Dolby Digital (AC-3)

Система Dolby Digital представляет шесть каналов кристально чистого объемного цифрового звука. Левый, центральный и правый фронтальные каналы позволяют точно определить позицию источника звука на экране. Отдельные "разделенные" левый и правый задние боковые каналы вовлекают вас в фильм своими окружающими и обтекающими звуками. А дополнительный низкочастотный канал добавляет накал действию на экране.

Принципы Dolby Digital ведут свое развитие из разработок Dolby по аналоговому уменьшению шума. Шумоподавление Dolby работает путем ослабления шума, когда нет аудио сигнала, а когда он есть, позволяя более сильному полезному аудио сигналу перекрывать более слабый шум. Таким образом, эта технология использует преимущества психо-акустического феномена известного как слуховое маскирование. Даже если аудио сигнал занимает только часть спектра, шумоподавление Dolby уменьшает уровень шума в тех частях спектра, в которых нет полезного сигнала делая шум незаметным. Это делается потому, что аудио сигнал может маскировать только ближний по частотам шум.

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 (Audio Coding - 3).

Система Dolby AC-1 была впервые использована Австралийской телевещательной корпорацией в 1985 году. Из-за своей низкой цены АС-1 стала использоваться в других системах DBS, спутниковых сетях, в цифровом "кабельном" радио со скоростью передачи 220-335 кб/с, в зависимости от приложения. Освобожденный от данных ADM, поток данных такой системы содержит информацию не об абсолютном значении аудиосигнала, а об изменении значения.

Система Dolby AC-2 используется для кодирования и хранения профессиональных аудиоданных, скорость их передачи - от 128 до 196 кБ/с на каждый канал. Обработка звукового сигнала производится по узким диапазонам, что дает преимущество по маскировке шумов, увеличивает эффективность передачи данных. Среди прочих приложений, АС-2 используется для связи между студиями, записи в режиме реального времени, микширования и сеансов ADR. Система АС-2 также является основой систем Dolby DSTL, применяющейся для связи между передающими станциями.

Система Dolby AC-3 - первая система, предназначенная для многоканального цифрового кодирования звука. Эта система вобрала в себя положительные стороны систем АС-1 и АС-2, развитие которых в сущности повлияло на аналоговые кодирующие системы. Уникальный опыт корпорации Dolby Laboratories в области шумопонижения сыграл немаловажную роль в эффективности шумопонижения при передаче данных для систем АС-3: чем меньше число бит для описания аудиосигнала, тем больше уровень шумов.

Система шумопонижения Dolby понижает уровень шумов на частотах, где не присутствует аудиосигнал, пока полезный аудиосигнал не закроет или замаскирует шумы. Таким образом успешно используется акустическое явление, известное под названием "слуховая маскировка". Даже если звуковой сигнал присутствует в данной части спектра, система Dolby NR уменьшает шумы в других частях так, что шум становится незаметным. Это происходит по той причине, что звуковой сигнал может маскировать шумы только на близлежащих частотах.

АС-3 была разработана для получениа максимального преимущества при использовании эффекта "слуховой маскировки" для человеческого слуха. Звуковой спектр каждого канала разделяется на узкие частотные полосы различного размера, оптимизированные под особенность восприятия звука человеком. Это делает возможным отфильтровать шумы так, что они вынужденно остаются вблизи тех частот, на которых кодируется аудиосигнал. При уменьшении или устранении шумов независимо от того, замаскированы они аудиосигналом или нет, качество звука оригинального сигнала сохраняется.

Dolby Digital использует технологию "shared bitpool" ("разделяемых битов"), и также модель маскирования человеческого слуха, чтобы достичь наибольшей эффективности передаваемых данных. Разряды неравномерно распределяются между множеством узких полосок частоты, причем в каждом конкретном случае по-разному, в зависимости от спектра и динамической структуры кодируемого сигнала. Применяя модель слухового маскирования, кодер предоставляет оптимальное количество разрядов для аудио сигнала в каждой полосе. Дополнительно происходит перераспределение разрядов между разными каналами в соответствии с моделью, по которой более насыщенный частотами канал потребует больше данных для передачи, чем другие, слабо заполненные, а также учитывается, что сильный сигнал в одном канале может маскировать появляющийся шум в других каналах. В результате Dolby Digital может использовать пропорционально больше передаваемых данных для кодирования звука, выдавая более качественный сигнал и позволяя кодировать несколько звуковых каналов в более низкоскоростные потоки данных чем требует даже один канал на компакт диске.

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, таких как CD. Это позволяет упростить производство, а для владельцев кинотеатров использование фильмов, а также позволяет подготовить дорожку Dolby Digital практически без дополнительных затрат. Поскольку часть ленты с перфорированными отверстиями изготавливают с расчетом на высокую сопротивляемость износу и повреждениям, дорожка Dolby Digital не будет подвержена треску и шипению на протяжении всего времени эксплуатации ленты.

В бытовой электронике технологию Dolby Digital можно встретить в последнем поколении лазерных дисков (там где была обычная аналоговая звуковая дорожка), она является стандартной звуковой дорожкой в DVD и используется как аудио формат для телевидения высокой четкости - HDTV, а также в системах кабельного и спутникового телевидения.

Последние несколько лет компания Dolby Laboratories использовала термин Dolby Digital для ссылок на их новую цифровую систему для киноиндустрии, в то время как под термином Dolby Surround AC-3 подразумевала системы домашнего кинотеатра. На практике, эти две системы являются небольшими вариациями (слегка различающимися в скорости потока данных) одной базовой технологии. И для того чтобы больше не вводить пользователей в заблуждение, решили, что и формат Dolby для домашних многоканальных систем также назывался тем же именем, что и в киноиндустрии -- Dolby Digital.

Считается, что это поможет потребителям более легко определять поддерживает ли какой-либо продукт эту технологию, и поможет отличить ее от форматов Dolby Surround и Dolby Pro Logic, которые базируются на аналоговых технологиях. В новом поколении лазерных дисков, и новых форматах использующихся в DVD и телевидении высокой четкости (HDTV), также будут ссылаться на термин Dolby Digital, как это сейчас делают в отношении профессиональных киноприложений. Общее название Dolby Digital также должно помочь прекратить растущие заблуждения пользователей, связанные с термином "AC-3", который является техническим обозначением технологии Dolby, разработанной для многоканальных приложений.

Dolby Digital предоставляет в общей сложности шесть раздельных каналов звука. Как и Dolby Surround Pro Logic, она включает в себя левый, центральный и правый каналы во фронтальной части комнаты. Dolby Surround Pro Logic предоставляет дополнительно еще один канал с ограниченной полосой частот (от 100 до 7000Гц) для объемного ("окружающего") звука, который обычно усиливается через два канала усилителя и подается потом на два динамика. Тогда как Dolby Digital предоставляет раздельные левый и правый каналы объемного звука для более точного определения местоположения звуков и более натуральной, реалистичной передачи атмосферы и фона. И ко всему прочему все пять основных каналов передают полный спектр частот (от 3 до 20000 Гц), к которым вы можете добавить низкочастотные динамики (сабвуферы).

Шестой канал - Low Frequency Effects Channel (канал для низкой частоты и эффектов), иногда содержит дополнительную низкочастотную информацию для усиления эффекта от некоторых сцен, например, таких как взрывы, катастрофы и т.д. Из-за того, что этот канал сильно ограничен сверху по частоте (от 3 до 120Гц), его иногда называют ".1" каналом. Если его добавляют к полным 5 каналам Dolby Digital, то про такие системы говорят, как про имеющие "5.1" канала.

Все шесть каналов в системе Dolby Digital полностью цифровые, из чего следует, что на всем пути от пульта звукооператора до вашей домашней системы они передаются без потери качества. Но Dolby Digital еще и упаковывает их все в один канал, который занимает места меньше чем один канал на компакт диске. Именно это позволяет так легко добавлять звуковые дорожки Dolby Digital к обычным лазерным дискам, а также к множеству других источников. Степень сжатия этого канала составляет 15/1.

В следующей таблице проводится сравнение свойств Dolby Digital и Dolby Surround Pro Logic.

Таблица 4.1

У Dolby Digital есть одна прекрасная вещь - большая гибкость кодирования. Dolby Digital технически допускает огромное разнообразие форматов, а некоторые из них появятся в самое ближнее время:

Телевидение высокой четкости (HDTV). Эта новейшая система одной из первых выбрала Dolby Digital своей основной звуковой подсистемой. Выбор был сделан "Grand Alliance" - организацией устанавливающей все стандарты для систем HDTV в США.

Спутниковое телевидение - Direct Broadcast Satellite (DBS) уже сегодня активно использует такие преимущества системы Dolby Digital как высокое качество и простота передачи. К примеру, служба "DMX for Business" использует Dolby Digital для передачи 120 музыкальных стерео каналов, и все они передаются с одного передатчика. PrimeStar планирует в ближайшее время добавить Dolby Digital к свой службе телевизионной спутниковой передачи.

Кабельное телевидение внедряет системы с Dolby Digital из-за соображений эффективности и для того чтобы быть готовым к стандартам будущих систем телевидения высокой четкости.

В формат Digital Video Disc (DVD) уже входит Dolby Digital.

Остальные форматы, такие как цифровые видеокассеты - Digital Video Cassette (DVC), и цифровая аудио передача - Digital Audio Broadcast (DAB), являются первыми в списке на внедрение уникальной комбинации качественного звука, эффективной передачи всего спектра сигнала и многоканальных возможностей технологии Dolby Digital.

Технические данные

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). Поддерживаются частота дискретизации в 32, 44.1 и 48 кГц. Ширина выходного потока данных может варьироваться от минимума в 32 кбит/сек для одного монофонического канала, до максимума в 640 кбит/сек, удовлетворяя всему возможному диапазону требований. Типичными являются скорости в 384 кбит/сек для "5.1" канального Dolby Digital потребительского формата, и 192 кбит/сек для двух канальной передачи звука.

Рис. 4.33. Система Dolby Digital (сабвуфер не показан).