Матричное декодирование — это аудиотехнология, при которой небольшое количество дискретных аудиоканалов (например, 2) декодируется в большее количество каналов при воспроизведении (например, 5). Каналы обычно, но не всегда, предназначены для передачи или записи кодером и декодируются для воспроизведения декодером. Функция заключается в том, чтобы позволить многоканальному звуку, такому как квадрофонический звук или объемный звук , кодироваться в стереосигнал и, таким образом, воспроизводиться как стерео на стереооборудовании и как объемное звучание на оборудовании объемного звучания - это «совместимый» многоканальный звук.
Матричное кодирование не позволяет закодировать несколько каналов в меньшее количество каналов без потери информации: нельзя уместить 5 каналов в 2 (или даже 3 в 2) без потери информации, так как при этом теряется размерность : декодированные сигналы не являются независимыми . Идея скорее состоит в том, чтобы закодировать что-то, что будет одновременно приемлемым приближением объемного звука при декодировании и приемлемым (или даже превосходящим) стереозвуком.
Обозначение матричного кодирования состоит из количества исходных дискретных аудиоканалов, отделенных двоеточием от количества кодированных и декодированных каналов. Например, четыре канала, закодированные в два дискретных канала и декодированные обратно в четыре канала, будут обозначаться следующим образом:
4:2:4
Некоторые методы извлекают новые каналы из существующих без специального кодирования источника звука. Например, пять дискретных каналов, декодированных в шесть каналов, будут обозначаться следующим образом:
5:5:6
Такие «декодеры» производных каналов могут использовать эффект Хааса , а также звуковые сигналы, присущие исходным каналам.
Разработано множество методов матричного кодирования:
Самая ранняя и более простая форма декодирования — это схема Хафлера , извлекающая обратные каналы из обычной стереозаписи (2:2:4). Он использовался только для декодирования (кодирование звука не рассматривалось).
Матрица Dynaquad , представленная в 1969 году, была основана на схеме Хафлера , но также использовалась для специфического кодирования 4 звуковых каналов в некоторых альбомах (4:2:4). [1]
Матрица Stereo-4 была изобретена Леонардом Фельдманом и Джоном Фикслером, представлена в 1970 году и продавалась компаниями Electro-Voice и Radio Shack . Эта матрица использовалась для кодирования 4 звуковых каналов на многих альбомах (4:2:4). [3]
фазовый сдвиг, фазовый сдвиг
Базовая матрица SQ имела аномалии моно/стерео, а также проблемы с кодированием/декодированием, которые подверглись резкой критике со стороны Майкла Герзона и других. [4]
Попытка улучшить систему привела к использованию других кодеров или методов захвата звука, однако матрица декодирования осталась неизменной.
Кодировщик N/2, который кодировал каждую позицию в круге на 360°. Он имел 16 входов, и каждый из них можно было набрать в точном желаемом направлении, генерируя оптимизированное кодирование.
фазовый сдвиг, фазовый сдвиг
Кодер с прямой ориентацией позволил кодировать центральную часть задней части как центральную переднюю и был рекомендован для использования в прямом эфире для максимальной моносовместимости - он также оптимальным образом кодировал центральный левый/центральный правый и оба диагональных разделения. Может использоваться для модификации существующих 2-канальных стереозаписей и создания «синтезированного SQ», который при воспроизведении через декодер Full-Logic или Tate DES SQ демонстрировал синтезированный четырехкратный эффект 180 ° или 270 °. Многие стерео FM-радиостанции, вещавшие SQ в 1970-х годах, использовали для этого свой прямой кодер SQ. Для декодеров SQ компания CBS разработала схему, обеспечивающую усиление сигнала на 270° с использованием фазовращателей на 90° в декодере. Кодеры QS Sansui и декодеры QS Vario-Matrix имели аналогичные возможности.
фазовый сдвиг, фазовый сдвиг
Обратно-ориентированный кодировщик был противоположностью прямоориентированного кодировщика — он позволял оптимально размещать звуки в задней половине комнаты, но при этом жертвовалась моносовместимостью. При использовании со стандартными стереозаписями он создавал «сверхширокое» стерео со звуками вне динамиков.
Некоторые микшеры кодирования имели полосы каналов, переключаемые между кодированием с прямой и обратной ориентацией.
Он кодировал центральную часть спины таким образом, чтобы его нельзя было отменить при монофоническом воспроизведении, поэтому его выход обычно смешивался с выходным сигналом позиционного кодировщика или прямоориентированного кодера. После 1972 года подавляющее большинство альбомов, закодированных SQ, были смикшированы либо с помощью позиционного кодировщика, либо с помощью кодировщика вперед.
Кроме того, CBS создала SQ Ghent Microphone, пространственную микрофонную систему, использующую микрофон Neumann QM-69. Сигналы от QM-69 были разнесены, а затем преобразованы по фазе в 2-канальный SQ. [5] С помощью Гентского микрофона SQ был преобразован из матрицы в ядро, и можно было получить дополнительный сигнал для обеспечения производительности N:3:4.
В 1976 году Бен Бауэр объединил матричные и дискретные системы в USQ или Universal SQ. Это была иерархическая дискретная матрица 4-4-4, в которой матрица SQ использовалась в качестве основной полосы для дискретных квадрофонических FM -трансляций с использованием дополнительных разностных сигналов, называемых «T» и «Q». Для FM-трансляции USQ дополнительная модуляция «T» была размещена на частоте 38 кГц в квадратуре стандартного стереоразностного сигнала, а модуляция «Q» была размещена на несущей на частоте 76 кГц. Для стандартных двухканальных трансляций SQ Matrix CBS рекомендовала разместить дополнительный пилот-тон на частоте 19 кГц в квадратуре к обычному пилот-тону, чтобы указать сигналы, закодированные SQ, и активировать логический декодер слушателей.
CBS утверждала, что систему SQ следует выбрать в качестве стандарта для квадрафонического FM, поскольку в тестах FCC на прослушивание различных предложений четырехканального вещания система SQ 4:2:4, декодированная с помощью декодера CBS Paramatrix, превзошла 4:3: 4 (без логики), а также все другие протестированные системы 4:2:4 (с логикой), приближаясь к производительности дискретной мастер-ленты с очень небольшим отрывом. [6] В то же время «сложение» SQ в стерео и моно было предпочтительнее, чем «сложение» стерео и моно в 4:4:4, 4:3:4 и всех других системах кодирования 4:2:4.
Система направленного улучшения, также известная как Tate DES, представляла собой усовершенствованный декодер, улучшавший направленность базовой матрицы SQ.
Сначала он сформировал матрицу четырех выходов SQ-декодера для получения дополнительных сигналов, затем сравнил их огибающие, чтобы определить преобладающее направление и степень доминирования. Секция процессора, реализованная вне микросхем Tate IC, применяла переменное время атаки/затухания к управляющим сигналам и определяла коэффициенты матриц «B» (Blend), необходимые для улучшения направленности. На них воздействовали настоящие аналоговые умножители в микросхемах матричного умножителя, чтобы умножить входную матрицу на матрицы «B» и получить выходные данные, в которых направленность всех преобладающих звуков была улучшена.
Поскольку DES мог распознавать все три направления Энергетической Сферы [ необходимо разъяснение ] одновременно и усиливать разделение, он имел очень открытое и «дискретное» [ необходимо разъяснение ] звуковое поле.
Кроме того, улучшение было выполнено с достаточной дополнительной сложностью, чтобы все недоминантные звуки сохранялись на должном уровне.
Dolby использовала микросхемы Tate DES в своих процессорах для кинотеатров примерно до 1986 года, когда они разработали систему Pro Logic. К сожалению, из-за задержек и проблем микросхемы Tate DES не появлялись на рынке до конца 1970-х годов, и когда-либо было выпущено только два потребительских декодера, в которых они использовались: Audionics Space & Image Composer и Fosgate Tate II 101A. В Fosgate использовалась более быстрая, обновленная версия микросхемы, названная Tate II, и дополнительная схема, которая обеспечивала улучшение разделения по всему звуковому полю на 360 градусов. В отличие от более ранних декодеров Full Wave-согласования Logic для SQ, которые изменяли выходные уровни для улучшения направленности, Tate DES подавлял перекрестные помехи SQ-сигнала в зависимости от преобладающей направленности, сохраняя недоминирующие звуки и реверберацию в соответствующих пространственных положениях на своих местах. правильный уровень.
фазовый сдвиг, фазовый сдвиг
j = фазовый сдвиг 20° k = фазовый сдвиг 25° l = фазовый сдвиг 55° m = фазовый сдвиг 115°
фазовый сдвиг, фазовый сдвиг
Dolby Stereo и Dolby Surround также известны как Dolby MP, Dolby SVA и Pro Logic .
Матрица Dolby SVA — это оригинальное название матрицы кодирования Dolby Stereo 4:2:4.
Термин «Dolby Surround» относится как к кодированию, так и к декодированию в домашних условиях, тогда как в кинотеатре он известен как «Dolby Stereo», «Matrix Dolby Motion Picture» или «Dolby MP». «Pro Logic» относится к используемому декодеру, специальной матрицы кодирования Pro Logic не существует.
Система Ultra Stereo , разработанная другой компанией, совместима и использует матрицы, аналогичные Dolby Stereo.
Стереоматрица Dolby проста: четыре исходных канала: левый (L), центральный (C), правый (R) и объемный звук (S) объединяются в два, известные как левый-общий (LT) и правый-общий. (RT) по этой формуле:
где j = сдвиг фазы на 90°
Информация центрального канала передается как LT, так и RT в фазе, а информация объемного канала - как LT, так и RT, но в противофазе. Канал объемного звучания представляет собой одиночный тыловой монофонический канал с ограниченным частотным диапазоном ( с фильтром нижних частот 7 кГц [8] ), динамически сжатый и расположенный с меньшей громкостью, чем остальные. Это позволяет лучше разделить сигналы.
Это обеспечивает хорошую совместимость как с монофоническим воспроизведением, при котором L, C и R воспроизводятся из монодинамика с уровнем C на 3 дБ выше, чем L или R, но информация объемного звучания нейтрализуется. Это также обеспечивает хорошую совместимость с двухканальным стереовоспроизведением, где C воспроизводится как из левого, так и из правого динамиков, образуя фантомный центр, а объемное звучание воспроизводится из обоих динамиков, но диффузно.
Простой 4-канальный декодер может просто отправить суммарный сигнал (L+R) на центральный динамик, а разностный сигнал (LR) на тыловые. Но такой декодер обеспечит плохое разделение каналов соседних динамиков, поэтому все, что предназначено для центрального динамика, также будет воспроизводиться из левого и правого динамиков всего на 3 дБ ниже уровня центрального динамика. Точно так же все, что предназначено для левого динамика, будет воспроизводиться как из центрального динамика, так и из динамиков объемного звучания, опять же всего на 3 дБ ниже уровня в левом динамике. Однако существует полное разделение между левым и правым каналами, а также между центральным и тыловым каналами.
Чтобы преодолеть эту проблему, кинодекодер использует так называемую «логическую» схему для улучшения разделения. Логическая схема решает, какой канал динамика имеет самый высокий уровень сигнала, и отдает ему приоритет, ослабляя сигналы, подаваемые на соседние каналы. Поскольку противоположные каналы уже полностью разделены, нет необходимости их ослаблять, по сути, декодер переключается между приоритетами L и R и приоритетами C и S. Это накладывает некоторые ограничения на микширование для Dolby Stereo, и чтобы гарантировать, что звуковые микшеры правильно микшируют саундтреки, они должны контролировать звуковой микс через кодер и декодер Dolby Stereo в тандеме. В дополнение к логической схеме канал объемного звучания также подается через задержку, регулируемую до 100 мс в зависимости от аудитории разного размера, чтобы гарантировать, что любая утечка программного материала, предназначенного для левого или правого динамика, в канал объемного звучания всегда будет услышана в первую очередь. от предполагаемого говорящего. При этом используется « эффект приоритета » для локализации звука в нужном направлении.
фазовый сдвиг, фазовый сдвиг
Матрица Pro Logic II обеспечивает полночастотные стереофонические тыловые каналы. Обычно канал сабвуфера управляется путем простой фильтрации и перенаправления существующих басовых частот исходной стереодорожки.
Прямоориентированный кодер является одним из как минимум шести различных вариантов кодирования, предлагаемых SQ, чтобы производители могли сами решить, какой набор ошибок они предпочитают.
