Inleiding, geluidsformaten
Ik kwam op een andere site een test tegen, waarvan ik dacht, die wil ik met jullie delen. Natuurlijk heeft de maker van de oorspronkelijke test hieraan bijgedragen. De inleiding en de beschrijving van de geluidsformaten zijn grotendeels overgenomen uit dit artikel van stevve. Ik heb ook relevante Wikipedia artikelen als bron gebruikt.
De test vergelijkt Dolby Digital (AC3), DTS en lossless audio tracks. Het doel van de test zou zijn om te zien hoeveel verschil er is tussen deze compressiemethoden.
Voordat ik inga op de details van hoe de test wordt uitgevoerd, maken we een kleine omweg in de wereld van home cinema. Het is geen slecht idee om enige kennis op te doen van de formaten die we testen.
Inleiding
Alle geluid wordt verzonden als analoge golven, maar het kan natuurlijk niet op deze manier op digitale media worden opgeslagen, dus moet het worden omgezet in een digitale signaalstroom door middel van sampling. Dit kan worden gedaan door het analoge signaal te bemonsteren in regelmatige, voldoende kleine tijdsschijven om een signaalstroom te produceren die zo dicht mogelijk bij het origineel ligt. In theorie stelt de regel dat, om verlies te voorkomen, het bemonsteringssignaal moet worden gekozen met een frequentie die ten minste tweemaal zo hoog is als het oorspronkelijke signaal. Men kan dus zien dat het mogelijk is sampling toe te passen die een verlies oplevert dat zo klein is dat het moeilijk zou zijn het zelf te meten of te horen.
Een van die technieken is LPCM (Linear Pulse Code Modulation), de techniek die bij voorkeur op PC’s wordt gebruikt. Het slaat ongecomprimeerde audio op en wordt gewoonlijk in wav- of aiff-formaat gezet. Volgens de CD Red Book standaard is het de basisvorm van lossless audio coding (het wordt dus niet alleen gebruikt om het proces te benoemen, maar ook om de codec te benoemen). Het maakt ook deel uit van de DVD- en BD-standaarden en wordt gebruikt in de HDMI-standaard.
Een eenvoudige formule wordt gebruikt om de bit rate van een audio track te berekenen:
Bit depth * sampling rate * aantal kanalen = bit rate
Voorbeeld:
16 bits * 48,000Hz * 6 kanalen = 4,608,000 bits per seconde = 4.6Mbps.
LPCM, bandbreedte en alternatieven
LPCM kan 8, 16, 20, 24 bits per sample (bits per monster) zijn en ondersteunt 8 audiokanalen (7.1). De bemonsteringsfrequentie is gewoonlijk 48 KHz (DVD), maar voor audio-CD’s is dit 44,1 KHz, maar kan ook 96 of 192 KHz zijn en kan een maximale snelheid van 6,144Mbps per audiokanaal worden bereikt. De meeste DVD’s zijn 16/48, maar de meeste BD-spelers kunnen zo hoog als 24/48 en zeer dure spelers kunnen 24/96. DVD-audio gebruikt 24/192 voor weergave.
Omdat LPCM een ongecomprimeerd formaat is, is het nogal ruimte-intensief. Studio’s converteren daarom master audio tracks van 24/48 naar 16/48 bij het uitbrengen van BD. Een groot deel van de met LPCM uitgebrachte discs heeft de LPCM in 16-bit audiotracks (om redenen van ruimtebesparing) en dit is een beperking voor de nabije toekomst vanwege bandbreedte- en ruimtebehoefte.
Compressie is (ook) een oplossing voor dit probleem, maar het maakt wel uit hoe de audio gecomprimeerd wordt. Indien verliesloze compressie is vereist, zijn niet alle tot dusver gebruikte methoden (DTS-HD HR, DD+) geschikt. Dolby en DTS bieden twee oplossingen: TrueHD en DTS-HD MA. Met deze technieken kan men in feite de originele soundtrack zippen en, aangezien zij een volledig verliesloze compressie garanderen, zal het door de speler of HDMI 1.3 geëxtraheerde geluid op bit-niveau met het origineel overeenstemmen. Dit bespaart de fabrikanten ruimte en stelt hen in staat de 24-bit master audio te behouden.
TrueHD en DTS-HD MA variëren ook in bit rate, maar over het algemeen passen ze in de helft van de ruimte als LPCM, met de helft van de gemiddelde bit rate, en met dezelfde kwaliteit.
Over de audioformaten
Dolby Digital en DTS
Dolby Digital is het eenvoudigste audioformaat in de Dolby Digital familie, dat zes verschillende kanalen kan bevatten. In het algemeen beschikt hij over 5 kanalen in het normale geluidsbereik (20 Hz – 20.000 Hz) (rechts vóór, midden, links vóór, rechts surround en links surround) en één kanaal (20 Hz – 120 Hz ) voor de subwoofer, die voor laagfrequente effecten zorgt. Het ondersteunt zowel mono- als stereomodus. AC-3 heeft een maximale bemonsteringsfrequentie van 48 KHz en een maximale bitdiepte van 16 bits.
Er zijn verschillende benamingen voor deze codes
* Dolby Digital
* DD (afkorting voor Dolby Digital, vaak gevolgd door het aantal kanalen; b.v. DD 2.0, DD 5.1)
* AC-3 (Audio Codec 3, Advanced Codec 3, Acoustic Coder 3. )
De maximale bitsnelheid voor DD is 640 Kb/s, maar op DVD vindt u slechts 448 Kb/s audiotracks.
DTS maakt gebruik van dezelfde kanaalconfiguratie als Dolby Digital (hoewel een 6.1 configuratie ook mogelijk is), maar met een veel hogere bitsnelheid. De maximale bitrate is 1536 Kb/s, hoewel de ruimte op DVD’s beperkt is, zodat u in het beste geval slechts de helft daarvan te zien krijgt. De maximale bemonsteringsfrequentie is 96 Khz, en de maximale bitdiepte is dezelfde als DD (16 bits).
TrueHD en DTS-HD MA
TrueHD wordt gekenmerkt door de mogelijkheid om 24/96 op 8 kanalen of 192Khz op 6 kanalen te doen, met een maximum van 18Mbit (in de praktijk is dit minder dan 5Mbit vanwege de compressie). De compressie is gebaseerd op Meridian Lossless Packing (MLP). De Blu-Ray standaard specificeert het als een optionele codec, maar wanneer het gebruikt wordt vereist het een aparte AC3 audio track op de disc vanwege oudere spelers. Tegenwoordig wordt dit gedaan door de AC3 te “coderen” in de TrueHD soundtrack, zodat bij weergave de twee één soundtrack lijken te zijn. Natuurlijk moet elk apparaat dat geschikt is voor TrueHD ook in staat zijn om het geluid van meerdere kanalen te downmixen naar 2 kanalen.
DTS-HD MA is een iets andere weg ingeslagen, maar maakt nu ook deel uit van de meeste spelers. De basis is DTS++ en het daaropvolgende DTS-HD, wat lossy codecs zijn, maar DTS-HD MA (Master Audio) is nu lossless compressie. In een notendop bestaat het geluidsspoor uit twee delen, een DTS core en een residual stream. De DTS core is verliesvrij, de “reststroom” bevat het verschil tussen DTS en de master. De “reststroom” is ook MLP. Gebaseerd op de twee, kan de speler het originele geluid herstellen. Als lossless afspelen niet mogelijk is, decodeert de speler alleen de DTS core.
Verwar de TrueHD en DTS-HD methodes niet, want ze lijken op elkaar, maar ze zijn totaal verschillend:
– DTS-HD is gebaseerd op een interne lossy DTS core, en het lossless materiaal wordt berekend op basis van een reststroom. De “residual stream” alleen kan niet worden afgespeeld, omdat deze is gebouwd op de DTS core.
– in TrueHD, is het MLP gedeelte niet gebouwd op de embedded AC3 track. Beide kunnen op zichzelf worden gespeeld. Hoewel u geen “pure” MLP-only TrueHD track op Blu-rays zult vinden.
TrueHD en DTS-HD MA kunnen worden doorgegeven via HDMI 1.3 output omdat er geen goed protocol voor is in versie 1.1. LPCM kan over zowel 1.1 als 1.3 HDMI interfaces worden verzonden.