Матричное декодирование — это аудиотехнология, в которой небольшое количество дискретных аудиоканалов (например, 2) декодируется в большее количество каналов при воспроизведении (например, 5). Каналы обычно, но не всегда, упорядочиваются 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 объемный на объемном оборудовании — это «совместимый» многоканальный звук.
Матричное кодирование не позволяет кодировать несколько каналов в меньшем количестве каналов без потери информации: невозможно втиснуть 5 каналов в 2 (или даже 3 в 2) без потери информации, так как это приводит к потере измерений : декодированные сигналы не являются независимыми . Идея скорее в том, чтобы кодировать что-то, что будет и приемлемым приближением объемного звука при декодировании, и приемлемым (или даже превосходящим) стерео.
Обозначение для матричного кодирования состоит из числа исходных дискретных аудиоканалов, отделенных двоеточием от числа кодированных и декодированных каналов. Например, четыре канала, закодированные в два дискретных канала и декодированные обратно в четыре канала, будут обозначены:
4:2:4
Некоторые методы выводят новые каналы из существующих, без специального кодирования источника звука. Например, пять дискретных каналов, декодированных в шесть каналов, будут обозначены:
5:5:6
Такие производные канальные «декодеры» могут использовать эффект Хааса , а также звуковые сигналы, присущие исходным каналам.
Разработано множество методов матричного кодирования:
Самая ранняя и простая форма декодирования — схема Хафлера , выводящая обратные каналы из обычной стереозаписи (2:2:4). Она использовалась 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 Electro-Voice и Radio Shack . Эта матрица использовалась для кодирования 4 звуковых каналов на многих альбомах (4:2:4). [3]
сдвиг фаз, сдвиг фаз
Базовая матрица SQ имела моно/стерео аномалии, а также проблемы кодирования/декодирования, которые подверглись резкой критике со стороны Майкла Герзона и других. [4]
Попытка усовершенствовать систему привела к использованию других кодировщиков или методов захвата звука, однако матрица декодирования осталась неизменной.
Кодер N/2, который кодировал каждую позицию в круге 360°, имел 16 входов, и каждый из них можно было настраивать в точном требуемом направлении, генерируя оптимизированный код.
сдвиг фаз, сдвиг фаз
Кодировщик Forward-Oriented закодировал Center Back как Center Front и был рекомендован для использования в прямом эфире для максимальной моносовместимости - он также кодировал Center Left/Center Right и оба диагональных разделения оптимальным образом. Может использоваться для изменения существующих 2-канальных стереозаписей и создания «синтезированного SQ», который при воспроизведении через декодер Full-Logic или Tate DES SQ демонстрировал эффект синтезированного квадрата 180° или 270°. Многие стереорадиостанции FM, транслировавшие SQ в 1970-х годах, использовали для этого свой кодировщик Forward-Oriented SQ. Для декодеров SQ CBS разработала схему, которая производила улучшение на 270° с помощью фазовращателей на 90° в декодере. Кодировщики QS и декодеры QS Vario-Matrix от Sansui имели схожие возможности.
сдвиг фаз, сдвиг фаз
Кодировщик Backwards-Oriented был противоположностью кодировщика Forward-Oriented Encoder — он позволял оптимально размещать звуки в задней половине комнаты, но при этом приносилась в жертву моносовместимость. При использовании со стандартными стереозаписями он создавал «сверхширокое» стерео со звуками за пределами динамиков.
Некоторые кодирующие микшеры имели переключаемые канальные полосы между кодированием в прямом и обратном направлении.
Он кодировал центральный задний таким образом, что он не отменял монофоническое воспроизведение, поэтому его выход обычно смешивался с выходом Position Encoder или Forward Oriented encoder. После 1972 года подавляющее большинство альбомов SQ Encoded смешивались либо Position Encoder, либо Forward-Oriented encoder.
Кроме того, CBS создала микрофон SQ Ghent, который представлял собой пространственную микрофонную систему с микрофоном Neumann QM-69. Сигналы от QM-69 были дифференцированы, а затем фазово-матрицированы в 2-канальный SQ. [5] С микрофоном Ghent SQ был преобразован из матрицы в ядро, и дополнительный сигнал мог быть получен 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, которая использовала матрицу SQ в качестве базовой полосы для дискретных квадрофонических FM- передач с использованием дополнительных разностных сигналов, называемых «T» и «Q». Для FM-передач USQ дополнительная модуляция «T» была размещена на частоте 38 кГц в квадратуре к стандартному стереоразностному сигналу, а модуляция «Q» была размещена на несущей на частоте 76 кГц. Для стандартных 2-канальных передач SQ Matrix CBS рекомендовала размещать дополнительный пилот-тон на частоте 19 кГц в квадратуре к обычному пилот-тону для обозначения кодированных SQ сигналов и активации логического декодера слушателей.
CBS утверждала, что система SQ должна быть выбрана в качестве стандарта для квадрофонической FM, поскольку в тестах прослушивания FCC различных предложений по четырехканальному вещанию система 4:2:4 SQ, декодированная декодером CBS Paramatrix, превзошла 4:3:4 (без логики), а также все другие протестированные системы 4:2:4 (с логикой), приблизившись к производительности дискретной мастер-ленты с очень небольшим отрывом. [6] В то же время «свертка» SQ в стерео и моно была предпочтительнее «свертки» стерео и моно 4:4:4, 4:3:4 и всех других систем кодирования 4:2:4.
Система направленного улучшения, также известная как Tate DES, представляла собой усовершенствованный декодер, который улучшал направленность базовой матрицы SQ.
Сначала он матрицировал четыре выхода декодера SQ для получения дополнительных сигналов, затем сравнивал их огибающие для обнаружения преобладающего направления и степени доминирования. Секция процессора, реализованная вне микросхем Tate IC, применяла переменную синхронизацию атаки/затухания к управляющим сигналам и определяла коэффициенты матриц "B" (Blend), необходимые для усиления направленности. Они действовали настоящие аналоговые умножители в ИС Matrix Multiplier, чтобы умножить входящую матрицу на матрицы "B" и создать выходы, в которых направленность всех преобладающих звуков была усилена.
Поскольку DES мог распознавать все три направления Энергетической сферы [ требуется пояснение ] одновременно и усиливать разделение, он имел очень открытое и «дискретное» [ требуется пояснение ] звучащее звуковое поле.
Кроме того, улучшение было выполнено с достаточной дополнительной сложностью, чтобы все недоминантные звуки были сохранены на надлежащих уровнях.
Dolby использовала Tate DES IC в своих театральных процессорах примерно до 1986 года, когда они разработали систему Pro Logic. К сожалению, задержки и проблемы удерживали Tate DES IC от рынка до конца 1970-х годов, и было выпущено всего два потребительских декодера, которые их использовали, Audionics Space & Image Composer и Fosgate Tate II 101A. Fosgate использовал более быструю, обновленную версию IC, называемую Tate II, и дополнительную схему, которая обеспечивала улучшение разделения вокруг полного звукового поля 360. В отличие от более ранних декодеров Full Wave-matching Logic для SQ, которые изменяли выходные уровни для улучшения направленности, Tate DES подавлял перекрестные помехи сигнала SQ как функцию преобладающей направленности, сохраняя недоминирующие звуки и реверберацию в их правильных пространственных положениях на их правильном уровне.
сдвиг фаз, сдвиг фаз
j = 20° фазовый сдвиг k = 25° фазовый сдвиг l = 55° фазовый сдвиг m = 115° фазовый сдвиг
сдвиг фаз, сдвиг фаз
Dolby Stereo и Dolby Surround также известны как Dolby MP, Dolby SVA и Pro Logic .
Матрица Dolby SVA — это первоначальное название матрицы кодирования Dolby Stereo 4:2:4.
Термин «Dolby Surround» относится как к кодированию, так и к декодированию в домашней среде, в то время как в кинотеатрах он известен как «Dolby Stereo», «Dolby Motion Picture Matrix» или «Dolby MP». «Pro Logic» относится к используемому декодеру, специальной кодирующей матрицы Pro Logic не существует.
Система Ultra Stereo , разработанная другой компанией, совместима и использует аналогичные матрицы с Dolby Stereo.
Матрица Dolby Stereo проста: четыре исходных канала: левый (L), центральный (C), правый (R) и окружающий (S) — объединяются в два, известные как левый общий (LT) и правый общий (RT), по следующей формуле:
где j = 90° фазовый сдвиг
Информация о центральном канале передается как LT, так и RT в фазе, а информация о канале объемного звучания передается как LT, так и RT, но не в фазе. Канал объемного звучания представляет собой один ограниченный частотный диапазон ( фильтр нижних частот 7 кГц [8] ) моно тыловой канал, динамически сжатый и размещенный с меньшей громкостью, чем остальные. Это позволяет лучше разделять сигналы.
Это обеспечивает хорошую совместимость с обоими монофоническими воспроизведениями, которые воспроизводят L, C и R из монодинамика с C на уровне 3 дБ выше, чем L или R, но информация о объемном звучании отменяется. Это также обеспечивает хорошую совместимость с двухканальным стереовоспроизведением, где C воспроизводится как из левого, так и из правого динамика, образуя фантомный центр, а объемное звучание воспроизводится из обоих динамиков, но диффузным образом.
Простой 4-канальный декодер может просто отправить суммарный сигнал (L+R) на центральный динамик, а разностный сигнал (LR) на окружающие. Но такой декодер обеспечит плохое разделение между соседними каналами динамиков, поэтому все, что предназначено для центрального динамика, будет также воспроизводиться из левого и правого динамиков всего на 3 дБ ниже уровня в центральном динамике. Аналогично все, что предназначено для левого динамика, будет воспроизводиться как из центрального, так и из окружающих динамиков, снова всего на 3 дБ ниже уровня в левом динамике. Однако существует полное разделение между левым и правым, а также между центральным и окружающими каналами.
Чтобы преодолеть эту проблему, декодер кино использует так называемую «логическую» схему для улучшения разделения. Логическая схема решает, какой канал динамика имеет самый высокий уровень сигнала, и дает ему приоритет, ослабляя сигналы, подаваемые на соседние каналы. Поскольку уже есть полное разделение между противоположными каналами, нет необходимости их ослаблять, по сути, декодер переключается между приоритетом L и R и приоритетом C и S. Это накладывает некоторые ограничения на микширование для Dolby Stereo, и чтобы гарантировать, что звукорежиссеры микшируют звуковые дорожки надлежащим образом, они будут 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, чтобы соответствовать залам разного размера, чтобы гарантировать, что любая утечка программного материала, предназначенного для левого или правого динамика, в канал объемного звучания всегда будет слышна в первую очередь от предполагаемого динамика. Это использует « эффект приоритета » для локализации звука в предполагаемом направлении.
сдвиг фаз, сдвиг фаз
Матрица Pro Logic II обеспечивает стереофонические полночастотные задние каналы. Обычно канал сабвуфера управляется простой фильтрацией и перенаправлением существующих басовых частот исходной стереодорожки.
Прямо ориентированный кодер — один из по крайней мере шести различных вариантов кодирования, предлагаемых SQ, чтобы производители могли сами решать, какой набор ошибок они предпочитают.
