Предположим, что вам необходимо доставить 4000 человек (полезная информация) из одного места в другое в течении часа. По шоссе может проехать только 1000 машин в час. Если разместить все 4000 человек в 1000 автомобилей, то можно избавиться от лишней информации (оставим 3000 машин дома). Это высокоэффективная доставка, и именно для этого предназначена система Dolby Digital.
Одна из причин, почему качество звука на компакт диске так высоко в том, что он содержит огромный объем данных: 16-ти разрядные семплы выбираются 44100 раз в секунду отдельно для каждого канала. Это соответствует потоку в 1411200 бит в секунду. Компакт диск представляет собой настолько большое хранилище информации, что позволяет записать до 74 минут музыки на один диск. Но что делать, если надо записать 2 часа 20-ти разрядного сигнала и ко всему прочему там должно быть шесть каналов? На сегодняшний день такой большой поток данных непрактичен ни для хранения, ни для передачи.
Кодер Dolby Digital является первым кодером разработанным специально для многоканального звука. Уникальный опыт Dolby Laboratories по устранению аудио шума является критическим для снижения потока данных, потому что чем меньше бит используется для описания аудио сигнала, тем больше шум.
Шумоподавление Dolby работает путем уменьшения уровня шума в отсутствии аудио сигнала, а также позволяя более сильному полезному аудио сигналу перекрывать или "маскировать" шум. Но это позволяет замаскировывать только шум, близкий по частотам к полезному сигналу. Поэтому Dolby Digital разбивает звуковой спектр для каждого канала на узкие полоски разного размера, оптимизированные с расчетом на частотную избирательность человеческого слуха. Это позволяет очень точно отфильтровывать шум оцифровки так, чтобы он оказался очень близко по частоте к частоте кодируемого сигнала. Аудио сигнал эффективно заглушает шум, делая его неслышным для уха. Там где отсутствие сигнала не позволяет маскировать шум оцифровки, Dolby Digital прикладывает максимум усилий чтобы его уменьшить. Можно сказать, что Dolby Digital это очень эффективная система шумоподавления, и в результате качество звука субъективно очень близко к оригиналу.
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.
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.
Комментарии к переводу:
Некоторые термины не поддаются однозначному переводу, так как им нет однозначно соответствующих по смыслу слов в русском языке в употребляемом контексте, а именно "Surround" (окружающий, обтекающий, объемный) и "Perceptual Coding" (имеется в виду кодирование, основанное на психоакустической модели слуха человека, имитационная модель).
Под термином лазерный диск понимается "большой" лазерный диск (Laser Disc), не путайте его с "маленькими" компакт дисками (CD). В настоящее время они вытисняются получающими все большее распространение, более современными, дешевыми и удобными DVD дисками.
Компандеры Dolby, несомненно сыграли роль реактивного двигателя, вынесшего на рынок компакт-кассету и заманившего в кинотеатры зрителя, уже начавшего привыкать к вездесущему телевидению. Работая "зеркально" при записи-воспроизведении, они теоретически должны обеспечивать идентичность (за исключением шумов) сигнала на входе и выходе устройства, что к сожалению, не соответствует действительности. Причина – в наличии на передаточной характеристике точек излома, служащих именно для более эффективного шумоподавления. Без них обеспечить эффективное шумопонижение заложенным в Dolby принципом "скользящей полосы" было бы весьма затруднительно.
Как следствие, оснащенные этими устройствами магнитофоны должны иметь коэффициент передачи сигнала запись-воспроизведение точно равным единице и, что более важно, точки перегиба экспандера и компрессора должны совпадать. Добиться этого можно, но…в дело вступают износ головок, разные характеристики магнитной ленты и ее старение… В общем, все это напоминает тщательно отлаженный ламповый High-End усилитель, который уже через год теряет оптимальность настройки именно в силу старения самих ламп.
Правда, идея сжатия-расширения звукового сигнала нашла замечательное воплощение в уникальном, но малоизвестном в бытовой технике компандере dbx, который, в отличие от Dolby, имеет линейную передаточную характеристику и обладает полной независимостью АЧХ и ФЧХ от уровня обрабатываемого сигнала. А ведь именно они отвечают за локализацию в пространстве источников звука! Да и степень подавления шумов (до – 40 dB, тогда как у Dolby C, к примеру, –20dB) несравненно выше, также как и способность шумопонижения на средних и низких частотах. Именно невозможность совместить подавление шумов и четкую объемность звука толкнула Dolby Laboratories к созданию Dolby Stereo с аж четырьмя каналами и прочих Dolby Surround. Ну а идея оснастить ими кинотеатры вообще оказалась золотой жилой – во-первых, много места и, во-вторых, уровень фоновых шумов зала достаточен для маскировки нехватки динамического диапазона (повышать громкость звука ведь тоже можно только до болевого порога!).
Ну а последующие поколения Dolby – цифровые- реализованы весьма толково и чего-либо добавить к сказанному автором статьи просто не имею возможности. Именно этим системам самое место в кино- и дома – театрах!
Почему звуковые карты не воспроизводят AC-3 звук в играх?
AC-3 звук в настоящее время не используется (и даже не предназначался) для интерактивного 3D звука.
Типичный процесс создания многоканального звука следующий:
Сначала производится запись многоканального звука, который может иметь много индивидуальных дорожек -- инструменты, голоса, звуковые эффекты и т.д. Дорожек этих может быть 24, 36, 48 или гораздо больше, особенно если это звуковое сопровождение фильма. Затем многоканальная запись микшируется ("mixed down", микширование с сокращением числа каналов) на специальной аппаратуре в музыкальной или кино студии инженерами по смешиванию звуков. Во время микширования для каждой звуковой дорожки контролируется, уровень громкости, расположение источника звука, баланс, эффекты и т.д с целью получения требуемого результата.
В случае со стерео звуком, результатом такого микширования являются два канала: левый и правый. Микширование с целью получения многоканального surround звука (multi-channel surround) представляет собой просто использования большего числа выходных каналов. В обоих случае, каждый канал состоит из сигналов, которые предназначены для направления в отдельные колонки при прослушивании пользователем. Каждый из этих сигналов представляет собой результат сложного микширования исходных источников, состоящих из многих звуковых дорожек.
Далее, происходит процесс кодирования каналов, полученных после микширования (например, 6 каналов для формата "5.1" Dolby Digital/AC-3) и в результате получается один цифровой поток (bitstream). Процесс кодирования содержит много интенсивных вычислений, в то время как процесс декодирования (все еще не прогулка по парку) требует гораздо меньшего количества ресурсов для выполнения.
Теперь цифровой поток поступает к пользователю, на DVD диске, в виде MPEG файла или в каком-то другом.
Когда вы начинаете проигрывание, декодер обрабатывает цифровой поток в режиме реального времени, разделяя его на индивидуальные каналы и передавая их для воспроизведения на шести акустических колонках. (Или, декодер может делать еще и простой ремикс, т.е. новое микширование, для создания лишь нескольких выходных каналов. Если у вас имеется меньше чем шесть колонок, например, если у вас всего две колонки, тогда канал сабвуфера (низкочастотный) и центральный (диалогов) добавляются одновременно к обоим выходным каналам. Задний левый канал добавляется к левому выходному каналу, задний правый к правому выходному каналу. 3D звуковой процесс может быть использован для "имитации" наличия реально отсутствующих акустических колонок.)
Звуковое содержание "законсервировано". Где бы инженер по микшированию не решил поместить звук, там вы его и услышите. Точка. В такой же мере, что бы инженер ни сделал по отношению к уровню громкости, балансу или любому студийному эффекту, вы услышите это. Точка. Точно как с CD, он всегда один и тот же, каждый раз, когда вы его проигрываете. В игре, единственный случай, когда вы можете использовать законсервированное содержание, это окружающий звук, т.е. создающий атмосферу игры, музыка, видео клипы и т.д., потому что они не могут быть сделаны так, что бы реагировать на ваши действия, за исключением их запуска и остановки, что естественно.