Wprowadzenie, formaty dźwięku
Na innej stronie natknąłem się na test, którym pomyślałem, że się z Wami podzielę. Oczywiście przyczynił się do tego twórca oryginalnego testu. Wstęp i opis formatów dźwiękowych zostały w większości zaczerpnięte z tego artykułu autorstwa stevve’a. Jako źródła użyłem również odpowiednich artykułów Wikipedii.
Test porówna ścieżki dźwiękowe Dolby Digital (AC3), DTS i bezstratne. Celem testu byłoby sprawdzenie, jak duża jest różnica pomiędzy tymi metodami kompresji.
Zanim przejdę do szczegółów przeprowadzania testu, zróbmy sobie mały objazd po świecie kina domowego. Nie jest złym pomysłem zdobycie pewnej wiedzy na temat formatów, które testujemy.
Wprowadzenie
Wszystkie dźwięki są przesyłane jako fale analogowe, ale oczywiście nie mogą być przechowywane na nośnikach cyfrowych w ten sposób, więc muszą być przekształcone w cyfrowy strumień sygnału poprzez próbkowanie. Można to zrobić poprzez próbkowanie sygnału analogowego w regularnych, odpowiednio małych odcinkach czasu, aby uzyskać strumień sygnału jak najbardziej zbliżony do oryginału. W teorii zasada ta mówi, że aby uniknąć strat, sygnał próbkujący powinien być wybrany z częstotliwością co najmniej dwa razy większą niż sygnał oryginalny. Można więc zauważyć, że możliwe jest wdrożenie próbkowania, które produkuje straty tak małe, że trudno byłoby je zmierzyć lub usłyszeć.
Jedną z takich technik jest LPCM (Linear Pulse Code Modulation), która jest preferowaną techniką używaną na komputerach PC. Przechowuje on nieskompresowany dźwięk i jest zazwyczaj umieszczany w formacie wav lub aiff. Zgodnie ze standardem CD Red Book jest to podstawowa forma bezstratnego kodowania dźwięku (jest więc używana nie tylko do nazwania procesu, ale także do nazwania kodeka), jest także częścią standardów DVD i BD oraz jest używana w standardzie HDMI.
Prosta formuła jest używana do obliczania szybkości bitowej ścieżki audio:
Głębokość bitowa * częstotliwość próbkowania * liczba kanałów = szybkość bitowa
Przykład:
16bitów * 48,000Hz * 6 kanałów = 4,608,000 bitów na sekundę = 4.6Mbps.
LPCM, przepustowość i alternatywy
LPCM może być 8, 16, 20, 24 bity na próbkę (bits per sample) i obsługuje 8 kanałów audio (7.1). Częstotliwość próbkowania wynosi zazwyczaj 48 KHz (DVD), ale dla płyt CD audio jest to 44.1 KHz, ale może być również 96 lub 192 KHz i może osiągnąć maksymalną prędkość 6.144Mbps na kanał audio. Większość DVD to 16/48, ale większość odtwarzaczy BD może mieć nawet 24/48, a bardzo drogie odtwarzacze mogą mieć 24/96. DVD-audio używa 24/192 do odtwarzania.
Ponieważ LPCM jest formatem nieskompresowanym, jest on dość czasochłonny. Dlatego wytwórnie konwertują główne ścieżki audio z 24/48 na 16/48 przy wydawaniu BD. Duża część płyt wydanych z LPCM ma LPCM w 16-bitowych ścieżkach audio (ze względu na oszczędność miejsca) i jest to ograniczenie na najbliższą przyszłość ze względu na wymagania dotyczące pasma i miejsca.
Kompresja jest (również) rozwiązaniem tego problemu, ale ma znaczenie, jak dźwięk jest skompresowany. Jeśli wymagana jest kompresja bezstratna, nie wszystkie dotychczas stosowane metody (DTS-HD HR, DD+) są odpowiednie. Dolby i DTS oferują dwa rozwiązania: TrueHD i DTS-HD MA. Dzięki tym technikom można faktycznie zrippować oryginalną ścieżkę dźwiękową, a ponieważ gwarantują one całkowicie bezstratną kompresję, dźwięk wydobyty przez odtwarzacz lub HDMI 1.3 będzie zgodny z oryginałem na poziomie bitów. To oszczędza miejsce dla producentów i pozwala im zachować 24-bitowy master audio.
TrueHD i DTS-HD MA również różnią się szybkością transmisji, ale ogólnie rzecz biorąc mogą zmieścić się w połowie przestrzeni jako LPCM, z połową średniej szybkości transmisji i z taką samą jakością.
O formatach audio
Dolby Digital i DTS
Dolby Digital to najprostszy format audio w rodzinie Dolby Digital, mogący pomieścić sześć różnych kanałów. W ogólnym zastosowaniu posiada 5 kanałów w normalnym zakresie dźwięku (20 Hz – 20.000 Hz) (prawy przedni, środkowy, lewy przedni, prawy surround i lewy surround) oraz jeden kanał (20 Hz – 120 Hz ) dla subwoofera, który zapewnia efekty niskich częstotliwości. Obsługuje zarówno tryb mono jak i stereo. AC-3 ma maksymalną częstotliwość próbkowania 48 KHz i maksymalną głębię bitową 16 bitów.
Istnieje kilka nazw tych kodów
* Dolby Digital
* DD (skrót od Dolby Digital, po którym często podawana jest liczba kanałów; np. DD 2.0, DD 5.1)
* AC-3 (Audio Codec 3, Advanced Codec 3, Acoustic Coder 3. )
Maksymalny bitrate dla DD wynosi 640 Kb/s, ale na DVD znajdziesz tylko ścieżki audio 448 Kb/s.
DTS używa tej samej konfiguracji kanałów co Dolby Digital (chociaż konfiguracja 6.1 jest możliwa), ale z dużo wyższym bitrate. Maksymalny bitrate wynosi 1536 Kb/s, chociaż ograniczenia przestrzenne na płytach DVD oznaczają, że w najlepszym wypadku zobaczysz tylko połowę tej wartości. Maksymalna częstotliwość próbkowania wynosi 96 Khz, a maksymalna głębia bitowa jest taka sama jak w DD (16 bitów).
TrueHD i DTS-HD MA
TrueHD charakteryzuje się tym, że jest w stanie wykonać 24/96 na 8 kanałach lub 192Khz na 6 kanałach, z maksymalną prędkością 18Mbit (w praktyce jest to poniżej 5Mbit ze względu na kompresję). Kompresja oparta jest na technologii Meridian Lossless Packing (MLP). Standard Blu-Ray określa go jako opcjonalny kodek, ale gdy jest on używany, wymaga osobnej ścieżki dźwiękowej AC3 na płycie ze względu na starsze odtwarzacze. Obecnie robi się to poprzez „zakodowanie” AC3 w ścieżce audio TrueHD, tak że obie wydają się być jedną ścieżką audio podczas odtwarzania. Oczywiście każde urządzenie obsługujące TrueHD powinno być również w stanie miksować dźwięk do 2 kanałów z wielu kanałów.
DTS-HD MA obrał nieco inną drogę, ale jest teraz również częścią większości odtwarzaczy. Jego podstawy to DTS++ i późniejszy DTS-HD, które są stratnymi kodekami, ale DTS-HD MA (Master Audio) jest teraz kompresją bezstratną. W skrócie, ścieżka dźwiękowa składa się z dwóch części, rdzenia DTS i strumienia szczątkowego. Rdzeń DTS jest bezstratny, „strumień resztkowy” zawiera różnicę między DTS a masterem. Pozostały strumień” to również MLP. Na podstawie tych dwóch elementów odtwarzacz może przywrócić oryginalny dźwięk. Jeśli odtwarzanie bezstratne nie jest możliwe, odtwarzacz dekoduje tylko rdzeń DTS.
Nie należy mylić metod TrueHD i DTS-HD, ponieważ wydają się podobne, ale są całkowicie różne:
– DTS-HD opiera się na wewnętrznym stratnym rdzeniu DTS, a materiał bezstratny jest obliczany na podstawie strumienia szczątkowego. Samego „strumienia szczątkowego” nie da się odtworzyć, ponieważ jest on zbudowany na rdzeniu DTS.
– w TrueHD część MLP nie jest zbudowana na wbudowanej ścieżce AC3. Obie mogą być grane samodzielnie. Chociaż na płytach Blu-ray nie znajdziemy „czystej” ścieżki MLP-only TrueHD.
TrueHD i DTS-HD MA mogą być przesyłane przez wyjście HDMI 1.3, ponieważ nie ma dla nich odpowiedniego protokołu w wersji 1.1. LPCM może być przesyłane zarówno przez interfejs HDMI 1.1, jak i 1.3.
.