Einführung, Tonformate
Ich bin auf einen Test auf einer anderen Seite gestoßen, den ich mit euch teilen wollte. Natürlich hat der Ersteller des ursprünglichen Tests dazu beigetragen. Die Einleitung und die Beschreibung der Tonformate sind größtenteils aus diesem Artikel von stevve übernommen. Ich habe auch relevante Wikipedia-Artikel als Quellen verwendet.
Der Test vergleicht Dolby Digital (AC3), DTS und verlustfreie Audiospuren. Mit dem Test soll festgestellt werden, wie groß der Unterschied zwischen den beiden Kompressionsverfahren ist.
Bevor ich näher darauf eingehe, wie der Test durchgeführt wird, machen wir einen kleinen Abstecher in die Welt des Heimkinos. Es ist keine schlechte Idee, sich ein wenig Wissen über die Formate anzueignen, die wir testen.
Einführung
Alle Töne werden als analoge Wellen übertragen, aber natürlich können sie auf diese Weise nicht auf digitalen Medien gespeichert werden, also müssen sie durch Sampling in einen digitalen Signalstrom umgewandelt werden. Dazu wird das analoge Signal in regelmäßigen, angemessen kleinen Zeitabschnitten abgetastet, um einen Signalstrom zu erzeugen, der dem Original so nahe wie möglich kommt. Theoretisch besagt die Regel, dass zur Vermeidung von Verlusten das Abtastsignal mit einer Frequenz gewählt werden sollte, die mindestens doppelt so hoch ist wie die des Originalsignals. Man sieht also, dass es möglich ist, eine Abtastung zu implementieren, die einen so geringen Verlust erzeugt, dass es schwierig wäre, ihn selbst zu messen oder zu hören.
Eine solche Technik ist LPCM (Linear Pulse Code Modulation), die bevorzugt auf PCs eingesetzt wird. Sie speichert unkomprimierte Audiodaten und wird normalerweise im wav- oder aiff-Format gespeichert. Nach dem CD-Red-Book-Standard ist es die Grundform der verlustfreien Audiocodierung (es wird also nicht nur zur Bezeichnung des Verfahrens, sondern auch zur Bezeichnung des Codecs verwendet). Es ist auch Teil der DVD- und BD-Standards und wird im HDMI-Standard verwendet.
Eine einfache Formel wird verwendet, um die Bitrate eines Audiotracks zu berechnen:
Bittiefe * Abtastrate * Anzahl der Kanäle = Bitrate
Beispiel:
16 Bits * 48.000Hz * 6 Kanäle = 4.608.000 Bits pro Sekunde = 4.6Mbps.
LPCM, Bandbreite und Alternativen
LPCM kann 8, 16, 20, 24 Bits pro Sample (Bits pro Sample) sein und unterstützt 8 Audiokanäle (7.1). Die Abtastrate beträgt in der Regel 48 KHz (DVD), bei Audio-CDs jedoch 44,1 KHz, kann aber auch 96 oder 192 KHz betragen und eine maximale Rate von 6,144 Mbps pro Audiokanal erreichen. Die meisten DVDs sind 16/48, aber die meisten BD-Player können bis zu 24/48 und sehr teure Player sogar bis zu 24/96. DVD-Audio verwendet 24/192 für die Wiedergabe.
Da LPCM ein unkomprimiertes Format ist, ist es recht platzintensiv. Daher konvertieren die Studios bei der BD-Veröffentlichung die Master-Tonspuren von 24/48 in 16/48. Ein großer Teil der Discs, die mit LPCM veröffentlicht werden, haben LPCM in 16-Bit-Tonspuren (aus Gründen der Platzersparnis), und dies ist eine Einschränkung für die nahe Zukunft aufgrund von Bandbreiten- und Platzanforderungen.
Kompression ist (auch) eine Lösung für dieses Problem, aber es kommt darauf an, wie der Ton komprimiert wird. Wenn eine verlustfreie Kompression erforderlich ist, sind nicht alle bisher verwendeten Verfahren (DTS-HD HR, DD+) geeignet. Dolby und DTS bieten zwei Lösungen an: TrueHD und DTS-HD MA. Mit diesen Techniken können Sie die Originaltonspur tatsächlich zippen, und da sie eine völlig verlustfreie Komprimierung garantieren, entspricht der vom Player oder HDMI 1.3 extrahierte Ton dem Original auf Bit-Ebene. Dies spart den Herstellern Platz und ermöglicht es ihnen, den 24-Bit-Masterton beizubehalten.
TrueHD und DTS-HD MA variieren ebenfalls in der Bitrate, aber im Allgemeinen passen sie auf die Hälfte des Platzes wie LPCM, mit der Hälfte der durchschnittlichen Bitrate und mit der gleichen Qualität.
Über die Audioformate
Dolby Digital und DTS
Dolby Digital ist das einfachste Audioformat der Dolby Digital-Familie und kann sechs verschiedene Kanäle aufnehmen. In der Regel verfügt er über 5 Kanäle im normalen Klangbereich (20 Hz – 20.000 Hz) (rechte Front, Center, linke Front, rechter Surround und linker Surround) und einen Kanal (20 Hz – 120 Hz ) für den Subwoofer, der für Tieftoneffekte sorgt. Es unterstützt sowohl Mono- als auch Stereo-Modi. AC-3 hat eine maximale Abtastrate von 48 KHz und eine maximale Bittiefe von 16 Bit.
Es gibt mehrere Namen für diese Codes
* Dolby Digital
* DD (Abkürzung für Dolby Digital, oft gefolgt von der Anzahl der Kanäle; z.B. DD 2.0, DD 5.1)
* AC-3 (Audio Codec 3, Advanced Codec 3, Acoustic Coder 3. )
Die maximale Bitrate für DD ist 640 Kb/s, aber auf DVD findet man nur 448 Kb/s Audiospuren.
DTS verwendet die gleiche Kanalkonfiguration wie Dolby Digital (obwohl auch eine 6.1-Konfiguration möglich ist), aber mit einer viel höheren Bitrate. Die maximale Bitrate beträgt 1536 Kb/s, obwohl man aus Platzgründen auf DVDs bestenfalls die Hälfte davon sehen kann. Die maximale Abtastrate beträgt 96 Khz, und die maximale Bittiefe ist die gleiche wie bei DD (16 Bit).
TrueHD und DTS-HD MA
TrueHD zeichnet sich dadurch aus, dass es 24/96 auf 8 Kanälen oder 192Khz auf 6 Kanälen mit einem Maximum von 18Mbit schafft (in der Praxis liegt es aufgrund der Kompression unter 5Mbit). Die Komprimierung basiert auf Meridian Lossless Packing (MLP). Der Blu-Ray-Standard sieht ihn als optionalen Codec vor, aber wenn er verwendet wird, ist aufgrund älterer Abspielgeräte eine separate AC3-Tonspur auf der Disc erforderlich. Heutzutage wird dazu die AC3-Tonspur in die TrueHD-Tonspur „kodiert“, so dass die beiden Spuren bei der Wiedergabe als eine Tonspur erscheinen. Natürlich sollte jedes TrueHD-fähige Gerät auch in der Lage sein, den Ton von mehreren Kanälen auf 2 Kanäle herunterzumischen.
DTS-HD MA hat einen etwas anderen Weg eingeschlagen, ist aber mittlerweile auch Bestandteil der meisten Player. Seine Grundlagen sind DTS++ und das nachfolgende DTS-HD, die verlustbehaftete Codecs sind, aber DTS-HD MA (Master Audio) ist nun eine verlustfreie Kompression. Kurz gesagt besteht die Tonspur aus zwei Teilen, einem DTS-Kern und einem Reststrom. Der DTS-Kern ist verlustfrei, der „Reststrom“ enthält die Differenz zwischen DTS und Master. Der „Reststrom“ ist ebenfalls MLP. Auf der Grundlage dieser beiden kann der Player den ursprünglichen Klang wiederherstellen. Wenn eine verlustfreie Wiedergabe nicht möglich ist, dekodiert der Player nur den DTS-Kern.
Verwechseln Sie TrueHD und DTS-HD nicht, denn sie scheinen ähnlich zu sein, sind aber völlig unterschiedlich:
– DTS-HD basiert auf einem internen verlustbehafteten DTS-Kern, und das verlustfreie Material wird auf der Grundlage eines Reststroms berechnet. Der „Reststrom“ allein kann nicht wiedergegeben werden, da er auf dem DTS-Kern aufbaut.
– in TrueHD wird der MLP-Teil nicht auf der eingebetteten AC3-Spur aufgebaut. Beide können auch alleine gespielt werden. Eine „reine“ MLP-TrueHD-Spur wird man auf Blu-rays allerdings nicht finden.
TrueHD und DTS-HD MA können über den HDMI 1.3-Ausgang übertragen werden, da es in der Version 1.1 kein entsprechendes Protokoll für sie gibt. LPCM kann sowohl über 1.1- als auch über 1.3-HDMI-Schnittstellen übertragen werden.