Dolby Digital , изначально синоним Dolby AC-3 (см. ниже), — это название семейства технологий сжатия звука , разработанных Dolby Laboratories . До 1995 года называвшийся Dolby Stereo Digital , это сжатие с потерями (за исключением Dolby TrueHD). Первым применением Dolby Digital было обеспечение цифрового звука в кинотеатрах с 35-мм кинопленок. С тех пор он также использовался для телевещания, радиовещания через спутник, цифрового потокового видео, DVD , дисков Blu-ray и игровых консолей. Dolby AC-3 был оригинальной версией кодека Dolby Digital. Основой стандарта кодирования многоканального звука Dolby AC-3 является модифицированное дискретное косинусное преобразование (MDCT), алгоритм сжатия звука с потерями . [1] Это модификация алгоритма дискретного косинусного преобразования (DCT), который был предложен Насиром Ахмедом в 1972 году для сжатия изображений . [2] DCT был адаптирован в MDCT Дж. П. Принсеном, А. В. Джонсоном и Аланом Б. Брэдли в Университете Суррея в 1987 году. [3] Dolby Laboratories адаптировали алгоритм MDCT вместе с принципами перцептивного кодирования для разработки аудиоформата AC-3 для кино . Формат AC-3 был выпущен как стандарт Dolby Digital в феврале 1991 года. [4] [5] Dolby Digital был самым ранним выпущенным стандартом сжатия звука на основе MDCT, за которым последовали другие для домашнего и портативного использования, такие как ATRAC от Sony (1992), стандарт MP3 (1993) и AAC (1997). [6]
Batman Returns был самым первым фильмом, который был анонсирован как использующий технологию Dolby SR-D (Spectral Recording-Digital), когда он был впервые показан во всех выбранных кинотеатрах летом 1992 года. [7] Звуковые дорожки Dolby Digital для кинофильмов оптически записаны на 35-миллиметровой кинопленке с использованием последовательных блоков данных, размещенных между каждым отверстием перфорации на стороне звуковой дорожки пленки. Используется постоянная скорость передачи данных 320 кбит/с. Сканер на приборах с зарядовой связью (CCD) в проекторе изображений считывает сканированное видеоизображение этой области, а процессор сопоставляет область изображения и извлекает цифровые данные в виде потока битов AC-3 . Затем данные декодируются в 5.1-канальный аудиоисточник. Все кинокопии с данными Dolby Digital также имеют аналоговые звуковые дорожки Dolby Stereo с использованием шумоподавления Dolby SR, и такие копии известны как копии Dolby SR-D. Аналоговая звуковая дорожка обеспечивает резервный вариант в случае повреждения области данных или отказа цифрового декодирования; она также обеспечивает совместимость с проекторами, не оснащенными цифровыми звуковыми головками. Почти все современные кинокопии относятся к этому типу и могут также включать данные SDDS и дорожку тайм-кода для синхронизации CD-ROM, содержащих звуковые дорожки DTS .
Самый простой способ преобразования существующих проекторов — добавить так называемую цифровую звуковую головку penthouse над головкой проектора. Однако для новых проекторов имело смысл использовать двойные аналоговые/цифровые звуковые головки в обычном оптическом положении звуковой головки под головкой проектора. Чтобы обеспечить расположение двойной звуковой головки, данные записываются на 26 кадров впереди изображения. Если используется звуковая головка penthouse, данные должны быть задержаны в процессоре на необходимое количество времени, около 2 секунд. Эту задержку можно регулировать пошагово по времени между перфорациями (приблизительно 10,4 мс). Dolby Digital остается преобладающим форматом микширования звука для фильмов, несмотря на введение Dolby Surround 7.1 и Dolby Atmos в 2010 и 2012 годах соответственно.
Dolby Digital [8] имеет похожие технологии, входящие в Dolby Digital EX, [9] Dolby Digital Live, [10] Dolby Digital Plus, [11] Dolby Digital Surround EX, [12] Dolby Digital Recording, [13] Dolby Digital Cinema, [14] Dolby Digital Stereo Creator [15] и Dolby Digital 5.1 Creator. [16]
Dolby AC-3 ( бэкроним для Audio Codec 3, Advanced Codec 3 или Acoustic Coder 3), также известный как ATSC A/52 (название стандарта) [18] или просто Dolby Digital ( DD ), является распространенной версией, содержащей до шести дискретных каналов звука. До 1996 года он продавался как Dolby Surround AC-3 , Dolby Stereo Digital и Dolby SRD . [19] Наиболее сложный режим этого кодека в общем использовании включает пять каналов для динамиков нормального диапазона ( 20 Гц - 20 000 Гц ) (правый, центральный, левый, правый объемный, левый объемный) и один канал ( отведенный аудиосигнал 20 Гц - 120 Гц ) для низкочастотных эффектов, управляемых сабвуфером . [20] Также поддерживаются моно и стерео режимы. AC-3 поддерживает частоту дискретизации звука до 48 кГц. В 1991 году ограниченный экспериментальный релиз Star Trek VI: The Undiscovered Country в Dolby Digital был показан в 3 кинотеатрах США. [19] В 1992 году Batman Returns стал первым фильмом, выпущенным и представленным в Dolby Digital. [21] [22] В 1995 году версия LaserDisc фильма Clear and Present Danger включала в себя самый первый микс Dolby Digital для домашнего кинотеатра , за которым вскоре последовали True Lies , Stargate , Forrest Gump и Interview with the Vampire среди других. [23] [24]
Dolby Digital EX похож на более ранний формат Pro Logic от Dolby , который использовал матричную технологию для добавления центрального канала объемного звучания и одного заднего канала объемного звучания к стереофоническим звуковым дорожкам. [25] EX добавляет расширение к стандартному 5.1- канальному кодеку Dolby Digital в виде матричных задних каналов, создавая 6.1- или 7.1-канальный выход.
Он обеспечивает экономичные и обратно совместимые средства для 5.1 звуковых дорожек для переноса шестого, центрального заднего канала объемного звучания для улучшенной локализации эффектов. Дополнительный канал объемного звучания кодируется матрицей на дискретные левый и правый каналы объемного звучания 5.1-микса, во многом как передний центральный канал на Dolby Pro Logic кодированных стереофонических звуковых дорожках. Результат может воспроизводиться без потери информации на стандартных 5.1-системах или воспроизводиться в 6.1 или 7.1 на системах с декодированием Surround EX и добавленными динамиками. Ряд DVD имеют опцию звука Dolby Digital Surround EX. Театральная версия Dolby Digital Surround EX была представлена в 1999 году, когда Dolby и THX , подразделение Lucasfilm Ltd. , совместно разработали Dolby Digital Surround EX ™ для выпуска фильма «Звездные войны: Эпизод I – Скрытая угроза» . [21] [26] Dolby Digital Surround EX с тех пор использовался в DVD-релизах приквела и оригинальных трилогий «Звездных войн» . [26]
Dolby Digital Live (DDL) — это технология кодирования в реальном времени для интерактивных медиа, таких как видеоигры. Она преобразует любые аудиосигналы на ПК или игровой консоли в 5.1-канальный формат Dolby Digital 16 бит/48 кГц со скоростью 640 кбит/с и передает его по одному кабелю S/PDIF . [27] Похожая технология, известная как DTS Connect, доступна у конкурента DTS . Важным преимуществом этой технологии является то, что она позволяет использовать цифровой многоканальный звук с потребительскими звуковыми картами, которые в противном случае ограничены цифровым стерео PCM или аналоговым многоканальным звуком, поскольку S/PDIF через RCA, BNC и TOSLINK может поддерживать только двухканальный PCM, многоканальный звук Dolby Digital и многоканальный звук DTS. Позднее был представлен HDMI , и он может передавать несжатый многоканальный PCM, сжатый без потерь многоканальный звук и сжатый с потерями цифровой звук. Тем не менее, Dolby Digital Live по-прежнему полезен с HDMI для обеспечения передачи многоканального звука через HDMI на устройства, которые не могут обрабатывать несжатый многоканальный PCM. Dolby Digital Live доступен в звуковых картах, использующих аудиочипсеты различных производителей. SoundStorm , используемый для игровой консоли Xbox и некоторых материнских плат nForce2 , использовал раннюю форму этой технологии. DDL доступен на материнских платах с такими кодеками, как Realtek ALC882D, [28] ALC888DD и ALC888H. Другие примеры включают некоторые звуковые карты C-Media PCI и звуковые карты серий X-Fi и Z Creative Labs, драйверы которых включили поддержку DDL. Позднее NVIDIA решила отказаться от поддержки DDL в своих материнских платах из-за стоимости связанных с этим роялти, оставив пустое место в этом отношении на рынке звуковых карт. Затем в июне 2005 года появилась Auzentech , которая со своей картой X-Mystique PCI предоставила первую потребительскую звуковую карту с поддержкой Dolby Digital Live. Изначально ни одна звуковая карта Creative X-Fi не поддерживала DDL (2005~2007), но сотрудничество Creative и Auzentech привело к разработке Auzentech Prelude, первой карты X-Fi с поддержкой DDL. Первоначально планировалось расширить поддержку DDL на все звуковые карты X-Fi (за исключением линейки «Xtreme Audio», которая не поддерживает аппаратную реализацию DDL), но план был отклонен, поскольку лицензирование Dolby потребовало бы выплаты роялти за все карты X-Fi и, что проблематично, за уже проданные. [29]В 2008 году Creative выпустила серию звуковых карт X-Fi Titanium, которая полностью поддерживает Dolby Digital Live, оставив все PCI-версии Creative X-Fi по-прежнему без поддержки DDL. С сентября 2008 года все звуковые карты на базе Creative X-Fi поддерживают DDL (за исключением «Xtreme Audio» и ее производных, таких как Prodigy 7.1e, которая не поддерживает DDL на аппаратном уровне). Случай X-Fi отличается. Пока они забыли о плане, программист Дэниел Каваками создал горячую проблему, применив модуль Auzentech Prelude DDL обратно к картам Creative X-Fi, замаскировав аппаратную идентификацию как Auzentech Prelude. [30] Creative Labs заявила, что Каваками нарушил их интеллектуальную собственность, и потребовала, чтобы он прекратил распространять свои модифицированные драйверы. [31] [32] [33] В конце концов Creative заключила соглашение с Dolby Laboratories относительно роялти по лицензии Dolby, договорившись, что стоимость лицензии будет включена в покупную цену карт Creative X-Fi PCI, а не как роялти, выплачиваемые самой Creative. [29] На основании соглашения в сентябре 2008 года Creative начала продавать пакеты Dolby Digital Live , позволяющие использовать Dolby Digital Live на серии звуковых карт Creative X-Fi PCI. Его можно купить и загрузить с сайта Creative. Впоследствии Creative добавила свой пакет DTS Connect к пакету DDL без дополнительных затрат. [34]
E-AC-3 (Dolby Digital Plus) — это усовершенствованная система кодирования на основе кодека AC-3 . Она предлагает повышенные битрейты (до 6,144 Мбит/с), поддержку ещё большего количества аудиоканалов (до 15.1 дискретных каналов [36] в будущем) и улучшенные методы кодирования (только при низких скоростях передачи данных) для уменьшения артефактов сжатия , что позволяет использовать более низкие скорости передачи данных, чем те, которые поддерживаются AC-3 (например, 5.1-канальный звук при 256 кбит/с). Она не имеет обратной совместимости с существующим оборудованием AC-3, хотя кодеки E-AC-3, как правило, способны транскодировать в AC-3 для оборудования, подключенного через S/PDIF . Декодеры E-AC-3 также могут декодировать битовые потоки AC-3. Apple TV четвертого поколения поддерживает E-AC-3. [37] Снятая с производства система HD DVD напрямую поддерживала E-AC-3. Blu-ray Disc предлагает E-AC-3 в качестве опции для добавления дополнительных каналов в поток 5.1 AC-3, а также для доставки вторичного аудиоконтента (например, комментариев режиссера), который предназначен для микширования с основной звуковой дорожкой в проигрывателе Blu-ray Disc.
Dolby AC-4 — это стандарт сжатия звука, поддерживающий несколько аудиоканалов и/или аудиообъектов. Поддержка 5.1-канального звука является обязательной, а дополнительные каналы до 7.1.4 являются необязательными. [38] AC-4 обеспечивает снижение скорости передачи данных на 50% по сравнению с AC-3/ Dolby Digital Plus . [38]
Dolby TrueHD, разработанный Dolby Laboratories, — это усовершенствованный аудиокодек без потерь, основанный на Meridian Lossless Packing . Поддержка кодека была обязательной для HD DVD и необязательной для оборудования Blu-ray Disc . Dolby TrueHD поддерживает 24-битную битовую глубину и частоту дискретизации до 192 кГц. Максимальный битрейт составляет 18 Мбит/с, при этом поддерживается до 16 аудиоканалов (стандарты HD DVD и Blu-ray Disc в настоящее время ограничивают максимальное количество аудиоканалов восемью). Он поддерживает метаданные, включая нормализацию диалогов и управление динамическим диапазоном.
Хотя Dolby Digital обычно ассоциируется с конфигурацией каналов 5.1, он допускает ряд различных вариантов выбора каналов. Возможны следующие варианты:
Эти конфигурации опционально включают канал дополнительных низкочастотных эффектов (LFE). Последние две со стереозвуком опционально используют матричное кодирование Dolby Digital EX для добавления дополнительного тылового канала объемного звучания. Многие декодеры Dolby Digital оснащены функцией понижающего микширования для распределения кодированных каналов по динамикам. Это включает такие функции, как воспроизведение информации объемного звучания через передние динамики, если динамики объемного звучания недоступны, и распределение центрального канала на левый и правый, если центральный динамик недоступен. При выводе на отдельное оборудование через 2-канальное соединение декодер Dolby Digital может опционально кодировать выход с помощью Dolby Surround для сохранения информации объемного звучания. «.1» в 5.1, 7.1 и т. д. относится к каналу LFE, который также является дискретным каналом.
Dolby Digital audio используется на DVD-Video и других чисто цифровых носителях, таких как домашний кинотеатр. В этом формате поток битов AC-3 чередуется с потоками видео и управления. Система используется в приложениях с ограниченной полосой пропускания, отличных от DVD-Video, таких как цифровое телевидение. Стандарт AC-3 допускает максимальную кодированную скорость передачи данных 640 кбит/с. 35-мм кинопленки используют фиксированную скорость 320 кбит/с, что совпадает с максимальной скоростью передачи данных для 2-канального MP3 . Диски DVD-Video ограничены 448 кбит/с, хотя многие проигрыватели могут успешно воспроизводить потоки битов с более высокой скоростью (которые не соответствуют спецификации DVD). HD DVD ограничивает AC-3 до 448 кбит/с. Стандарты ATSC и цифрового кабельного телевидения ограничивают AC-3 до 448 кбит/с. Blu-ray Disc, PlayStation 3 и игровая консоль Xbox могут выводить сигнал AC-3 на полной скорости 640 кбит/с. Некоторые игры для консоли Sony PlayStation 2 также способны выводить стандартный звук AC-3, в основном во время предварительно отрендеренных катсцен. Dolby входит в группу организаций, занимающихся разработкой AAC (Advanced Audio Coding), части спецификаций MPEG, и считается преемником MP3. Dolby Digital Plus (DD-Plus) и TrueHD поддерживаются в HD-DVD в качестве обязательных кодеков и в Blu-ray Disc в качестве дополнительных кодеков.
В мире LaserDisc термин AC3RF широко используется на разъемах проигрывателей, поддерживающих Dolby Digital. [39] Определенные демодуляторы и приемники эпохи LaserDisc (с 1990-х по начало 2000-х годов) также используют этот термин на разъемах. [39] На обложках дисков LaserDisc с дорожками Dolby Digital часто присутствует логотип THX .
Структура данных AC-3 описывается упрощенным " C -подобным" языком в официальных спецификациях. Поток AC-3 представляет собой серию кадров; код размера кадра используется вместе с кодом частоты дискретизации для определения количества (2-байтовых) слов перед следующим синхрословом. Блоки каналов могут быть либо длинными, в этом случае весь блок обрабатывается как одно модифицированное дискретное косинусное преобразование , либо короткими, в этом случае над блоком выполняются два преобразования половинной длины. Ниже приведен упрощенный заголовок AC-3. Подробное описание приведено в ATSC "Digital Audio Compression (AC-3) (E-AC-3) Standard", раздел 5.4.
AC3 был защищен патентами, срок действия которых истек в марте 2017 года. Патенты использовались для требования оплаты коммерческой лицензии на публикацию приложения, которое декодирует AC3. Это привело к тому, что некоторые разработчики аудиоприложений запретили AC3 в своих приложениях, хотя медиаплеер с открытым исходным кодом VLC поддерживал аудио AC-3 без уплаты патентного лицензионного сбора. [40] В первоначальных и измененных документах S-1 от 2005 года, поданных Dolby в SEC, Dolby признала, что «патенты, относящиеся к нашим технологиям Dolby Digital, истекают в период с 2008 по 2017 год». [41] [42] [43] Последний патент, охватывающий AC-3, истек 20 марта 2017 года, что сделало его бесплатным для использования. [44] [45]
Бесплатный потоковый декодер ATSC A/52 (AC3), liba52, доступен по лицензии GNU General Public License . FFmpeg и медиаплеер VLC включают код для обработки AC-3.
