Что такое декодер dolby digital в телевизоре

Логотип Dolby Digital
До́лби Ди́джитал

(англ. Dolby Digital, AC-3, ATSC A/52) — система цифрового многоканального звука, разработанная в 1991 году для создания высококачественных оптических фонограмм совмещённых фильмокопий[1]. До 1994 года система называлась «Dolby Stereo Digital», подчёркивая преемственность с предыдущим аналоговым стандартом оптических фонограмм «Dolby Stereo». Формат послужил основой для целого семейства стандартов цифрового звука, использующих сжатие данных с потерями, за исключением системы «Dolby TrueHD». Звук «Dolby Digital» впервые появился в кинотеатрах в 1992 году в фильме «Бэтмен возвращается»[2].

Расположение цифровых фонограмм на современных фильмокопиях. От края киноплёнки слева направо: Sony Dynamic Digital Sound (SDDS); Dolby Digital (на межперфорационных перемычках); аналоговый оптический Dolby SR; синхрокод (DTS). Изображение находится правее синхрокода

Оптическая фонограмма «Dolby Digital»

Звукоблок кинопроектора для чтения оптической фонограммы стандарта Dolby Digital
Совмещённая фонограмма «Dolby Digital» содержит шесть независимых каналов для создания объёмного звукового образа и размещается на перемычках перфорации киноплёнки. Размещение цифровой звуковой дорожки на общем носителе с изображением обеспечивает их синхронизацию без каких-либо дополнительных приспособлений. Цифровая фонограмма «Dolby Digital» размещается на фильмокопиях только с аналоговой звуковой дорожкой «Dolby SR», выполняющей резервную функцию. В случае повреждения или сбоя цифровой фонограммы звукоблок кинопроектора автоматически переключается на аналоговую фонограмму, а после восстановления чтения происходит обратное переключение. Благодаря использованию для кодирования фонограмм обоих типов одного и того же шестиканального источника, такие кратковременные сбои практически незаметны[3].

Фонограмма состоит из отпечатанных на перемычках перфорации цветных, нейтрально-серых цифровых матриц с отсчётами 76×76 пикселей, размером 1,1×1,1 микрометр[4]. В отличие от «циановой аналоговой фонограммы» и цифровых дорожек SDDS, печать происходит во всех трёх слоях цветной позитивной киноплёнки. В центре каждой матрицы расположен логотип лаборатории Dolby. Разрывы цифрового потока данных из-за перфорации компенсируются при чтении накопителями в усилителе воспроизведения[3]. Все пять основных (за исключением шестого — сабвуфера) каналов стандарта передают частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц. Обеспечивается динамический диапазон 97 дБ при коэффициенте гармонических искажений 0,001 %. При частоте дискретизации 48 кГц поток данных генерируется со скоростью 64 килобит в секунду для каждого канала. Результирующий поток всех шести каналов составляет 384 килобит в секунду. Несмотря на более низкую скорость чтения потока данных, чем у компакт-диска, качество звучания фонограммы сопоставимо с ним, за счёт использования алгоритма сжатия цифрового потока AC-3 и системы шумопонижения SR (англ. Spectral Recording)[5]. При изготовлении видеорелизов кинофильмов с фонограммой Dolby Digital происходит адаптация её параметров под бытовые стандарты DVD-Video и Blu-ray Disc.

Эффективная реализация BitStream C

Хм. К сожалению, то, что я собираюсь указать на вас, не обязательно является эффективной реализацией, и я надеюсь, что кто-то опубликует лучший ответ (я не рассматривал ffmpeg, как предполагал Майкл Мидмикс). Но я вижу достаточно дыр в твоем понимании, чтобы я подумал, что стоит опубликовать это как ответ.

Во-первых, макросы не нужны для хорошей производительности! Это очень устаревший подход, если вы не кодируете очень старые или незрелые компиляторы. Встроенная функция столь же эффективна, как и макрос (с предостережениями, иногда делая его более эффективным). При разумном использовании статических функций компилятор может решить, что должно быть встроено, а что — нет. Хотя gcc не может быть отличным компилятором, он превосходит определение, когда значение является постоянным, даже указатели! Это также устраняет необходимость постоянного добавления макросов. То есть, это:

#define UINT_BIT_SIZE (sizeof(uint) * 8)

точно так же эффективно, как и

static const size_t UINT_BIT_SIZE = sizeof(uint) * 8;

за исключением того, что позже имеет тип. Для последних версий gcc (последние 4 года или около того) вам даже не нужен const чтобы рассматривать его как константу времени компиляции, если она помечена как статическая (или локальная), а значение не является измененный любым кодом в модуле компиляции, он рассматривает его как константу времени компиляции.

Появление кэша CPU радикально изменило то, что делает часть кода быстрой или (сравнительно) медленной. Если горячая часть вашего кода не вписывается в верхний кеш (L1/L2), ваши вложения и/или макросы в конечном итоге замедляют вас, особенно если вам нужно попасть в основную память. Аналогично, прикосновение к данным в нескольких местах сразу приводит к большому количеству промахов в кэше.

Сказав это, я написал «Бит-Крик», небольшую реализацию для критически важной части драйвера Linux-устройства («ручей», как в «не совсем потоке»). Структура struct bit_creek представляет сегмент памяти, который вы обрабатываете как поток бит, а функции creek_get_bits и creek_put_bits читают или записывают в него как поток, возвращающий -EOVERFLOW если вы переполняете свой буфер.

Я мог бы, вероятно, выжать больше производительности, если бы сохранил skip_bits в структуре и даже, как вы предположили, даже не записывал байт в основную память до тех пор, пока у меня не будет полный байт, но производительность для этого вовсе не была критической.

Удачи!

Технологии Dolby Digital

Семейство стандартов Dolby Digital нашло применение для кодирования звука: в цифровом видео, цифровом телевещании, видеоиграх и других прикладных областях.

Dolby Digital EX

Система, сходная с ранним форматом Dolby Pro Logic с матричным кодированием, добавляющим центральный и тыловой каналы к имеющейся стереофонии. Dolby Digital EX отличается от обычной системы Dolby Digital наличием одного или двух каналов, дополнительных к шести имеющимся.

Dolby Digital Surround-EX

Стандарт Dolby Digital Surround-EX является усовершенствованной версией системы Dolby Digital. В нем добавлен центральный канал для заднего ряда громкоговорителей. Кроме того, возможно добавление канала для верхних громкоговорителей, расположенных на потолке[5]. Идея принадлежит звукорежиссёрам студии Skywalker Sound. Толчком послужила необходимость звуковой картины пролёта космического корабля над зрительным залом в фильме «Звёздные войны. Эпизод I. Скрытая угроза». Технология разработана совместно с Dolby Laboratories и Lucasfilm THX.

Dolby Digital Live

Dolby Digital Live (DDL) — технология кодирования многоканального (5.1) звука в формат AC3 в реальном времени, предложенная компанией Dolby Technologies для интерактивных приложений, таких как видеоигры. Предназначена для передачи многоканального звука на ресивер по интерфейсу S/PDIF(оптическому или коаксиальному)[источник не указан 1171 день

].

Её использование позволяет избавиться от ограничений, из-за которых по цифровым интерфейсам могли передаваться только уже готовые (то есть 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 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 не критично для основного предполагаемого её применения[источник не указан 1171 день

].

В настоящее время эта технология встречается преимущественно в материнских платах, оснащённых кодеками Realtek ALC882D, ALC888DD и ALC888H, а также с некоторыми кодеками C-Media. 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.

Dolby Digital Plus

Детище компаний MIPS Technologies и Dolby Laboratories, основанное на расширенном стандарте E-AC-3, подразумевающем увеличенный битрейт до 6,144 Мбит в секунду. Усовершенствованные технологии кодирования позволяют уменьшить артефакты компрессии.

Особенности:

• Многоканальный звук с независимыми каналами
• Поддерживается до 7.1 каналов[* 1] 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 до 3 Mbps на Blu-ray Disc и до 1.7 Mbps на HD DVD
• Поддерживается HDMI
• В одном потоке может содержаться 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 TrueHD

Dolby TrueHD является форматом сжатого без потерь звука по алгоритму Meridian Lossless Packing (MLP):

• до 14 звуковых каналов, хотя на сегодня, в фильмах на Blu-ray дисках используется 6 (5.1) каналов (максимум 8 (7.1)), и в AV-ресиверах — 8 каналов (7.1);
• разрядность до 24 бит и частота дискретизации 192 кГц (Blu-ray — 18 Мбит/с), хотя для фильмов на Blu-ray распространено до 8 каналов с 24 бит и 96 кГц при сжатии потока до 63 Мбит/с, или 6 каналов с 24 бит и 192 кГц при сжатого потока до 18 Мбит/с[6].

DTS-HD High Resolution Audio

Этот тип формата подразумевает превосходный аудио-сигнал с фиксированным значением (минимум 1,5 Мбит в секунду — максимум 6,0 Мбит в секунду для Blu-ray Audio и от 1,5 Мбит в секунду до 3,0 Мбит в секунду для HD-DVD CD).

Он может обеспечивать до 7.1 каналов звука с частотой дискретизации 96 кГц. При этом глубина составляет 24 бит.

Формат DTS-HD High Resolution Audio был избран в виде опциональной спецификации для HD DVD и Blu-ray Disc. Формат также может стать хорошей альтернативой DTS-HD Master Audio в случае, когда места на диске уже недостаточно.

Количество каналов

Несмотря на заявленное число каналов, соответствующее стандарту 5.1, система поддерживает и другие форматы аудио:

• Моно (только центральный канал);
• Двухканальное стерео (левый и правый), дополнительно может содержать матричное кодирование звукового окружения;
• Трёхканальное стерео (левый, центральный, правый);
• Двухканальное стерео с монофоническим окружением (левый, правый, окружение);
• Трёхканальное стерео с монофоническим окружением (левый, центральный, правый, окружение);
• Четырёхканальная квадрофония (левый, правый, левый задний, правый задний);
• Пятиканальный окружающий (левый, центральный, правый, левый задний, правый задний);

Перечисленные конфигурации могут дополнительно включать эффектный канал сверхнизких частот. Последние два варианта могут использовать матричное кодирование дополнительного тылового канала по системе Dolby Digital EX. Большинство декодеров Dolby Digital обладают возможностью сведения разных каналов: например, канал окружения может складываться с передними каналами при отсутствии соответствующих громкоговорителей.

Технологии Dolby на цифровых носителях

Стандарт сжатия AC-3 допускает максимальный битрейт 640 килобит в секунду. На 35-мм фильмокопиях этот параметр ограничен значением 320 килобит и соответствует максимальному битрейту двухканального MP3. На дисках DVD допустимая скорость потока выше и составляет 448 килобит в секунду, при этом, многие видеоплееры позволяют воспроизводить и более скоростные потоки. Стандарт HD DVD и цифровое телевидение ATSC также ограничивают битрейт значением 448 килобит, а игровые приставки PlayStation 3 и Xbox, как и диски Blu-Ray могут использовать максимальные значения — 640 килобит в секунду.

Dolby является полноправным участником среди организаций, развивающих стандарт Advanced Audio Coding. Стандарты Dolby Digital являются частью спецификации MPEG и преемником звукового формата MP3. Стандарты Dolby Digital Plus и TrueHD считались обязательными для дисков HD DVD, и рассматриваются, как дополнительная опция дисков Blu-Ray.

Blu-ray Disc

HD DVD

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

640 кбит/с

Обязательно

5.1

504 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

Разновидности DTS [ править | править код ]

Сводная таблица форматов DTS, используемых в Blu-ray и HD DVD
Blu-ray Disc				HD DVD
Формат	Тип

Компания Digital Theater System, кроме 5.1-канального кодека DTS Surround, имеет несколько технологий, способных конкурировать с аналогичными технологиями компании Dolby Laboratories. Основными новыми технологиями являются следующие.

DTS-ES [ править | править код ]

DTS ES — формат с дополнительным центральным тыловым каналом, который благодаря потенциальным возможностям DTS может быть как матричным — DTS ES Matrix 6.1 (центральный тыловой канал кодируется матричным методом в два тыловых канала и восстанавливается при воспроизведении), так и независимым информационно несущим каналом — DTS ES Discrete 6.1 (использует свой большой диапазон частот для создания полностью независимого центрального тылового канала).

DTS Neo:6 [ править | править код ]

Технология DTS Neo:6 (как и Dolby’s Pro Logic II system) создана для преобразования 2-канального (стерео) звука в 5.1- или 6.1-канальный звук.

DTS 96/24 [ править | править код ]

Формат DTS 96/24 позволяет кодировать 5.1-канальный звук с частотой дискретизации 96 кГц и глубиной 24 бита для дисков DVD V >96 кГц и глубиной 24 бита. Кроме того, данные в формате DTS 96/24 можно разместить в видеозоне на дисках DVD Audio и таким образом сделать эти диски проигрываемыми на всех DTS-совместимых плеерах DVD.

DTS-HD High Resolution Audio [ править | править код ]

DTS-HD High Resolution Audio — формат, созданный для поддержки HD Audio, расширение оригинального формата DTS. Поддерживает кодирование 7.1-канального звука с частотой дискретизации 96 кГц и глубиной 24 бита. Выбран в качестве опционального формата для Blu-ray Disc и HD DVD с постоянными битрейтами (скоростями) до 6,0 Мбит/с и 3,0 Мбит/с, соответственно. Может служить альтернативой формата DTS-HD Master Audio, когда недостаточно места на диске.

Кодек системы Dolby AC-3

Структура данных кодека AC-3, в официальной спецификации, описывается как упрощённый язык программирования типа «»[7]. Цифровой поток представляет собой набор фреймов, коды размеров которых использованы совместно с кодом частоты дискретизации для определения количества двух битных слов перед следующим синхрословом. Блоки раздельных каналов могут быть длинными: в этом случае каждый из них целиком подвергается модифицированному дискретному косинус-преобразованию. Короткие блоки преобразуются двумя укороченными циклами. В таблице приведена упрощённая структура заголовка AC-3.

Номер поля	Число бит	Содержание
Синхрослово	16	0x0B77, передача данных сначала в левом бите: порядок байтов
Циклический избыточный код	16
Частота дискретизации	2	’11’=зарезервировано ’10’=32 кГц ’01’=44.1 ’00’=48
Код размера фрейма	6
Определитель потока	5
Режим потока	3	‘000’=приоритет звуковых данных
Режим кодирования	3	‘010’=назначение левого и правого каналов
Уровень центра	2
Уровень окружения	2
Режим окружения Dolby	2	’00’=не определено ’01’= Окружение не содержится ’10’= Окружение содержится

Что такое DSD audio, зачем оно и почему — простое объяснение

Довольно часто в баре разливаются такие понятия как передача DSD native, DoP, что лучше, что вообще всё это не вкусно, а лучше бородатого PCM 1644 еще не придумали, и вообще пора возвращаться от наших сказочных Калибров к луку и стрелам — к CD, то бишь, плейстейшонам, ну и прочий декаданс в таком духе.

Подумалось, что немного матчасти не помешает. За сим, решил я перевести на русский понравившуюся мне статью одного крутого ковбоя из PS Audio — Пола Макговена (Paul McGowen) How dense are you? — Как там ваша плотность?

Вчера я удивил некоторых из вас, когда мы узнали, что чуть более, чем 100% современных ЦАПов с 24-битным разрешением — на самом деле DSD или плотностно-импульсная модуляция, также известная как однобитная. Мы понимаем, что классические “лестничные” R2R цапы упираются в стену своего предела на уровне приблизительно 16 битов, потому что точность компонентов (резисторов — прим. М.С.), необходимая для расширения за эти пределы, просто не существует (статья 2012 года, автор не может знать о появлении в 2020 году Holo Spring и Denafrips на дискретных R2R-лестницах с компонентами требуемой точности и разрешения — М.С.).

Я спросил бы, помнит ли кто-либо из Вас о чем мы говорили в начале цикла статей, когда я рассказал Вам, что PCM (то, на чем основана работа CD) является машинным кодом, понятным только машине, которая заточена на понимание этого кода – и что DSD не является машинным кодом вообще, так что ваша аналоговая стерео-система может воспроизвести его непосредственно. В этом — большая разница.

Мы узнали, что PCM разбивает аналоговый музыкальный сигнал на ряд “скриншотов” (выборок) с определенной периодичностью во времени (частота выборки), в выборках проводится измерение сигнала, данные измерений в каждой выборке записываются в память с помощью многоразрядного слова. Восстановление сигнала происходит в обратном порядке, в итоге мы получаем ступенчатый сигнал, который напоминает входной, после того, как мы сгладим эти ступеньки.

1-битное аудио отличается от этого процесса аки день от ночи. Сегодня мы собираемся в двух словах объяснить вам, как это работает, насколько это простой процесс, а уже потом чуть погрузимся в подробности, которые, сдаётся мне, слегка поднапрягут вас, но об этом поговорим после.

Итак, 1-битное аудио просто для понимания как 2 пальца об асфальт. Нет никаких выборок, нет никаких многоразрядных слов, нет никакого машинного кода. Вместо этого есть непрерывный поток, движущийся “поезд” одиночных идентичных битов, которые пребывают только в двух состояниях — или включены (единица) или выключены (ноль). Чем больше битов в потоке включены, тем выше становится возможное выходное напряжение. Чем больше в потоке выключенных битов, тем ниже возможное выходное напряжение. Мы называем эту схему плотностно-импульсной модуляцией, потому что большее количество включенных битов проявляется на графике как распределение большей плотности. Вот график, который поможет визуализировать 1-битную систему.

(Увы, история не сохранила картинку распределения плотностей включенных битов в потоке с огибающей участки повышеной и пониженной плотности синусоидой, но, думаю и так в целом понятно из описания — М.С.)

Обратите внимание, что синие области — это распределение плотности включенных битов, белые области — там где биты выключены. Также обратите внимание, что периодичность между одиночными битами идентична.. Красная синусоида, огибающая изображение, показывает результат распределения в потоке большего или меньшего числа включенных бит. Там, где совсем нет включенных битов (всё белое) синусоида находится в самой нижней точке, там, где число включенных бит максимально (все синее) — синусоида находится в наивысшей точке.

Скорость потока битов (битрейт) в 64 раза выше битрейта CD (DSD64), также, в некоторых случаях битрейт в 128 раз быстрее битрейта CD (DSD128). (Напоминаю, статья 2012 года — М.С.).

И вот интересный момент: если вы возьмете поток DSD и пропустите его через простой аналоговый lowpass-фильтр для сглаживания переходов состояния битов вклвыкл, то на выходе вы получите музыку! Это удивительно, так как если мы проделаем то же самое с PCM, то на выходе получим только шум.

Итак, DSD намного ближе к аналоговому сигналу, чем любой PCM.

Источники

1. О многоканальном звуковоспроизведении, 2008, с. 15.
2. LAWRENCE M. FISHER.
   COMPANY NEWS: A Sound Idea; Dolby Theater Format Adapted to Home Uses (англ.). газета «The New York Times» (12 August 1992). Проверено 27 июля 2020.
3. ↑ ..
   Фонограмма фильмокопий, 2012, с. 17.
4. Модуляторы света, 2003, с. 30.
5. ↑ ..
   Фонограмма фильмокопий, 2012, с. 18.
6. Руководство по HD-звуку. Часть I (рус.). Аудио-Видео
   . Tom’s Hardware (19 июня 2008). Проверено 1 августа 2020.
7. Digital Audio Compression (AC-3, E-AC-3) (англ.). A/52:2012
   . ATSC (17 December 2012). Проверено 1 августа 2020.

Литература

• 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.

• Е. А. Подгорная.
  Фонограмма фильмокопий / Тихонова Л. С.. — СПб.: Изд. СПбГУКиТ, 2012. — 40 с.

• Е. А. Подгорная.
  Модуляторы света для записи и воспроизведения фотографических фонограмм фильмокопий / Н. Н. Калинина. — СПб.: Изд. СПбГУКиТ, 2003. — 33 с. — ISBN 5-94760-027-7.

• Д. Г. Чекалин.
  О многоканальном звуковоспроизведении (рус.) // «Мир техники кино» : журнал. — 2008. — № 8. — С. 14—19.

• Digital Audio compression Standart (AC-3)/Doc.A/52, 1995-12-20