оспроизведение звука на компьютере — процесс достаточно сложный и многоэтапный. Прежде чем достичь человеческого уха, звук проходит несколько этапов. Схематично можно выделить четыре основных этапа: исходный файл, звуковая карта, кабели и сама акустическая система. Помимо этого на качество звука немалое влияние оказывает расположение акустических систем в пространстве.

Важность каждого этапа определяется качеством конечного звена — той акустической системы, на которой будет воспроизводиться звуковой файл. Например, если для воспроизведения звука применяются пластиковые колонки малых и средних размеров, то на остальные этапы внимания можно не обращать, но если используется хорошая акустическая система, то для получения сбалансированного решения нельзя не принимать в расчет все остальные звенья, поскольку каждое из них оказывает непосредственное влияние на качество звука.

Прежде чем перейти к детальному рассмотрению каждого звена в цепочке воспроизведения звука, рассмотрим основные понятия, связанные со звуком, а также то, как человек воспринимает звук.

Звук и его характеристики

вук как физическое явление представляет собой волновой процесс, то есть процесс распространения колебаний воздушной среды. Источником звука является любое колеблющееся тело, которое приводит в колебательное движение прилегающие к нему частицы упругой среды (воздуха), которые, в свою очередь, заставляют колебаться соседние частицы и т.д. Таким образом возникает процесс распространения колебаний частиц упругой среды, который и называют звуковой волной.

Одна из основных характеристик звука — это его частота, или количество звуковых колебаний в секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Например, частота звука 1000 Гц означает, что происходит 1000 колебаний упругой среды в секунду.

Особенность человеческого уха такова, что оно лучше всего воспринимает звуковые колебания в частотном диапазоне от 1 до 5 кГц. Нижние частоты человек дополнительно воспринимает телом, определяя громкость по оказываемому давлению. Считается, что человек способен воспринимать звук с частотой от 16 Гц.

Верхняя граница слышимого диапазона достаточно индивидуальна, но среднестатистические данные следующие: после тридцати лет верхний диапазон слышимости снижается до 18 кГц, а после сорока редко кто слышит частоты более 16-17 кГц.

Другой характеристикой звуковых волн является сила звука. Сила звука определяет поток звуковой энергии, который проходит каждую секунду через квадратный сантиметр условной плоскости, расположенной перпендикулярно направлению распространения волны. Сила звука описывает энергетические свойства самой волны и измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м 2).

Кроме силы звука, часто используется и другая характеристика — звуковое давление. Звуковое давление — это максимальное изменение давления в воздухе при распространении звуковых волн по сравнению с давлением, существующем при отсутствии волн. Единица измерения звукового давления — один паскаль (Па).

Человек способен воспринимать только те звуковые волны, у которых сила звука не выходит за границы определенного диапазона, называемого динамическим диапазоном слуха. Нижняя граница этого диапазона называется порогом слышимости, то есть если сила звука звуковой волны оказывается ниже этого порога, то она не воспринимается человеческим ухом. За порог слышимости принимают силу звука, равную 10-12 Вт/м 2 , или 2x10-5 Па.

Верхняя граница динамического диапазона слуха называется болевым порогом. Если сила звука выше этого уровня, то человек ощущает боль в ушах. Болевому порогу соответствует сила звука, равная 10 Вт/м 2 .

На практике изменение силы звука принято выражать в белах и децибелах. Если I 1 и I 2 — начальное и конечное значения силы звука, то изменение уровня звука рассчитывают по формуле:

.

Минимальный перепад уровня звука, который способно воспринять человеческое ухо, как раз равен одному децибелу. В этом одна из главных причин введения такой системы измерения уровня звука. А весь динамический диапазон слуха составляет 130 дБ:

.

Хотя децибелы используются для измерения изменения физической величины, их можно также применять и для измерения абсолютного значения силы звука, приняв в качестве начального значения силы звука значение порога слышимости, то есть 10-12 Вт/м 2 . В этом случае значение силы звука в децибелах показывает, на сколько децибел данное значение силы звука превышает значение порога слышимости.

Таким образом, когда говорят, что уровень звука в колонках равен 100 децибелам, то подразумевают, что колонки работают на уровне, превышающем порог слышимости на 100 дБ.

Звуковое давление и сила звука находятся в квадратичной зависимости. Это значит, что:

.

В акустике силу звука принято связывать с его громкостью, однако громкость и сила звука — это не одно и то же. Громкость — это субъективное слуховое ощущение от звуковых волн, которое зависит не только от силы звука, но и от его частоты.

При неизменной частоте громкость звука растет с увеличением силы звука. Однако наше ощущение громкости во многом зависит от частоты звука. Мы гораздо лучше слышим на средних частотах, тогда как на низких и высоких чувствительность слуха притупляется. Нулевой уровень громкости звука соответствует силе звука 10-12 Вт/м 2 при частоте 1 кГц.

На основании исследований человеческого слуха были построены графики, которые известны как кривые равной громкости. На них изображены линии (они расположены через 10 дБ на частоте 1000 Гц), которые соответствуют одинаково воспринимаемой громкости на разных частотах (рис. 1).

Оцифровка и сжатие аудиофайлов

печатление, которое создается от прослушивания любой акустической системы, практически полностью зависит от качества исходного материала. Естественно, данное утверждение верно лишь для мультимедиасистем среднего класса и выше. Так, на дешевых пластиковых колонках трудно услышать разницу между mp3 192 Кбит/с и mp3 256 Кбит/с.

Вспомним, как происходит оцифровка звукового сигнала, то есть перевод аналогового сигнала в цифровую форму представления. Цифровой звук представляется в виде дискретных значений амплитуды. Оцифровка (преобразование аналогового сигнала в цифровой вид) включает дискретизацию сигнала по времени и квантование по амплитуде (рис. 2). Дискретизация — это получение значений амплитуды через определенный временной шаг. К примеру, для аудио-CD частота дискретизации составляет 44,1 кГц, то есть каждую секунду производится 44 100 отсчетов амплитуды сигнала.

Квантование по амплитуде — это замена реальных значений амплитуды сигнала на приближенные с определенной точностью. Точность квантования сигнала определяется разрядностью используемого кодека. Для аудио-CD разрядность составляет 16 бит, что позволяет задать 216=65 536 различных уровней амплитуды.

Понятно, что чем выше частота дискретизации сигнала и чем больше разрядность кодека, тем в большей степени исходный аналоговый сигнал будет соответствовать своему цифровому представлению.

В математике доказывается (теорема Котельникова — Найквиста), что для однозначного соответствия между аналоговым сигналом и его оцифрованным представлением необходимо, чтобы частота дискретизации была в два раза больше максимальной частоты аналогового сигнала. Таким образом, чтобы получить полную информацию об оригинальном аналоговом сигнале в частотном диапазоне от 0 до 22 050 Гц (в слышимом диапазоне частот), необходимо дискретизовать сигнал с частотой не менее 44,1 кГц.

Значения отсчетов, получаемых при дискретизации и квантовании сигнала, записываютcя в файл PCM (Pulse Code Modulation) в виде набора последовательных значений амплитуды. Понятно, что чем выше частота дискретизации и чем больше разрядность кодека, тем больше будет и размер получаемого файла после оцифровки сигнала. Так, при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрядности кодека 16 бит в стереорежиме один час звукового файла имеет размер приблизительно 635 Мбайт. Отметим, что стандартным типом файлов для хранения оцифрованной несжатой аудиоинформации на данный момент является формат WAV.

Представление сигнала в виде PCM-файла слишком расточительно и требует довольно много места на диске. Поэтому для экономии места звуковой сигнал сжимают. Сжатие может быть двух видов: с потерями качества и без потерь.

Сжатие данных без потерь — это способ кодирования аудиоинформации, который позволяет осуществлять стопроцентное восстановление данных. К такому способу уплотнения данных прибегают в тех случаях, когда необходимо именно стопроцентное сохранение оригинального качества звучания аудиоданных. Например, после сведения звука в студии звукозаписи данные необходимо сохранить в архиве в оригинальном качестве для их возможного последующего использования. Существующие сегодня алгоритмы сжатия без потерь (например, алгоритм, реализованный в кодеках Monkeys Audio, Flac, WavPack, TTA, OptimFrog и других) позволяют сократить занимаемый данными объем на 20-50% при обеспечении стопроцентного восстановления оригинальных данных из полученных после сжатия.

Сжатие данных с потерями используется для достижения минимального размера получаемого файла. Это достигается за счет удаления из оригинала слабослышимых деталей и обрезания частотного диапазона.

После такого преобразования декодированный сигнал при воспроизведении по звучанию похож на оригинал, однако полного соответствия между оригиналом и его преобразованной копией нет.

Методы сжатия с потерями позволяют уменьшить размер оригинала в 7-14 раз. Понятно, что чем выше степень сжатия, тем меньшее соответствие получается между оригиналом и получаемым аудиофайлом.

Методов сжатия с потерями существует достаточно много. Наиболее известные из них — MPEG-1 Layer 3 (официальное название всем известного mp3), MPEG-2/4 AAC (MPEG-2 и MPEG-4 Advanced Audio Coding), Ogg Vorbis (OGG), Windows Media Audio (WMA), MusePaсk (MPC) и др.

Декодирование аудиосигнала

екодирование аудиосигнала — это процесс преобразования исходного сжатого файла в формат, понятный для звуковых карт. Декодирование требуется только для сжатых форматов, поскольку несжатый поток и так понятен для звуковых карт. Разница при прослушивании того или иного плеера заметна лишь при прослушивании файла, сжатого кодеком с потерями, поскольку каждый плеер имеет собственный алгоритм декодирования.

После декодирования сигнал попадает на звуковую карту, включающую аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и midi-синтезатор. Для прослушивания музыки наиболее важен ЦАП — чем он качественнее, тем выше качество получаемого звука. Поэтому, если у вас довольно хорошая акустика, то интегрированную звуковую карту лучше поменять на высококачественную, например на Terratec Aureon Space/Sky, Audiotrack ProDigy 7.1 или даже на Creative Live 24 bit 7.1. Можно, конечно, использовать и более дорогие звуковые карты, однако на мультимедиаакустике будет сложно прочувствовать разницу между ними и тем же ProDigy 7.1.

Кабели

абели бывают двух типов: акустические и межблочные. Акустические кабели используются для подключения акустики к усилителю, а межблочные служат для соединения различных устройств, например звуковой карты и усилителя. Основное назначение межблочного кабеля — без потерь передать сигнал до усилителя. Поскольку по межблочному кабелю протекают слабые токи, наибольшее значение имеет экранирование этого кабеля. Если кабель имеет плохую экранировку, то он будет подвержен разного рода помехам.

Акустический кабель передает уже усиленный сигнал до динамиков. В этом кабеле протекают сильные токи, поэтому значение имеет не только экранировка кабеля, но и его сечение. При протекании больших токов в тонком кабеле возникает потеря слабых токов и потеря части высоких частот. Кроме того, нередко возникает так называемый скин-эффект — эффект вытеснения токов на поверхность кабеля, которому наиболее подвержены высокочастотные токи. Скин-эффект может быть снижен за счет использования кабеля с тонкими жилами, а потери слабых токов — путем применения кабеля с большим количеством жил.

Для среднего класса акустических систем достаточно использовать межблочный кабель с хорошей экранировкой и акустический кабель OFC (бескислородная медь) сечением около 1,0 мм2 для колонок мощностью 20 Вт (на колонку) и сечением 1,5 мм2 для колонок мощностью до 50 Вт (на колонку).

Акустические системы

кустическая система (АС) — это устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов в акустические колебания. В подавляющем большинстве АС преобразование электрических сигналов в звуковые колебания осуществляется через электродинамические головки, принцип действия которых основан на явлении электромагнитной индукции.

Основная часть электродинамической головки — диффузор, который и создает звуковые волны. У диффузора электродинамической головки имеется две поверхности — передняя и задняя. Соответственно в процессе колебательного движения диффузора порождаются две звуковые волны, одна из которых исходит от его передней, а вторая — от его задней поверхности. Эти волны противофазны друг другу и в открытом пространстве частично гасят друг друга. Чтобы устранить данный эффект гашения, волну, излучаемую задней поверхностью диффузора, гасят посредством помещения электродинамической головки в закрытое пространство (в корпус акустической колонки).

Говоря о диффузоре, отметим, что для разных частот используются различные типы диффузоров. Так, для средних и низких частот применяют кевларовые диффузоры, а для высоких частот — шелковые.

Кроме диффузора, электродинамическая головка имеет также подвес, основная задача которого — возвращать диффузор в исходное состояние при его колебательном движении. Подвес должен быть достаточно жестким, чтобы быстро возвращать диффузор в исходное состояние, но в то же время довольно мягким, чтобы не препятствовать движению диффузора.

Немаловажное значение имеет и размер колонки, в которой размещается электродинамическая головка. В принципе, чем больше — тем лучше. В малом корпусе колонки создается избыточная упругость воздуха внутреннего объема, которая давит на диффузор с обратной стороны, вызывая снижение гибкости его подвеса. Особенно отрицательно это сказывается на низкочастотных динамиках.

Виды акустических систем

Плане акустического оформления акустические системы можно условно разделить на следующие виды:

• открытый корпус или акустически разгруженное оформление (частично или полностью отсутствует задняя стенка корпуса колонки);
• корпус с лабиринтом для гашения волн, образуемых задней стенкой диффузора;
• закрытый корпус или акустически нагруженное оформление;
• корпус с фазоинвертором. Фазоинвертор — это труба определенной длины и сечения, вмонтированная в корпус. Фазоинвертор позволяет достичь нормального воспроизведения низких частот за счет того, что они многократно усиливаются в трубе фазоинвертора. Кроме того, фазоинвертор обеспечивает снижение избыточного давления в колонке;
• корпус с пассивным излучателем.

Основные характеристики акустических систем

Основным характеристикам акустических систем традиционно относят следующие:

Громкость акустической системы;

Мощность акустической системы;

Чувствительность;

Амплитудно-частотная характеристика;

Гармонические искажения;

Нелинейные искажения;

Соотношение «сигнал/шум»;

Разделение частот.

Громкость акустической системы измеряется абсолютно аналогично громкости звука. Единственное различие — в основу измерения закладывается не сила звука, а напряжение на электродинамической головке, то есть:

,

где U 1 — некоторое опорное напряжение, а U 2 — максимально допустимое.

Существуют различные типы опорных напряжений, поэтому, чтобы избежать путаницы, используют разные единицы измерения. Так, если применяется единица измерения дБ (dBu), то в качестве опорного напряжения используется 0,775 В. Для единиц измерения дБв (dBV) в качестве опорного напряжения принимается 1 В. Единицы измерения дБ и дБв связаны друг с другом очевидным соотношением:

.

Существует также единица измерения дБм, для которой также используется опорное напряжение 0,775 В.

Громкость акустической системы непосредственно связана с громкостью создаваемого звука. Поэтому если в паспорте АС указано, что значение громкости составляет у нее 60 дБ, то в помещении при включенной на максимум такой системе разговаривать придется на повышенных тонах.

Поскольку мощность акустической системы можно измерять различными способами, соответственно существуют разные единицы измерения мощности.

Мощность, измеряемая в RMS (Root Mean Squared — среднеквадратичное значение), измеряется подачей сигнала на частоте 1 кГц на расстоянии 1 м от динамика при достижении заданных нелинейных искажений (обычно 10%). Так, если говорится, что мощность акустической системы составляет 50 Вт RMS, то это значит, что при подаче на нее сигнала мощностью 50 Вт колонка может работать длительное время без механического повреждения электродинамической головки (разрыв диффузора, повреждение подвеса, повреждение катушки и т.д.). Однако при столь сильных искажениях (10%) расслышать что-либо практически невозможно из-за сильных хрипов.

Еще одним вариантом измерения мощности является измерение пиковой кратковременной нагрузки (Peak Music Power Output, PMPO). Данная мощность определяет пиковую кратковременную нагрузку, которую акустика может выдержать без механического повреждения. Отметим, что практического смысла данная мощность не имеет.

Чувствительность акустической системы характеризует звуковое давление, создаваемое колонкой на расстоянии 1 м при подаче сигнала мощностью 1 Вт и частотой 1 кГц. Чувствительность измеряется в децибелах относительно порога слышимости (2Ѕ10-5 Па). К примеру, чувствительность 85 дБ/Вт/м означает, что колонка способна создавать звуковое давление в 85 дБ на расстоянии 1 м от динамика при подаче сигнала мощностью 1 Вт.

Условно считается, что чувствительность 84-88 дБ/Вт/м является низкой, чувствительность 89-92 дБ/Вт/м — средней, а чувствительность 93-102 дБ/Вт/м — высокой.

Чувствительность является довольно показательной характеристикой колонки, поскольку непосредственно определяет ее громкость. К примеру, при сравнении двух АС мощностью 60 Вт RMS предпочтение следует отдавать той, у которой выше чувствительность, поскольку громкость звука, создаваемого такой колонкой, будет больше при прочих равных условиях.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

мплитудно-частотная характеристика представляет собой график зависимости изменения амплитуды выходного сигнала от его частоты во всем диапазоне воспроизводимых частот. АЧХ измеряют путем подачи неизменного по амплитуде синусоидального сигнала, который меняется по частоте. На графике амплитуда синусоидального сигнала, соответствующего частоте 1 кГц, принимается за 0 дБ.

В идеальном случае АЧХ представляет собой прямую линию во всем частотном диапазоне (от 20 Гц до 20 кГц). В этом случае сигнал воспроизводится без искажения. Однако в реальности таких идеальных АЧХ не бывает.

Иногда вместо термина АЧХ используют понятие FR (Frequency Response — частотный отклик). В этом случае вместо графика АЧХ приводятся лишь граничные воспроизводимые частоты и неравномерность. К примеру, если указывается 120 Гц-18 кГц (± 3 дБ), это значит, что у данной АС в частотном диапазоне от 120 Гц до 18 кГц звучание достоверное и искажение (изменение амплитуды сигнала относительно амплитуды на частоте 1000 Гц) не превышает 3 дБ.

Нелинейные искажения измеряются подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц. С помощью специального фильтра в звуковом сигнале устанавливаются «лишние» гармоники и определяется их мощность. Итоговый результат выражается в виде коэффициента гармонических искажений (Total Harmonic Distortion, THD), который представляет собой вес дополнительных гармоник в спектре исходно синусоидального сигнала частотой 1 кГц после прохождения им искажающего тракта. Данный коэффициент вычисляется как квадратный корень отношения суммы мощностей всех гармоник, кроме основной, к мощности полезного сигнала. Акустика класса Hi-Fi должна иметь THD не более 1,5% на частоте 1000 Гц.

где S — уровень полезного сигнала, N — уровень шума.

Показатель SNR для очень хорошей акустической системы имеет значение более 90 дБ, для системы среднего класса — порядка 75-85 дБ, а для некачественной системы — менее 60 дБ.

Перекрестные помехи — этот показатель определяет, сколько средних и низких частот передается на высокочастотный динамик. Вычисляются перекрестные помехи как отношение переданного сигнала к заглушенному с помощью частотного фильтра. Например, значение 60 дБ указывает, что частотный фильтр из исходного сигнала при подаче на высокочастотный динамик понижает низкие и средние частоты на 60 дБ.

Dolby Surround Sound (DSS)

Технология Dolby Surround Sound — это технология кодирования звуковой дорожки к фильтрам, предназначенная для домашнего использования (домашние кинотеатры). При помощи декодера Dolby Surround данная технология позволяет из закодированного двухканального сигнала (стереосигнала) выделять три звуковых канала: левый, правый и тыловой с частотным диапазоном от 100 Гц до 7 кГц. При отсутствии декодера звук воспроизводится как обычный двухканальный стереозвук.

Эта технология была представлена компанией Dolby Laboratories в 1982 году.

Dolby Surround Pro Logic (DPL)

Технология Dolby Surround Pro Logic стала следующим шагом в развитии многоканального звука для систем домашнего кинотеатра. Данный стандарт был предложен компанией Dolby Laboratories в 1987 году. Технология Dolby Surround Pro Logic позволяет извлекать из двухканальной стереодорожки четыре канала окружающего звука (левый, правый, центральный и тыловой). Частотный диапазон составляет от 100 Гц до 7 кГц.

Dolby Digital

Стандарт Dolby Digital, представленный в 1992 году, — это стандарт для декодирования многоканального звука, в котором звук представляется шестью отдельными каналами: пятью каналами окружающего звука (левым, правым, центральным и двумя фронтальными) и одним низкочастотным каналом (сабвуфером). Представление звука изначально было цифровым, а частотный диапазон был расширен с 20 Гц до 20 кГц (на данный момент частотный диапазон составляет от 3 Гц до 20 кГц для пяти каналов и от 3 Гц до 120 кГц для канала сабвуфера). Данный стандарт является сегодня одним из самых распространенных.

Dolby Digital AC3

Стандарт Dolby Digital AC3 — это схема компрессии звука, которая была разработана специально для стандарта Dolby Digital. В данной схеме компрессии используется психоакустическая модель, обладающая очень высокой эффективностью (коэффициент сжатия может быть более 12:1, а битрейт — от 64 до 640 Кбит/с) и очень хорошим качеством звука.

Dolby Surround AC3

Dolby Surround AC3 — упрощенный вариант стандарта Dolby Digital, предназначенный для систем домашних кинотеатров. От стандарта Dolby Digital данный стандарт отличается сниженными скоростями потока данных.

DTS (Digital Theater System)

Как и Dolby Digital, стандарт DTS представляет собой стандарт шестиканального звука (5.1), только с гораздо более высоким качеством. Коэффициент сжатия составляет здесь 4:1, а скорость потока данных (битрейт) — 882 Кбит/с (алгоритм apt-X100). Благодаря меньшей степени сжатия и более совершенному алгоритму, качество звука, закодированного в DTS, гораздо выше, чем у Dolby Digital, однако последний стандарт более распространен в связи с широким распространением DVD. Высокое качество DTS также обусловило его использование для создания музыкальных дисков, правда в несколько измененном виде (с меньшими коэффициентами сжатия и измененным алгоритмом кодирования). В производстве DVD с DTS-дорожкой используется частота дискретизации 48 кГц, что делает этот стандарт самым высококачественным из всех существующих сегодня стандартов для кодирования звука для DVD-дисков.

Dolby Pro Logic II

Стандарт Dolby Pro Logic II, представляющий собой дальнейшее развитие стандартов Dolby Stereo Pro Logic, позволяет декодеру раскладывать обычный стереозвук на шесть каналов (5.1).

Dolby Pro Logic IIx

Стандарт Dolby Pro Logic IIx — это следующий шаг в развитии стандарта Dolby Pro Logic II. В данном случае подразумевается возможность разложения стереозвука на семь (6.1) или на восемь (7.1) каналов. Стандарт Dolby Pro Logic IIx — пока что единственный стандарт, который обеспечивает возможность правильного и полноценного расширения любого стерео- или 5.1-звука до формата 6.1 и 7.1. Возможны три режима декодирования:

Фильм (Movie) — дублирование центрального канала или тыловых каналов;

Игра (Play) — сигнал всего лишь дополнительно направляется на «новые каналы»;

Музыка (Music).

Ни в одном из режимов не используется информация с фронтальных каналов (только с центрального и тыловых).

Dolby Digital EX

Данный стандарт — вариант стандарта Dolby Pro Logic IIx, предназначенный для домашних кинотеатров.

Dolby Digital Surround EX

Стандарт Dolby Digital Surround EX — это относительно новый, расширенный до формата 6.1 вариант стандарта Dolby Digital Surround. В данном стандарте имеется еще один задний канал, который дублирует существующий центральный канал, если исходный звук записан в формате 5.1. Если же исходный файл представлен в формате 6.1, то дополнительный канал становится еще одним полноценным каналом окружающего звука.

DTS-ES

Стандарт DTS-ES — это полноценный аналог стандарта Dolby Digital EX, но от компании DTS. Данный стандарт также позволяет кодировать звук в форматах 6.1 и 7.1 и раскладывать звук формата 5.1, закодированный в DTS, соответственно на семь (6.1) или восемь (7.1) каналов.

Какой объем у звука

23.03.2009 17:35 Владимир Закаменный

В прошлой статье мы подробно объяснили, что же означают обозначения различных поддерживаемых устройством воспроизведения (проигрывателем) форматов файлов и носителей . Сейчас мы продолжим наш импровизированный ликбез и расскажем вкратце о форматах многоканального звука.

Форматы Dolby

Dolby Stereo - матричный формат записи звука. При записи в формате Dolby Stereo звук, предназначенный для каждого из четырех каналов, кодируется и записывается на два канала, а при воспроизведении декодируется вновь в четыре канала: левый, центральный, правый и задний (обычно направляется на две тыловые акустические системы одновременно).

Dolby 3 Stereo – система для домашнего кинотеатра, передающая информацию каналов окружающего звучания через левый и правый фронтальные громкоговорители, а звук центрального канала - через третий громкоговоритель.

Dolby Headphone – стандарт, предназначенный для перекодирования сигнала формата 5.1 в двухканальный сигнал для наушников. Позволяет донести до слушателя объемные звуковые эффекты, обычно используется при просмотре видеофильмов в наушниках.

Dolby Surround (DSS) – система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять три звуковых канала: левый, правый и тыловой. При отсутствии декодера воспроизводится обычный двухканальный стереозвук.

Dolby Pro-Logic (DPL) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять четыре звуковых канала: левый, центральный, правый и тыловой. Система использует дополнительный громкоговоритель центрального канала, который «привязывает» диалоги к экрану, а эффект окружающего звучания воспроизводится через тыловые каналы.

Dolby Pro Logic II - новая усовершенствованная версия формата Dolby Pro Logic. Основное отличие DPL II от DPL заключено в том, что организуется стереофонический тыловой канал, с расширенным диапазонам частот, наличие которого позволяет создать в зрительном зале более реалистичную и стабильную звуковую сцену. Имеется независимый канал низкочастотных эффектов. В общем, декодер позволяет из звуковой дорожки 2.0 (стереофонический звук) создать объемный звук формата 5.1. DPL II имеет два режима: «Movi» (для саундтреков кинофильмов) и «Music» (для музыкальных записей, записанных, например, на CD). Пользователь получает возможность просмотра и прослушивания старых записей своей коллекции с обновленным звучанием, соответствующим новым стандартам. Конечно, полученному многоканальному звуку будет далеко до полноценного звучания Dolby Digital или DTS, но в любом случае зритель вместо плоского двухканального звука получает объемный шестиканальный.

Dolby Pro Logic IIx - дальнейшее развитие стандарта Dolby Pro Logic II. Декодер Dolby Pro Logic IIx позволяет получить объемный звук стандарта 6.1 или 7.1, используя в качестве источника сигнал в формате 5.1 или простой стереосигнал.

Dolby Pro Logic IIz – новейший стандарт, использующий фронтальные каналы для создания трехмерных эффектов, таким образом добавляя к звуковому полю еще одно измерение в 7.1- и 9.1-конфигурациях. Dolby Pro Logic IIz обратно совместима с Dolby Pro Logic IIx.

Форматы Dolby Digital (AC-3)

Dolbi Digital (AC-3) - самый популярный на сегодняшний день формат многоканального звука, принятый в качестве звукового стандарта для видеодисков формата DVD. Этот полностью цифровой формат содержит 6 независимых каналов звука, из них 5 полнодиапазонных (30 – 20 000 Гц): три фронтальных (левый, центральный и правый) и два тыловых, плюс один низкочастотный (20-120 Гц) канал сабвуфера. Звучание фонограмм, записанное в формате Dolbi Digital, характеризуется очень высоким качеством звука - полностью отсутствует шум носителя (как это явно присутствует, например, в аудио кассетах).

Dolby Digital Live – технология, позволяющая в режиме реального времени конвертировать звук от компьютера или игровой приставки в формат Dolby Digital 5.1, обеспечивая качественное звучание и простое (с помощью одного разъема) подключение к AV ресиверу для воспроизведения.

Dolby Digital Surround EX - стандарт многоканального звука формата 6.1. От Dolby Digital отличается добавлением дополнительного канала (центр-тыл). Сигнал для центрального тылового канала декодер получает из левого и правого тыловых каналов. Дополнительный канал позволяет добиться более детальной звуковой картины.

Dolby Digital Plus – стандарт, специально разработанный для видеофильмов на носителях HD DVD/Blu-Ray и телевидения высокого разрешения HDTV. Обеспечивает высокое качество объемного звука. Dolby Digital Plus поддерживает обработку потока аудиоданных со скоростью до 6.144 Мбит/с. (для сравнения, для стандарта Dolby Digital эта цифра составляет 640 кбит/с.), поддерживает до 13 независимых звуковых каналов, разрядность 24 бит на канал и частоту дискретизации 96 кГц.

Dolby TrueHD – стандарт, предназначенный для декодирования цифровой звуковой дорожки, записанной на диске, в многоканальный аналоговый сигнал. Стандарт Dolby TrueHD был специально разработан для видеофильмов на носителях HD DVD/Blu-Ray и телевидения высокого разрешения HDTV и обеспечивает высокое качество объемного звука. Он поддерживает до 14 аудиоканалов, разрядность данных 24 бит, частоту дискретизации 96 кГц, полосу пропускания до 18 Мбит/с., позволяет преобразовать звук без потери качества (lossless). Поток данных в стандарте Dolby TrueHD поддерживается интерфейсом HDMI.

Форматы DTS

DTS – аналоговый Dolby Digital формат многоканального звучания, обеспечивающий несколько более высокое по сравнению с первым качество звучания. Основное отличие стандарта DTS от Dolby Digital состоит в том, что скорость аудиоданных у DTS в три раза выше, благодаря чему появляется возможность записать звук с лучшим качеством. В результате становятся слышны все тончайшие оттенки звучания, звуковые эффекты приобретают большую выразительность.

DTS 96/24 - стандарт шестиканального звука более высокого, чем DTS, качества. Поддерживает формат звука с частотой дискретизации 96 кГц и разрядностью 24 бит. Совместим с форматом DTS. Декодер DTS 96/24 необходим для того, чтобы преобразовать цифровую звуковую дорожку, записанную в формате DTS 96/24, в многоканальный аналоговый звук.

DTS ES Matrix 6.1 - улучшенная версия цифрового формата DTS для построения системы домашнего кинотеатра на базе шести акустических систем. Как и в предыдущем случае используется матричный способ кодирования данных для организации центрального тылового канала.

DTS ES Discrete - единственный на сегодняшний день полноценный 6.1-канальный формат. Информация для тылового центра содержится в отдельно записанном звуковом канале.

DTS Neo:6 - музыкальный многоканальный формат, являющийся функциональным аналогом Dolby Pro Logic II. Он способен разложить двухканальный сигнал в 6-канальную конфигурацию.

DTS-HD High Resolution Audio – стандарт, предназначенный для декодирования цифровой звуковой дорожки, записанной на диске, в многоканальный аналоговый сигнал. Стандарт DTS-HD был специально разработан для видеофильмов на носителях HD DVD/Blu-Ray и телевидения высокого разрешения HDTV и обеспечивает высокое качество объемного звука. Он поддерживает неограниченное количество аудиоканалов, разрядность 24 бит, частоту дискретизации 96 кГц и полосу пропускания 3 или 6 Мбит/c, преобразует звук без потери качества (lossless), имеет возможность выводить многоканальный звук (семь и более каналов) в форматах 5.1 и стерео.

DTS-HD Master Audio – стандарт, разработанный специально для использования с видеоформатами высокого разрешения (HD DVD, Blu-Ray). Главное его преимущество - возможность использования звукового формата с кодированием без потерь (lossless). Звук в формате DTS-HD Master Audio соответствует качеству звука с DVD-Audio. DTS-HD Master Audio поддерживает разрядность 24 бит, частоту дискретизации 192 кГц, полосу пропускания до 24.5 Мбит/с., имеет возможность выводить многоканальный звук (семь и более каналов) в форматах 5.1 и стерео.

… и компания

THX – формат, определивший новую концепцию пространственного звучания, наиболее естественную и максимально приспособленную к условиям домашнего видеопросмотра. Используя результаты декодирования процессора Dolby Pro-Logic, который образует всего четыре канала, ТНХ дополнительно разделяет монофонический канал эффектов на два псевдостереофонических - левый и правый и создает дополнительный сверхнизкочастотный канал (канал сабвуфера - громкоговорителя специально предназначенного для воспроизведения мощных низкочастотных звуков). Одновременно достигается улучшение воспроизведения низких частот (20-80 Гц), коррекция звука фронтальных каналов, адаптирующая звуковое сопровождение к условиям прослушивания с близкого расстояния (в обычной комнате). Также используется корректирующая схема для сохранения спектрального баланса при движении мнимого источника звука от фронтальных к тыловым громкоговорителям.

MPEG Multichannel или MPEG-2 Audio – стандарт, применяющийся для записи звука на DVD видеодиски. MPEG-2 Audio и AC-3 обеспечивают примерно одинаковое качество шестиканального звука. Хотя некоторые специалисты отмечают большую гибкость последнего, вследствие возможности переменной скорости записи звуковых данных. Также MPEG-2 Audio более совместим с простыми аудиосистемами, работающими в стереорежиме.

Способ кодирования звукового материала на DVD-Audio базируется на хорошо обработанной технологии импульсно-кодовой модуляции сигнала (Linear PCM ). Этот новый формат позволяет воспроизводить с высочайшим качеством как двухканальные, так и многоканальные дорожки. Высокая чистота дискретизации и другие технологические новшества позволяют без искажений реализовать цифровые сигналы в полосе частот от 0 до 100 кГц (точнее – 96 кГц) при динамическом диапазоне 144 дБ.

В основу записей на SACD (Super Audio CD) положен принцип формирования однобитового цифрового потока, созданного на основе прямопоточного цифрового кодирования DSD (Direct Stream Digital ) с частотой дискретизации 2,8 Мгц. Количество звуковых каналов на SACD может быть от 2 до 5.

Meridian Lossless Packing (MLP , уплотнение без потерь компании Meridian) – это система кодирования без потерь, предназначенная для высококачественного аудио. Для DVD-Audio MLP осуществляет сжатие без потерь информации при числе каналов материала, достигающем 6, с разрядностью 24 бита и нормой отбора от 44.1 кГц до 192 кГц.

Circle Surround - система, являющаяся адаптацией систем Dolby специально для музыки, поскольку имеет тыловой канал c полным диапазоном частот. Современная версия системы, Circle Surround 5.2.5, может также работать в шестиканальном режиме с раздельными тыловыми каналами и каналом субвуфера. Звук, закодированный посредством системы Circle Surround (в четырехканальном режиме), полностью совместим с декодерами Dolby Pro-Logic. Кроме того, декодер Circle Surround может синтезировать объемный звук из обычного стерео.

SDDS (Sony Dynamic Digital Sound ) – цифровой формат, предназначенный исключительно для кино и в виде аудио продукции пока не встречается. Звук SDDS может быть декодирован в четыре, шесть (5.1) или восемь (7.1) каналов, в последнем случае с дополнительными левым центральным и правым центральным каналами. В формате SDDS используется звук с частотой дискретизации 44,1 кГц и применяется сжатие данных с потерями (примерно 5:1).

Dolby Digital

Киноплёнка с цифровым и аналоговым звуком

Dolby Digital (AC-3, ATSC A/52 ) (До́лби Ди́джитал) - система пространственного звуковоспроизведения, разработанная фирмой «Dolby Laboratories, Inc.» («Dolby Labs»), руководимой Реем Долби , пионером аудио- и видеопромышленности.

Формат стандартизирован Advanced Television Systems Committee , ему присвоен код A/52, Dolby Digital (DD) является торговой маркой.

Современные системы Dolby Digital предоставляют шесть каналов объёмного цифрового звука. Левый, центральный и правый фронтальные каналы позволяют точно определить позицию источника звука на экране. Отдельные «разделённые» левый и правый задние боковые каналы усиливают ощущение присутствия, создавая объём. А дополнительный низкочастотный канал добавляет накал действию на экране.

В киноиндустрии звуковая дорожка Dolby Digital кодируется оптически прямо на киноленту в промежутках между перфорационными отверстиями. Размещение цифровой звуковой дорожки на том же носителе, что и фильм, позволяет ей сосуществовать вместе с аналоговой дорожкой без привлечения дополнительных носителей данных, а также обеспечивает абсолютную синхронность изображения и звука. В кинотеатрах системы IMAX звук записывается на отдельном жестком диске и синхронизируется с кинопленкой при помощи временно́го кода SMPTE.

Цифровой поток на выходе кодера представляет собой последовательность аудиофреймов (Pack AC-3 Frame). Содержащаяся в нём информация условно может быть разделена на две части: основную (Main Information) и дополнительную (Side Information).

Аудиофрейм кодера включает шесть аудиоблоков. Каждый аудиоблок содержит информацию о 512 отсчётах для каждого из кодируемых сигналов (Audio 1, Audio 2, …, Audio n). Вследствие 50 % временного перекрытия в аудиоблок для каждого из сигналов включаются 256 отсчётов предыдущего блока и 256 новых отсчётов. В шести аудиоблоках аудиофрейма общее число обрабатываемых отсчётов для каждого из входных сигналов будет равно 512 × 6 = 3072. Заметим, что если число кодируемых звуковых сигналов равно 5 (формат 3/2), то общее число отсчётов, информация о которых содержится в одном аудиофрейме, составит (512 × 5) × 6 = 15360, однако с учётом 50 % временного перекрытия здесь будет лишь 15360 ÷ 2 = 7680 новых отсчётов.

После сегментации по времени выборки отсчётов звуковой сигнал каждого канала преобразуется в новую совокупность цифровых данных посредством модифицированного дискретного косинусного преобразования (МДКП). Сегментация звуковых сигналов по времени с 50%-ным перекрытием выборок и их преобразование из временной в частотную область выполняются в блоке время-частотного преобразования (Frequency Domain Transform). Перед ортогональным преобразованием выборки отсчётов звуковых сигналов взвешиваются оконной функцией. Последняя представлена в стандарте А/52 таблицей.

Преобразование выборки звукового сигнала из временной области может быть выполнено посредством одного длинного (512-точечного) или двух коротких (256-точечных) преобразований. В первом случае будет получено 256, а во втором - соответственно 128 + 128 коэффициентов МДКП. При короткой выборке коэффициенты МДКП обеих сегментов, содержащие по 128 значений, объединяются в один общий блок путём их чередования. В этом общем блоке будут также 256 коэффициентов МДКП.

Длинное преобразование наиболее предпочтительно для сигналов, медленно изменяющихся по амплитуде с течением времени. Оно имеет лучшее разрешение по частоте. Короткое преобразование обеспечивает лучшее разрешение по времени и применяется для сигналов, амплитуды которых быстро меняются во времени, например в области атаки звука. Флаг Block Switch Flags(blksw flags) указывает, какое преобразование (длинное или короткое) применено при расчёте коэффициентов МДКП. Параметр Block Switch Flags включается в выходной поток цифровых данных как дополнительная информация и используется декодером при выполнении обратного ортогонального преобразования.

При малых скоростях передачи цифровых данных в кодере Dolby AC-3 предусмотрено использование специальной процедуры объединения канальных сигналов (Coupling), позволяющей при их кодировании обойтись меньшим числом битов.

В системе Dolby AC-3 каждый коэффициент МДКП представляется в формате с плавающей запятой двумя значениями: экспонентой (или порядком) и мантиссой: Xd[k] = A[k] × 2 -B[k] , где A[k] и B[k] - соответственно мантисса и порядок k-го коэффициента преобразования. Порядок равен числу нулей перед первой единицей двоичного представления коэффициента МДКП. Он является по сути дела его масштабным коэффициентом (или нормирующим множителем). Например, если коэффициент МДКП Xd[k] = 0,158 и его двоичное представление записывается как 0,001010000110, то порядок (масштабного коэффициента) B[k] = 2, а мантисса равна 0,1010000110 в двоичной или A[k] = 0,6308 в десятичной системах исчисления. Знак коэффициента МДКП учитывается при кодировании мантиссы. Перед кодированием мантисы нормируются (Normalize Mantissas). Экспоненты и мантиссы коэффициентов МДКП кодируются отдельно в блоках Encode Exponent и Quantisse, Encode Mantissas.

В блоке распределения битов (Bit Allocation) учитывается эффект маскировки. В основе процедуры выделения битов лежит модель слуха, позволяющая оценить максимально допустимое (пороговое) значение уровня шума, который ещё маскируется полезным сигналом в полосе кодирования, и в соответствии с данными этих расчетов выделить при кодировании мантисс коэффициентов МДКП соответствующее число разрядов. Все указанные вычисления выполняются в блоке, называемом обычно психоакустической моделью. Каждая нормированная мантисса квантуется с числом ступеней квантования, соответствующим числу битов, определённому в модуле Bit Allocation.

Порядок кодирования коэффициента МДКП в кодере Dolby AC-3 представляет собой число, изменяющееся в пределах от 0 до 24. Поэтому кодовое слово порядка должно иметь по крайней мере m = 5 разрядов (2 5 = 32). Максимальный порядок в кодере ограничивается значением 24.

Известно, что если спектр выборки звукового сигнала анализируется при помощи банка фильтров, каждый из которых имеет достаточно узкую полосу частот, то разница в уровнях энергии сигнала между соседними фильтрами редко превышает значение 12 dB. Это обстоятельство учтено при кодировании порядков. При кодировании порядков в кодере системы Dolby AC-3 применён метод дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, когда кодируется не сам порядок, а разность между значениями порядков соседних коэффициентов МДКП.Первое значение порядка для сигнала каждого канала в самой первой наиболее низкой по частоте полосе анализа - это всегда четырёхбитовое кодовое слово, что соответствует диапазону изменения чисел от 0 до 15. Порядок в следующей вверх по частоте полосе анализа определяется как разница между текущим и предыдущим значениями порядков соответствующих коэффициентов МДКП. В кодере Dolby AC-3 разрешающая способность дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (дискретность изменения порядков) при кодировании ограничена значениями −2, −1, 0, +1, +2. Максимальное изменение порядков соседних коэффициентов МДКП составляет ± 2, что соответствует ± 12 dB.

Дифференциальное значение порядков коэффициентов МДКП объединяются в группы. Для процедуры группирования используются три возможных стратегии, обозначенные в стандарте как D15, D25 и D45. В стратегии D15 каждая пара , а в стратегии D45 уже каждая четвёрка дифференциальных значений порядков представлены одним значением числа M в потоке цифровых данных.

Дифференциальные значения порядков, полученные непосредственно из исходных коэффициентов МДКП, на практике не всегда дают максимальную разность соседних коэффициентов, не превышающую диапазон ± 2, что требуют соответствующие таблицы стандарта Dolby AC-3. Поэтому перед кодированием необходима дополнительная обработка массива порядков. С её помощью уменьшаются некоторые значения порядков, но при этом изменяются и соответствующие им значения мантисс так, что в их двоичном представлении впереди появляются нули. После выполнения этой операции максимальный дифференциальный порядок уже не будет превышать требуемое значение, равное ± 2.

Выбор стратегии (D15, D25 или D45) кодирования порядков коэффициентов МДКП - это компромисс между хорошим частотным разрешением, разрешением по времени и числом битов, требуемым для кодирования экспонент. Стратегии D15 и D25 могут быть использованы для кодирования сигналов, имеющих неравномерный спектр, когда значение зкспоненты изменяется довольно быстро от одной полосы анализа к другой. Если же спектр сигнала достаточно гладкий (плоский), тогда используются стратегии кодирования D45.

После выбора стратегии кодирования порядков кодер Dolby AC-3 объединяет кодовые слова, соответствующие дифференциальным значениям экспонент, в группы. Для всех режимов работы кодера наборы чисел M для трёх соседних (k, k + 1, k + 2) коэффициентов МДКП M[k], M, M группируются и кодируются как одно семибитовое слово по правилу:

Диапазон изменения мантисс коэффициентов МДКП лежит в пределах от −1 до +1.Знак коэффициента МДКП учитывается при кодировании мантиссы. Процесс квантования мантисс коэффициентов МДКП в стандарте Dolby AC-3 имеет следующие особенности:

• число возможных ступеней квантования соответствует следующему ряду чисел:0, 3, 5, 7, 11, 15, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 16384, 65536; используется равномерное квантование мантисс;

• при числе ступеней квантования, равном 3, 5, 7, 11 и 15, используется так называемое симметричное квантование, во всех остальных случаях - асимметричное;

• при числе ступеней квантования, равном 3, 5 и 11, кодовые слова мантисс объединяются в группы. При трёх ступенях квантования три кодовых слова, соответствующие трём значениям мантисс, кодируются одним пятибитовым кодовым словом. При пяти ступнях квантования три кодовых слова мантисс группируются и кодируются одним семибитовым кодовым словом. При 11 ступенях квантования два кодовых слова мантисс группируются и кодируются одним семибитовым кодовым словом; в остальных случаях процедуры группирования нет.

При симметричном квантовании вместо квантованных значений мантисс в цифровой поток включены их индексы, заданные соответствующей таблицей. Например, если число ступеней квантования равно 3, а значение мантиссы лежит в пределах от −1 до −1/3, то передаваться к декодеру будет значение, равное −2/3, и ему будет соответствовать индекс mc = 0. Если значение мантиссы лежит в интервале от −1/3 до +1/3, то декодеру передаётся значение, равное нулю, и кодируется индекс mc = 1. И наконец, если значение мантиссы находится в интервале от +1/3 до +1, то декодеру передаётся значение, равное +2/3, и кодируется соответствующий ему табличный индекс mc = 2. Аналогичным образом в форме таблиц задаются интервалы значений мантисс и соответствующие им индексы для числа ступеней квантования равных соответственно 5, 7, 11 и 15. Такой способ квантования позволяет уменьшить число требуемых битов. Для всех других ступеней квантования (32, 64, …, 65536) кодируются не индексы, а сами мантиссы коэффициентов МДКП.

Следующим этапом является кодирование и упаковка в цифровой поток табличных индексов квантованных значений мантисс. При симметричном квантовании для уменьшения требуемого для кодирования индексов числа битов используется дополнительно процедура групирования. Например, при числе ступеней квантования, равном 7, индекс мантиссы изменяется в пределах от 0 до 6. Для кодирования этого ряда чисел требуется 3 бита. При 11 ступенях квантования табличный индекс мантисс лежит в интервале от 0 до 10, а при 15 ступенях квантования он находится уже в интервале от 0 до 14. При этом требуемое для кодирования каждого из них число битов соответственно равно 4 или 5. Группирование табличных индексов позволяет уменьшить требуемое для их кодирования число битов при 3, 5 и 11 ступенях квантования. При 3 и 5 ступенях квантования три табличных индекса мантисс, а при 11 ступенях квантования два табличных индекса мантисс кодируются одним кодовым словом по следующим правилам:

Group_code = 9mc[a] + 3mc[b] + mc[c]; Group_code = 25mc[a] + 5mc[b] + mc[c]; Group_code = 11mc[a] + mc[b],

где Group_code, Group_code и Group_code - кодовые слова групп табличных индексов мантисс соответственно при 3, 5, 11 ступенях квантования; mc[a], mc[b], mc[c] - табличные индексы мантисс коэффициентов МДКП с номерами a, b и c. Итак при трёх ступенях квантования мантисс (n = 3) кодовое слово группы, состоящей из трёх индексов, будет содержать 5 битов, поэтому на кодирование каждой мантиссы в этом случае будет затрачено 5 ÷ 3 = 1,67 бита. При n = 5 кодовое слово группы мантисс будет представлено уже семибитовым числом, и на кодирование каждой мантиссы потребуется уже 7 ÷ 3 = 2,33 бита. И наконец, при n = 11 на кодирование каждой мантиссы потребуется уже 7 ÷ 2 = 3,5 бита, а при n = 15 - 4 бита и т. д.

В кодере определяется длина кодового слова каждой мантиссы или соответствующего ей табличного индекса, после чего мантиссы распаковываются по специальной процедуре.

При работе в режиме объединения звуковых сигналов кодер объединяет высокочастотные части исходных сигналов в определённой полосе частот в один общий сигнал и генерирует дополнительно так называемые координаты объединения. Последние будут использованы декодером для восстановления энергетических соотношений высокочастотных частей спектра каждого исходного сигнала, подвергнутого процедуре объединения. После декодирования объединённые части в каждом из восстановленных сигналов будут иметь одинаковый спектральный состав и отличаться только уровнем.

Кодер формирует общий сигнал путём простого сложения коэффициентов МДКП объединяемых сигналов. При этом коэффициенты МДКП с 37-го по 252-й группируются в 18 субполос (так называемых полос объединения) по 12 коэффициентов в каждой такой субполосе. Нижняя и верхняя частотные границы полос объединения задаются пользователем. Координаты объединния рассчитываются для каждого объединения субполосного сигнала. Они представляют собой отношения максимальных коэффициентов МДКП каждого объединяемого сигнала и суммарного сигнала в субполосе объединения. Далее координаты объдинения преобразовываются в формат чисел с плавающей запятой и включаются в выходной поток данных как дополнительная информация. Суммарный (объединённый) сигнал кодируется так же, как и сигнал независимых каналов.

Декодер системы Dolby AC-3

Декодер Dolby AC-3 получает порядки коэффициентов МДКП в кодированном и упакованном виде. Чтобы их распаковать и декодировать, необходимо иметь дополнительную информацию о числе передаваемых экспонент в сигнале каждого канала и о стратегии их кодирования (D15,D25,D45), использовавшейся в кодере. Процесс декодирования порядков осуществляется в блоке декодирования экспонент (Decode Exponent). После декодирования порядков выполняется процедура распаковки, деквантования и денормирования мантисс коэффициентов МДКП (Dequantize, Denormalize Mantissas). Для её выполнения используются параметры психоакустической модели, параметры, определяющие распределение битов в кодере, а также восстановление значения порядков коэффициентов МДКП. Операция денормирования мантисс производится посредством сдвигов разрядов кодового слова мантиссы вправо. При этом число сдвигов определяется порядком соответствующего коэффициента МДКП. Если в кодере была использована процедура объединения сигналов ряда каналов, то, очевидно, декодер должен выполнить обратную операцию (De-Coupling), используя переданные декодеру в поле данных дополнительной информации значения координат объединения. В блоке обратного ортогонального МДКП (Inverse Transform) осуществляется обратное преобразование реконструированного в декодере сигнала во временную область.

SI	BSI	Audio Block 0	Audio Block 1	Audio Block 2	Audio Block 3	Audio Block 4	Audio Block 5	AUX Data	CRC

Схема 1.Структура данных аудиофрейма системы Dolby AC-3.

Block Switch Flags	Dither Flags	Dynamic Range Control	Coupling Strategy	Coupling coordinates	Exponent strategy	Exponent	Bit Allocation Parametrs	Mantissas

Схема 2.Структура данных аудиоблока системы Dolby AC-3.

Структура аудиоданных в стандарте Dolby AC-3 показана на схеме 1.Поле данных заголовка (Header) аудиофрейма содержит информацию о синхронизации SI (Syncronizator Information) и информацию о конфигурации потока данных BSI (Bit Stream Information).

Поле данных SI включает синхрослово (0000 1011 0111 0111,или OB77h), биты помехоустойчивого кодирования (CRC - код), частоту дискретизации и размер аудиофрейма. Аудиофрейм системы Dolby AC-3 включает два 16-битовых слова CRC-кода, первое из них следует в начале каждого фрейма после слова синхронизации, а второе - в его конце. Поле данных BSI содержит информацию о конфигурации потока цифровых данных, например, такую, как тип сервиса, режим работы кодера (то есть число кодируемых сигналов или тип звукового формата), абсолютный акустический уровень сигнала каждого канала, информацию о языке, о времени и другое.

Структура данных аудиоблока показана на схеме 2.Он включает в себя следующие поля битов: Block Switch Flags - параметр длины ортогонального преобразования; Dither Flags - признак наличия добавочного шума; Dynamic Range Control - данные управления динамическим диапазоном передаваемых сигналов; Coupling Strategy - информация об объединении сигналов (сигналы каких каналов объединены и начиная с какой частоты); Coupling Coordinats - координаты объединения для сигнала каждого канала; Exponent Strategy - выбранная стратегия кодирования порядков; Exponents - кодовые слова порядков коэффициентов МДКП; Bit Allocation Parametrs - параметры психоакустической модели; Mantissas - кодовые слова мантисс коэффициентов МДКП.

Технологии Dolby Digital

Dolby Digital EX

EX - это приставка, использующаяся для обозначения систем звука Dolby Digital c 6.1 каналами: двух фронтальных, центрального, низкочастотного, тылового объёмного звучания и двух боковых объёмного звучания.

Dolby Digital Surround-EX

Dolby Digital Surround-EX добавляет звуковой дорожке третий канал объёмного звука. Идея принадлежит звукорежиссёрам студии Skywalker Sound. Технология разработана совместно с Dolby Laboratories и Lucasfilm THX.

Dolby Digital Live

Dolby Digital Live (DDL) - технология кодирования многоканального (5.1) аудиосигнала в формат AC3 в реальном времени, предложенная компанией Dolby Technologies. Предназначена для передачи многоканального звука из игр и иных приложений на ресивер по интерфейсу S/PDIF(оптическому или коаксиальному).

Её использование позволяет избавиться от ограничений, из-за которых по цифровым интерфейсам могли передаваться только уже готовые (т.е. хранящиеся закодированными в формат AC3 или DTS) многоканальные дорожки, обычно являющиеся звуковым сопровождением фильмов), а в играх возможности цифрового выхода ограничивались обычным стереозвуком. (Для полноценного 5.1 в играх в таких случаях требуется трёхпроводное аналоговое подключение, если оно, конечно, возможно.)

Принципиальным и неустранимым недостатком технологии DDL является некая потеря качества звука от сжатия его в AC3 формат(сравнимая с переходом от CD-Audio к mp3 с высоким битрейтом) что, однако совершенно некритично для основного предполагаемого её применения.

В настоящее время эта технология встречается преимущественно в материнских платах, оснащённых кодеками Realtek ALC882D, ALC888DD и ALC888H, а также с некоторыми кодеками C-Media. Такие платы можно найти по фразам "AC3 Encode" или собственно "Dolby Digital Live" в описаниях товара.

Также эта технология начинает внедряться в ноутбуки, где в условиях дефицита места для "лишних" аналоговых разъёмов сулит наибольшие преимущества - один разъём позволит получить полноценный 5.1 звук во всех приложениях при условии подключения ноутбука к ресиверу или набору активных колонок со встроенным декодером.

Из отдельных звуковых карт с поддержкой этой технологии стоит отметить Terratec Aureon 7.1, а в популярных звуковых картах семейства Creative X-Fi поддержка DDL отсутствует, но (по неофициальной информации) в будущем не исключено её введение задним числом при выходе новой версии драйверов.

На 2010 год из семейства Creative X-Fi можно выделить следующие модели с поддержкой этой технологии:CREATIVE X-Fi Titanium 7.1, CREATIVE X-Fi Titanium Fatal1ty Pro 7.1, CREATIVE X-Fi Titanium Fatal1ty Champion 7.1

Dolby Digital Plus

Компании MIPS Technologies и Dolby Laboratories представили новую технологию построения звука для устройств, поддерживающих воспроизведение видео и аудио высокой четкости, например HD DVD и Blu-ray проигрыватели. Аудио-технология получила название Dolby Digital Plus и сможет использоваться в микропроцессорных ядрах MIPS32.

Также Dolby Digital Plus позволит повысить качество записи звукового контента на HD DVD и Blu-ray Disk носители, благодаря поддержке еще большего количества каналов, нежели это было возможно с Dolby Digital. Компании представят разработчикам SoC-решений (System-on-Chip) разновидности интегрированного кодека Dolby Digital Plus на основе ядра MIPS.

Особенности:

• Многоканальный звук с независимыми каналами
• Поддерживается до 7.1 каналов* и возможность наличия нескольких аудио программ в одном потоке
• Вывод потока Dolby Digital для совместимости со старыми устройствами
• Максимальная скорость потока до 6 Mbps
• Битрейт от 3 Mbps на HD DVD и до 1.7 Mbps на Blu-ray Disc
• Поддерживается HDMI
• В одном потоке может содержатся материал на разных языках
• Новые возможности при кодировании для аудио профессионалов
• Сохранение высокого качества на более эффективных для радиовещания скоростях передачи данных (200 Kbps для 5.1 каналов)

" Dolby Digital Plus поддерживает больше 8 аудио каналов. Стандарты HD DVD и Blu-ray Disc сейчас ограничивают это число до 8.

Dolby TrueHD

Dolby TrueHD является одним из первых двух форматов несжатого звука (сжатого без потерь), доступных только для оптических HD-плееров. Несмотря на то, что кодек Dolby TrueHD является опциональным, данный формат широко поддерживается плеерами и дисками Blu-ray (гораздо больше, чем DD+, который часто отсутствует на дисках Blu-ray). Dolby TrueHD использует алгоритм сжатия без потерь Meridian Lossless Packing (MLP). Цифровой поток Dolby TrueHD может вмещать до 14 отдельных звуковых каналов, но на практике работает с 6 (5.1) или 8 (7.1) каналами. Стандарт Dolby TrueHD поддерживает разрядность до 24 бит и частоту дискретизации до 192 кГц (для максимального несжатого потока 63 Мбит/с), но для Blu-ray на текущий момент доступно максимум 8 каналов с 24 бит и 96 кГц (или, в качестве альтернативы, 6 каналов с 24 бит и 192 кГц) для максимального сжатого потока 18 Мбит/с. Поиск доступных фильмов в формате Dolby TrueHD на дисках Blu-ray показал, что на сегодняшний день можно получить только половину: 6 каналов с частотой дискретизации 96 кГц и глубиной 24 бит (что соответствует несжатому потоку 13,5 Мбит/с и сжатому 9 Мбит/с, например, на дисках с концертами группы Dave Matthews and Tim Reynolds, получивших отличные баллы за качество на сайте Cinema Squid).

Характеристика дорожки Dolby TrueHD для фильмов Blu-ray выглядит следующим образом:

• Аудиокодек - Dolby TrueHD.
• Каналы (звуковая схема) почти всегда 5.1, очень редко встречаются 6.1 и 7.1.
• Данные о чёткости звука часто отсутствуют, но обычно значения следующие: 16 бит при частоте 48 кГц или 24 бит при частоте 48 кГц; для некоторых концертных дисков эти значения составляют 24 бит при частоте 96 кГц.
• Значение потока, как правило, отсутствует, но обычно составляет 4 608 кбит/с (4,5 Мбит/с, что соответствует шести каналам при частоте 48 кГц и 16 бит). Самое высокое значение, которое мы видели на коммерческих концертных дисках Blu-ray, составило 9,0 Мбит/с, что соответствует шести каналам при частоте 96 кГц и 24 бит. Максимальное значение для Blu-ray составляет 18 Мбит/с.

Технологии Dolby на оптических носителях

	HD DVD			Blu-ray Disc			DVD-Video			DVD-Audio			Лазердиск
Кодек	Аппаратная поддержка	Число каналов (макс.)	Макс. скорость потока	Аппаратная поддержка	Число каналов (макс.)	Макс. скорость потока	Аппаратная поддержка	Число каналов (макс.)	Макс. скорость потока	Аппаратная поддержка	Число каналов (макс.)	Макс. скорость потока	Аппаратная поддержка	Число каналов (макс.)	Макс. скорость потока
Dolby Digital	Обязательно	5.1	504 кбит/с	Обязательно	5.1	640 кбит/с	Обязательно	5.1	448 кбит/с	Дополнительно в видеочасти для совместимости с обычными DVD-плеерами	5.1	448 кбит/с	Дополнительно	5.1	384 kbit/s
Dolby Digital Plus		7.1	3 Мбит/с	Дополнительно	7.1	1.7 Мбит/с	Не используется
Dolby TrueHD		8	18 Мбит/с		8	18 Мбит/с

• Звук Dolby Digital впервые появился в кинотеатрах в 1992 году в фильме «Бэтмен возвращается ».
• Толчком для разработки Dolby Digital Surround-EX послужила необходимость звуковой картины пролёта космического корабля над зрительным залом в фильме «Звёздные войны. Эпизод I. Скрытая угроза ».

См. также

• Dolby Atmos
• Immsound
• Цифровой звук

Литература

1. Digital Audio compression Standart (AC-3)/Doc.A/52, 1995-12-20
2. И. А. Алдошина, Э. И. Вологодин, А. П. Ефимов и др. Электроакустика и звуковое вещание: учебное пособие для вузов/ Под редакцией Ю. А Ковалгина. - М.:Горячая линия-Телеком,Радио и связь, 2007.- 872 с.:ил.

Ссылки

Сжатие аудио (форматы сравнение)
Кодеки
Речь/голос
Без потерь
Стандарты и форматы

Медиаконтейнеры
Видео/аудио
Аудио
Графические форматы (сжатие)
Растровые
Векторные
Комплексные

Вещательные видеоформаты
Телевидение
Аналоговое	525 линий NTSC · NTSC-J · PAL-M 625 линий PAL · PAL-N/NC · PALplus · SECAM Аудио BTSC (MTS) · NICAM-728 · Zweiton (A2/IGR) · EIAJ Скрытые сигналы Captioning · Teletext · CGMS-A · GCR · PDC · VBI · VEIL · VITC · WSS · XDS Defunct systems Pre-1940 · Baird-Nipkow · 405 lines · 441 lines · 819 lines · MAC · MUSE
Цифровое	Чересстрочная развёртка SDTV (

Dolby Digital – вмонтированное устройство декодирующего назначения, которое создает шестиканальное звуковое сопровождение спутниковых цифровых вещательных программ или мультимедийного видеоконтента, записанного на цифровой видеокассете, цифровой аудиокассете или с видеосервера.

Что такое декодер dolby digital в телевизоре

Декодер Dolby Digital представлен как система идеально чистого звука. Каналы (левый — центральный и правый — фронтальный) позволяют установить месторасположения источника звука. Отдельно распределенные каналы увлекают телезрителя охватывающими и льющимися с экрана звуками.

Зачем необходим декодер dolby digital в телевизоре

Процессор Dolby Digital стал продолжением ранее воплощенной в жизнь системы кодирования многоканального звука Dolby. При отсутствии сигнала шумопоглащения Dolby работает по принципу снижения шума, а в случае его наличия дает возможность мощному производительному аудио сигналу перебивать шум более низкого уровня. Именно поэтому, эта технология применяет психоакустическую модель слуха.

Внимание! В том случае если сигнал заполняет отдельную часть спектр, шумопоглащения Dolby снижает шумовой уровень в отдельных участках спектра, в которых отсутствует производительный сигнал, делая его незначительным. Это происходит потому, что звуковой сигнал скрывает только ближайший частотный шум.

Приставка Dolby Digital обхватывает множество других резервов:

• увеличивает ресурсы устройства, гарантирует передачу звука высокой точности в формате 5.1;
• создает правильный стереоскопический звук 5.1 с применением различных стереонаушников;
• увеличивает звуковое расстояние при использовании динамиков для музыкального звуковоспроизведенья;
• производит создание пространственного восприятия при использовании стереонаушники.
• усиливает низкие звуковые частотности;
• усиливает высокие частотности и повышает качество звукопроведения музыки путем исправления эффектов высокочастотных импульсов;
• добавляет значительности воспроизведения монозвучания;
• контролирует уровень звука путем поддержания стабильного уровня громкости.

Как пользоваться декодером dolby digital

Для того чтобы настроить системное устройство, телевизор должен поддерживать стандартные настройки.

Вместе с тем, видеозаписи также должны соответствовать формату DD+. Как правило, его используют во всех BluRay и на отдельных коммерческих каналах.

Для передачи видеоконтента Dolby Digital Plus с видеопроигрывателя на телевизор, а затем на оборудование мультимедийного комплекса потребуется стандартный кабель HDMI 1.3.

25.01.2007

Также известен, как:

В 1965 году американский физик и инженер Рей Долби (Ray Dolby) организовал компанию Dolby Labs в Лондоне. Он работал над идеей создания систем понижения шумов, которые позволили бы улучшить качество звучания. Технология должна была подойди как профессионалам, так и рядовой публике. С тех пор имя Dolby стало известно по всему миру, а созданные в лаборатории стандарты объемного звука используются как в кинотеатрах, так и в домах наших граждан.

Звук Dolby Digital впервые появился в кинотеатрах в 1992 с премьерой фильма Возвращение Бэтмена (Batman Returns), и с тех пор звучит почти в тысяче фильмов по всему миру, и является одной из самых современных разработок от Dolby Laboratories .

Dolby Digital 5.1 также называют AC-3 (Audio Code-3). Стандарт предусматривает шесть каналов - два спереди, два сзади, один по центру и один для сабвуфера. В отличие от Dolby Surround и Dolby Prologic , здесь полоса пропускания частот была расширена от 20 Гц до 20 кГц. 5.1 означает пять фронтальных и тыловых каналов плюс сабвуфер. Звук Dolby Digital по желанию производителя может быть записан в пяти отдельных полночастотных каналах - левый, правый, центральный, правый канал эффектов, левый канал эффектов. Кроме этого есть дополнительный канал мощных низкочастотных эффектов (LFE, low-frequency effects) которые более ощущаются нежели слушаются. Так как этот канал имеет в десятеро более узкую полосу пропускания, канал LFE называют.1

Как видно из его названия, Dolby Digital является цифровым форматом, то есть подразумевает запись звуковой информации в виде последовательности нулей и единиц. Dolby Digital отличается тем, что в этом формате предусмотрено шесть дискретных (раздельных) звуковых каналов. Их дискретность позволяет исключить возможность нежелательного просачивания звука из одного канала в другой. Канал сабвуфера также называют LFE (Low Frequency Effects - низкочастотные эффекты). Термин AC-3 означает технологию кодирования звука, при которой отбрасывается неслышимый звук, все оставшееся раскладывается по шести каналам. Соответственно для воспроизведения Dolby Digital звука необходим внешний декодер, или звуковая карта, раскодирующая 5.1 звук и оснащенная соответствующими выходами.

Этот кодер был разработан так, чтобы максимально использовать преимущества человеческой способности к звуковому маскированию, для чего он разбивает спектр аудио сигнала в каждом канале на узкие частотные полоски разного размера оптимизированные с расчетом на частотную избирательность человеческого слуха. Это позволяет очень точно отфильтровывать шум оцифровки так, чтобы он оказался очень близко по частоте к частотным компонентам полезного аудио сигнала. Путем уменьшения или даже полной ликвидации шума там, где нет маскирующего аудио сигнала, качество звука исходного сигнала субъективно не изменяется. По этому ключевому аспекту такое кодирование как AC-3 является формой очень избирательного и качественного шумоподавителя.

При переходе от аналоговой записи сигнала к записи на цифровой носитель такой как компакт-диск, обнаруживается, что цифровое кодирование аудио сигналов используемое в CD производит слишком большие объемы данных для того чтобы их эффективно хранить или передавать в электронном виде, особенно в случаях, когда необходимо кодировать несколько каналов. В результате появились новые формы цифрового кодирования аудио сигналов - известных под общим названием "perceptual coding - чувствительное (восприимчивое) кодирование" - которые были разработаны так чтобы можно было использовать низкоскоростные потоки данных с минимально ощущаемой потерей звукового качества. Примером такого алгоритма кодирования является третье поколение кодеров Dolby - AC-3.

Dolby Digital использует сжатие звука с фиксированным коэффициентом 1:2. Другими словами, какой бы звук вы не взяли, после сжатия вы получите строго определенный поток. Здесь есть свои плюсы (дисковое пространство) и минусы - поскольку качество звучания все же ухудшается. Впрочем, в результате звук занимает на DVD не столь много места, что позволяет добавить перевод на разные языки и различные бонусы. AC-3 использует 18-битовое кодирование, так что выходной поток AC-3 составляет 384 кбит/с. Для восстановления звуковой картины декодер Dolby Digital добавляет задержку в 1 мс на передние каналы, поскольку слушатель чаще всего находится ближе к задним динамикам, а не к передним. Задержка позволяет сбалансировать звуковую картину. Некоторые декодеры позволяют изменять задержку.

Звуковое сопровождение Dolby Digital может быть получено при воспроизведении лазерных дисков, дисков DVD-Video, некоторых компьютерных DVD-ROM дисков, в программах цифровых кабельних и спутниковых систем, цифровом ТВ-вещании (DTV). Обычно программы содержащие Dolby Digital отмечены специальной символикой.

Фонограмму Dolby Digital нельзя записать на обычную магнитную ленту VHS (однако в порядке эксперимента она была записана на S-VHS). Dolby Digital был выбран в качестве стандарта для телевидения высокой четкости. Dolby Digital может передаваться и с помощью системы цифрового спутникового телевидения, хотя в этом случае для приема звукового сигнала вам понадобится специальный цифровой ресивер системы Dolby Digital.

Главное преимущество стандарта заключается именно в том, что Dolby Digital стал стандартом объемного звука на DVD. В описании стандарта DVD говорится, что на диске не может использоваться других звуковых технологий, если на нем нет отдельной дорожки с Dolby Digital. Так что вы никогда не найдете диск с одним лишь DTS. Поэтому Dolby Digital универсален.

Предшественники стандарта Dolby Digital:

• Dolby Surround - три канала, два для звука спереди, один для звука сзади. Диапазон пропускаемых частот от 100 Гц до 7 кГц.
• Dolby Pro Logic - улучшение Dolby Surround, благодаря увеличению числа каналов до четырех, включая центральный канал, и использованию одного или двух элементов для тылового звука.

Звуковые дорожки Dolby Digital имеют очень широкий динамический диапазон между тихими и громкими пассажами. При полной громкости вы можете слышать дрожание обеспечивающее настоящее ощущение конотеатра. Однако, поздно ночью, громкие звуки звуковой дорожки фильма могут вызывать раздражение других членов вашей семьи или соседей. Но если вы понизите общую громкость чтобы "восстановить мир и спокойствие", то диалоги могут быть очень плохо слышны, а окружающий звук пропадет совсем. Что вам действительно хотелось бы в такой ситуации, это уменьшить громкие эффекты, увеличить громкость тихих пассажей и оставить громкость диалогов. Именно это и позволяет делать система управления динамическими диапазонами Dolby Digital. Для прослушивания с небольшой громкостью, она применяет динамическую компрессию диапазонов, сохраняя тихие звуки, предотвращая черезчур громкие эффекты и сохраняя громкость диалогов. Чтобы облегчить понимание этой функции производители оборудования Dolby Digital назвали её Midnight Mode (ночной режим)

Кодер Dolby Digital способен обработать входной сигнал с, по крайней мере, 20-ти разрядным динамическим цифровым сигналом с диапазоном частот от 20 до 20000 Гц ±0.5 дБ (-3 дБ на 3 и 20300 Гц).
Низкочастотный канал покрывает диапазон от 20 до 120 Гц ±0.5 дБ (-3 дБ на 3 и 121 Гц).
Частота дискретизации в 32, 44.1 и 48 кГц.
Ширина выходного потока данных от 32 кбит/сек для одного монофонического канала, до максимума в 640 кбит/сек.
Типичными являются скорости в 384 кбит/сек для "5.1" канального Dolby Digital потребительского формата, и 192 кбит/сек для двух канальной передачи звука.