fi 基礎談 五十五：何謂 Bitstream？
1989 年中，發燒友首次聽聞 Bitstream這個新技術名詞。直譯，應叫“比特流＂。沒有什麼吸引力，反正中英並用，乾脆叫 Bitstream 可也。
Bitstream 另一個名字是 One Bit，我們初見 1 Bit 的名堂時，眼前也為之一亮，CD 機的 “Bit 之戰＂竟然由鬥多變為冇得鬥。1 Bit，即 Bitstream，是最少的 Bit，Digital 技術上，暫時未見到 0 Bit 的字眼。
直至 1 Bit 出現之前，Bit 之戰將 CD 機解碼器（DAC）的 Bit 數一再推上新高峯。解碼器的 Bit 數，一向被認為愈多愈好。在 CD 的萌芽初期，它的發明者飛利浦制定了 14 bit 線性體系，認為這是個足夠的標準。不過，CD 的聯合開發者 Sony 却覺得 14 bit，84dB 動態範圍未符合理想，遂獨家發展 16 bit 解碼 IC，成功推出第一片 16 bit / 2 聲道輪流佔用的解碼 IC。最後，飛利浦迫於同意把 CD 的國際譯碼標準定為 16 bit，取樣週率 44.1KHz，頻應截止斷點必須是它的 1/2，即 22.05KHz。飛利浦工程師想出了沿用 14bit IC 解 16 bit 的方法，令飛利浦 14 bit IC 大派用場。超取樣（Oversampling）是飛利浦發明的科技，他們將取樣頻率乘以 4 倍，通過左右聲道獨立的 14 bit IC，輸入濾波器，得到優異的訊噪比。4倍超取樣14 bit體制，動態雖不大，但音色倒比同期許多 16 bit 機純厚。所以，就在 80 年代初，CD 機也不盡是 bit 多更好。那時的 Hi End 機，包括 Meridian、CAL 和 Cambridge Audio，都用 4 倍 14 bit 體制。
第二代 DAC
稍後，日本廠家加入超取樣戰團，用 16 bit IC，引進新科技改良數碼濾波器特性。飛利浦第 2 代 DAC 誕生了，當然是 16 bit，配合 B 型數碼濾波及噪聲整形技術（Noise Shaping），又建一功。「Bit 之戰」序幕已啟，更高的取樣頻率，更高的 bit 數……
Cambridge Audio 首創連用 4 片飛利浦 16 bit DAC，臻達 16×4 倍取樣，4 倍數碼濾波。32 倍取樣接踵而來，Cambridge 再下一城。由 32 倍增至 64 倍，只是時間問題，而 bit 的數目，在宣傳上，更經常出現 18bit、20 bit，甚至 45 bit 等觸目驚心的解碼規格。
在進入 1 bit 紀元之前，我們不妨重溫一下音響重播的實際需要。大型管弦樂隊的優質錄音，一般提供 72dB 音樂動態（12 bit），托以 12dB（2 bit）殘響，然後觸及噪聲電平。換言之，它需要 14 bit，84dB 的譯碼範圍。假如一部優質 DAC 能做到真正 16 bit 解碼工作，它在這方面的責任已算是功得圓滿。16 bit 實效，和 15 bit 實效 DAC，動態的差距簡直微不足道。從另一角度看，暫時所有號稱 18 bit、20 bit 的 DAC 線路，都是採用 16 bit IC 加工泡製而成，結果是將解碼實效提升至更接近 16 bit 而已。因此，絕大部份 16 bit IC 在線路上的實效只是 14 bit 或 15 bit 之間。
1 bit DAC 概念
現在讓我們看 1 bit 的概念：
數碼音響，是將 analog 訊號轉變為一系列 0 與 1 的組合。一個 16 bit「字」，由 16 個 0 或 1 數位組成，0 與 1 的匹配率，是 216=65,000 次。或者可以說成，1 個由 16 bit 字解出來的正弦波，每秒鐘含有 65,000 個牙齒印。其他因素不理，數碼化正弦波的鋸齒印是數碼聲的來源。將 bit 數推高，齒印愈密愈精細，正弦波看來也更圓滑。反轉來講，把 bit 數降低，鋸齒數目却又相應降低了。技術上，把鋸齒數目極低的 Bitstream 還原（或加工）成正弦波，也一樣可以得到圓滑的波形，一樣可以提供更 Analog 化的聲音。
1 bit 概念，就是運用極高取樣頻率（256 倍）驅動一個 PDM（脈沖密度調制）DAC。PDM-DAC 在此取代了傳統的梯形阻力訊號，256 倍取樣把噪音頻率推至極高週，噪音整形術發揮功效，將噪音除去，臻達龐大動態範圍。
1 bit 概念，運用在錄音譯碼（ADC）方面，成績更令人興奮。因為傳統（梯形訊號）ADC 沒有超取樣和必須採用磚牆式濾波（Brick Wall Filter），而 1 bit 錄音却可用數碼濾波。
1 bit 的技術細節，分開幾個派別，飛利浦、松下、新力等各自有其一套，至今仍在互相攻擊的階段。1 bit 錄音和 1 bit DAC 都有大好前途。目前，1 bit DAC 最成功的地方是中、下價 CD 機大量應用，成本極低。但，最 Hi End 的 1 bit 產品，亦指日可待。
Bitstream 和 1 Bit 之混淆
以下的資料，是來自飛利浦，是飛利浦希望雷明及全世界清楚一件事 – Bitstream 是飛利浦註冊的商標，而 1 Bit 則是通用的技術性名詞。Bitstream 是飛利浦發明的 1 Bit 註碼（ADC）及解碼（DAC）技術，採用其他方式的 1 Bit 解碼（暫未見註碼），不能叫做 Bitstream。
老豆有鬚，有鬚未必係老豆。
圖 1 是Bitstream DAC 圖解，是脈衝密度調制（PDM）的圖解，是 Bitstream 技術，而 1Bit 解碼技術就可能採用脈衝闊度調制（PWM），亦可稱為脈衝長度調制（PLM）。至於另一個名詞「脈衝邊沿調制」（PEM）則是從 PWM（PLM）變化出來的技術。
混淆之處，是因為日本一些採用飛利浦 Bitstream 解碼技術的廠家，只說明用 1 Bit，而不提 Bitstream，飛利浦希望今後所有 Bitstream 用戶都在產品上標示 Bitstream 的註冊圖案（Logo）。
以下是飛利浦提供的 Bitstream 正本。
沿用的 16bit 解碼有 16 個參考電流代表音波取樣的 16 bit，據 16 bit 取樣的運作情況而得到的個別電流於是才合成一個總和。這技術的缺點是容易產生非綫性失真及 0 位交替失真。
事實上，任何多於 1 bit 的解碼，本身都存在綫性失真的傾向。1 bit 解碼則提供最優良綫性。此外，多bit解碼的低電平狀態操作功能削弱，D/A 轉換器的分析力，在 -80，-90dB 電平範圍裏甚至會停止工作。 再者，在 AD 註碼工序中產生的取樣噪音，亦會殘留在多 bit 解碼訊號裏面。
Bitstream 才是 1 bit
Bitstream 轉換技術，成功地克服了多 bit 轉換所帶來的非綫性失真，0 交替失真及低電平遲鈍化，相當於優質 Analog 體系。（按：請留意上面兩段的措詞，先是認同 1 bit 解碼的優點，繼而點名讚 Bitstream，最後仍未講到好過 Analog）。
至於其他 1bit 體制，例如「多級噪聲整容」（MASH, Multi Stage Noise Shaping）等，與 Bitstream 有何不同呢？
Bitstream 這個註冊商標的技術規限，是採用「一級多環路噪音整容」（Single Stage Multi-loop NS）和「脈衝密度調制」（PDM）技術，產生真正 1-bit 數碼流。Bitstream 的一級多環路噪音整容有別於 MASH 之處，是在工序中能夠保存原音的動態。MASH 則分兩級操作，再將每級的輸出合併，這會產生 3 或 4 bit 訊號。總言之，MASH 的輸出永遠多過 1 Bit。PDM是 Bitstream 工序的一部分，PDM 訊號及按照 Bit 的密度而調制，類似 analog 的調頻（FM）體制。而 PWM 或 PLM 的訊號，却調制 Bit 的闊度，有類於 analog 的調幅（AM）。
圖 3 描出了 Bitstream 和其他低bit體系的不同之處。低 bit（即名為 1 bit，實則 3 至 4 bit 的解碼器）的 DAC 運作，一般不能由 1 枚集積電路完成，而是經由低通濾波做工夫。MASH 體制採用 PWD，需要一個較高的體系時鐘週率（System clock frequency），以保持解像度。Bit-stream 的飛利浦 SAA7320 DAC，由於超取樣頻率高達 256 倍，它的時鐘頻率是 11.2896MHz。有些 MASH 解碼要用到 500MHz 的時鐘頻率以便做到 64 倍超取樣。超取樣頻率和時鐘頻率為玩家製造混淆，它們完全是兩回事。過高的時鐘頻率引致輻射頻干擾，理想的設計，是採用較低時鐘頻率臻達較高的超取樣倍數和優異的噪音整容。
Bitstream IC，飛利浦 7320 家族，是為普及化 CD 機種提供的解碼。而 7350 家族就屬於不含數碼濾波和適應性廣泛的高級 Audio 專用品。
錄音用的 Bitstream ADC，更是數碼錄音技術上具有突破性的貢獻，它的 ADC 訊號可以做到 128 倍超取樣，同時捨棄了非綫性的「取樣保持」（Sample and hold）程序。以Bitstream錄音的 CD 現已上市，在一般 CD 機上放唱，它的優點已顯然易見，用 Bitstream 解碼放音，就更加錦上添花。
（原文刊於 1990 年 11 月《Hi Fi Review》，作者 雷明 先生）
