Dolby Digital
Dolby Digital, originalmente sinónimo de Dolby AC-3, es el nombre de lo que ahora se ha convertido en una familia de tecnologías de compresión de audio desarrollada por Dolby Laboratories. Anteriormente llamado Dolby Stereo Digital hasta 1995, la compresión de audio tiene pérdida (excepto Dolby TrueHD), basada en el algoritmo de transformada de coseno discreto modificado (MDCT). El primer uso de Dolby Digital fue proporcionar sonido digital en los cines a partir de copias de películas de 35 mm; hoy en día, también se utiliza para aplicaciones como transmisión de TV, transmisión de radio vía satélite, transmisión de video digital, DVD, discos Blu-ray y consolas de juegos.
La base principal del estándar de codificación de audio multicanal Dolby AC-3 es la transformada de coseno discreta modificada (MDCT), un algoritmo de compresión de audio con pérdida. Es una modificación del algoritmo de transformada discreta de coseno (DCT), que fue propuesto por primera vez por Nasir Ahmed en 1972 y originalmente estaba destinado a la compresión de imágenes. La DCT fue adaptada a la transformada de coseno discreta modificada (MDCT) por J.P. Princen, A.W. Johnson y Alan B. Bradley en la Universidad de Surrey en 1987.
Dolby Laboratories adaptó el algoritmo MDCT junto con los principios de codificación de percepción para desarrollar el formato de audio AC-3 para las necesidades del cine. El formato AC-3 se lanzó como el estándar Dolby Digital en febrero de 1991. Dolby Digital fue el primer estándar de compresión de audio basado en MDCT que se lanzó y fue seguido por otros estándares de compresión de audio basados en MDCT para uso doméstico y portátil, como ATRAC de Sony (1992), el estándar MP3 (1993) y AAC (1997).
Cine
Batman Returns fue la primera película que se anunció que usaba la tecnología Dolby SR-D (grabación digital digital) cuando se estrenó en los cines en el verano de 1992. Las bandas sonoras de cine Dolby Digital se graban ópticamente. en una copia de liberación de 35 mm utilizando bloques de datos secuenciales colocados entre cada orificio de perforación en el lado de la pista de sonido de la película. Se utiliza una tasa de bits constante de 320 kbit/s. Un escáner de dispositivo de carga acoplada (CCD) en el proyector de imágenes recoge una imagen de video escaneada de esta área, y un procesador correlaciona el área de la imagen y extrae los datos digitales como un flujo de bits AC-3. Luego, los datos se decodifican en una fuente de audio de 5.1 canales. Todas las copias de películas con datos Dolby Digital también tienen bandas sonoras analógicas Dolby Stereo que utilizan la reducción de ruido Dolby SR y dichas copias se conocen como copias Dolby SR-D. La banda sonora analógica proporciona una opción alternativa en caso de daño al área de datos o falla de la decodificación digital; también brinda compatibilidad con proyectores que no están equipados con cabezas de sonido digitales. Casi todas las copias de cine de lanzamiento actual son de este tipo y también pueden incluir datos SDDS y una pista de código de tiempo para sincronizar CD-ROM que contienen bandas sonoras DTS.
La forma más sencilla de convertir los proyectores existentes es agregar un cabezal de sonido digital llamado penthouse sobre el cabezal del proyector. Sin embargo, para los proyectores nuevos, tenía sentido utilizar cabezales de sonido duales analógicos/digitales en la posición normal del cabezal de sonido óptico debajo del cabezal del proyector. Para permitir la disposición de dos cabezales de sonido, los datos se graban 26 fotogramas antes que la imagen. Si se utiliza un cabezal de sonido penthouse, los datos deben retrasarse en el procesador durante la cantidad de tiempo requerida, alrededor de 2 segundos. Este retardo se puede ajustar en pasos de tiempo entre perforaciones (aproximadamente 10,4 ms).
Dolby Digital sigue siendo el formato de mezcla de sonido predominante para películas, a pesar de la introducción de Dolby Surround 7.1 y Dolby Atmos en 2010 y 2012, respectivamente.
Versiones
Dolby Digital tiene tecnologías similares, incluidas en Dolby Digital EX, Dolby Digital Live, Dolby Digital Plus, Dolby Digital Surround EX, Dolby Digital Recording, Dolby Digital Cinema, Dolby Digital Stereo Creator y Dolby Digital 5.1 Creator.
Dolby Digital
Dolby Digital es la versión común que contiene hasta seis canales discretos de sonido. El modo más elaborado de uso común involucra cinco canales para altavoces de rango normal (20 Hz – 20 000 Hz) (derecho, central, izquierdo, envolvente derecho, envolvente izquierdo) y un canal (20 Hz – 120 Hz audio asignado) para los efectos de baja frecuencia impulsados por el subwoofer. También se admiten los modos mono y estéreo. AC-3 admite frecuencias de muestreo de audio de hasta 48 kHz.
Este formato tiene diferentes nombres:
- Dolby Digital
- DD (una abreviatura para Dolby Digital, a menudo combinada con el recuento de canales; por ejemplo, DD 2.0, DD 5.1)
- AC-3 (Audio Codec 3, Advanced Codec 3, Acoustic Coder 3. Son siglas. Adaptive Transform Acoustic Coding 3 es un formato separado desarrollado por Sony.])
- ATSC A/52 (nombre de la norma)
- Antes de 1996, fue comercializado como Dolby Surround AC-3, Dolby Stereo Digital y Dolby SRD.
En 1991, un lanzamiento experimental limitado de Star Trek VI: The Undiscovered Country en Dolby Digital se proyectó en 3 cines de EE. UU. En 1992, Batman Returns es la primera película que se estrena en Dolby Digital. En 1995, la versión LaserDisc de Clear and Present Danger presentó la primera mezcla Dolby Digital de cine en casa, seguida rápidamente por True Lies, Stargate, < i>Forrest Gump y Entrevista con el Vampiro entre otros.
Dolby Digital EX
Dolby Digital EX es similar en la práctica al anterior formato Pro Logic de Dolby, que utilizaba tecnología de matriz para agregar un canal de sonido envolvente central y un canal de sonido envolvente trasero único a las bandas sonoras estéreo. EX agrega una extensión al códec Dolby Digital estándar de 5.1 canales en forma de canales traseros en matriz, creando una salida de 6.1 o 7.1 canales.
Dolby Digital Surround EX
Proporciona un medio económico y compatible con versiones anteriores para que las bandas sonoras 5.1 lleven un sexto canal de sonido envolvente trasero central para mejorar la localización de los efectos. El canal de sonido envolvente adicional está codificado en matriz en los canales envolvente izquierdo y envolvente derecho discretos de la mezcla 5.1, al igual que el canal central delantero en las bandas sonoras estéreo codificadas con Dolby Pro Logic. El resultado puede reproducirse sin pérdida de información en sistemas 5.1 estándar, o reproducirse en 6.1 o 7.1 en sistemas con decodificación Surround EX y altavoces añadidos. Varios DVD tienen una opción de audio Dolby Digital Surround EX.
La versión de cine de Dolby Digital Surround EX se presentó en 1999, cuando Dolby y Skywalker Sound, una división de Lucasfilm Ltd., desarrollaron conjuntamente Dolby Digital Surround EX. ™ para el lanzamiento de Star Wars: Episodio I: La amenaza fantasma. Desde entonces, Dolby Digital Surround EX se ha utilizado en los lanzamientos en DVD de la precuela y las trilogías originales de Star Wars.
Dolby Digital en directo
Dolby Digital Live (DDL) es una tecnología de codificación en tiempo real para medios interactivos como los videojuegos. Convierte cualquier señal de audio en una PC o consola de juegos en un formato Dolby Digital de 5.1 canales de 16 bits/48 kHz a 640 kbit/s y lo transporta a través de un solo cable S/PDIF. Una tecnología similar conocida como DTS Connect está disponible del competidor DTS. Una ventaja importante de esta tecnología es que permite el uso de sonido multicanal digital con tarjetas de sonido de consumo, que de otro modo estarían limitadas a sonido multicanal analógico o estéreo PCM digital porque S/PDIF sobre RCA, BNC y TOSLINK solo admiten dos canales. PCM, audio multicanal Dolby Digital y audio multicanal DTS. HDMI se introdujo más tarde y puede transportar PCM multicanal sin comprimir, audio multicanal comprimido sin pérdidas y audio digital comprimido con pérdidas. Sin embargo, Dolby Digital Live sigue siendo útil con HDMI para permitir el transporte de audio multicanal a través de HDMI a dispositivos que no pueden manejar PCM multicanal sin comprimir.
Dolby Digital Live está disponible en tarjetas de sonido de varios fabricantes' conjuntos de chips de audio. SoundStorm, utilizado para la consola de juegos Xbox y ciertas placas base nForce2, utilizó una forma temprana de esta tecnología. DDL está disponible en placas base con códecs como ALC882D, ALC888DD y ALC888H de Realtek. Otros ejemplos incluyen algunas tarjetas de sonido C-Media PCI y Creative Labs' Tarjetas de sonido de las series X-Fi y Z, cuyos controladores han habilitado el soporte para DDL.
Más tarde, NVIDIA decidió dejar de admitir DDL en sus placas base debido al costo de las regalías involucradas, dejando un espacio vacío en este sentido en el mercado de las tarjetas de sonido. Luego, en junio de 2005 llegó Auzentech, que con su tarjeta X-Mystique PCI, proporcionó la primera tarjeta de sonido de consumo compatible con Dolby Digital Live.
Inicialmente, ninguna tarjeta de sonido basada en Creative X-Fi admitía DDL (2005~2007), pero una colaboración de Creative y Auzentech resultó en el desarrollo de Auzentech Prelude, la primera tarjeta X-Fi compatible con DDL. Originalmente se planeó extender la compatibilidad con DDL a todas las tarjetas de sonido basadas en X-Fi (excepto la línea 'Xtreme Audio' que no puede implementar hardware DDL), el plan se abandonó porque la licencia de Dolby habría requerido un pago de regalías por todas las tarjetas X-Fi y, problemáticamente, las ya vendidas. En 2008, Creative lanzó la serie X-Fi Titanium de tarjetas de sonido que son totalmente compatibles con Dolby Digital Live y dejaron todas las versiones PCI de Creative X-Fi sin compatibilidad con DDL.
Desde septiembre de 2008, todas las tarjetas de sonido basadas en Creative X-Fi son compatibles con DDL (excepto 'Xtreme Audio' y su línea basada, como Prodigy 7.1e, que no admite DDL en el hardware). El caso de X-Fi es diferente.
Si bien se olvidaron del plan, el programador Daniel Kawakami hizo un tema candente al volver a aplicar el módulo DDL de Auzentech Prelude a las tarjetas Creative X-Fi disfrazando la identidad del hardware como Auzentech Prelude.
Creative Labs alegó que Kawakami violó su propiedad intelectual y exigió que dejara de distribuir sus controladores modificados.
Finalmente, Creative llegó a un acuerdo con Dolby Laboratories con respecto a la regalía de la licencia de Dolby al disponer que el costo de la licencia se incluyera en el precio de compra de las tarjetas Creative X-Fi PCI en lugar de una regalía pagada por Creative. Según el acuerdo, en septiembre de 2008, Creative comenzó a vender los paquetes Dolby Digital Live que habilitan Dolby Digital Live en la serie de tarjetas de sonido X-Fi PCI de Creative. Se puede comprar y descargar desde Creative. Posteriormente, Creative agregó su paquete DTS Connect al paquete DDL sin costo adicional.
Dolby Digital Plus
E-AC-3 (Dolby Digital Plus) es un sistema de codificación mejorado basado en el códec AC-3. Ofrece mayores tasas de bits (hasta 6,144 Mbit/s), compatibilidad con aún más canales de audio (hasta 15,1 canales discretos en el futuro) y técnicas de codificación mejoradas (solo a velocidades de datos bajas) para reducir los artefactos de compresión, lo que permite velocidades de datos más bajas que los compatibles con AC-3 (por ejemplo, audio de 5.1 canales a 256 kbit/s). No es compatible con versiones anteriores del hardware AC-3 existente, aunque los códecs E-AC-3 generalmente son capaces de transcodificar a AC-3 para equipos conectados a través de S/PDIF. Los decodificadores E-AC-3 también pueden decodificar flujos de bits AC-3. El Apple TV de cuarta generación es compatible con E-AC-3. El sistema HD DVD descontinuado admitía directamente E-AC-3. Blu-ray Disc ofrece E-AC-3 como una opción para injertar canales adicionales en una transmisión 5.1 AC-3, así como para la entrega de contenido de audio secundario (por ejemplo, comentarios del director) que está destinado a ser mezclado con la banda sonora de audio principal en el reproductor de Blu-ray Disc.
Dolby AC-4
Dolby AC-4 es un estándar de compresión de audio compatible con múltiples canales de audio y/u objetos de audio. La compatibilidad con audio de 5.1 canales es obligatoria y los canales adicionales hasta 7.1.4 son opcionales. AC-4 proporciona una reducción del 50 % en la tasa de bits sobre AC-3/Dolby Digital Plus.
Dolby TrueHD
Dolby TrueHD, desarrollado por Dolby Laboratories, es un códec de audio sin pérdidas avanzado basado en Meridian Lossless Packing. La compatibilidad con el códec era obligatoria para HD DVD y es opcional para el hardware de Blu-ray Disc. Dolby TrueHD admite profundidades de bits de 24 bits y frecuencias de muestreo de hasta 192 kHz. La tasa de bits máxima es de 18 Mbit/s, mientras que admite hasta 16 canales de audio (los estándares HD DVD y Blu-ray Disc actualmente limitan la cantidad máxima de canales de audio a ocho). Admite metadatos, incluida la normalización de diálogos y el control de rango dinámico.
Configuraciones de canales
Aunque comúnmente se asocia con la configuración de 5.1 canales, Dolby Digital permite varias selecciones de canales diferentes. Las opciones son:
- Dolby Digital 1/0 – Mono (sólo centro)
- Dolby Digital 2/0 – estéreo de 2 canales (izquierda + derecha), opcionalmente cargado Dolby Surround
- Dolby Digital 3/0 – estéreo de 3 canales (izquierda, centro, derecha)
- Dolby Digital 2/1 – estéreo de 2 canales con mono envolvente (izquierda, derecha, envolvente)
- Dolby Digital 3/1 – estéreo de 3 canales con monovolvente (izquierda, centro, derecha, envolvente)
- Dolby Digital 2/2 – 4 canales quadrafónico (izquierda, derecha, envolvente izquierdo, envolvente derecho)
- Dolby Digital 3/2 – 5 canales envolvente (izquierda, centro, derecha, envolvente izquierdo, envolvente derecho)
Estas configuraciones incluyen opcionalmente el canal de efectos de frecuencia extra baja (LFE). Los dos últimos con sonido envolvente estéreo utilizan opcionalmente la codificación de matriz Dolby Digital EX para agregar un canal de sonido envolvente trasero adicional.
Muchos decodificadores Dolby Digital están equipados con downmixing para distribuir los canales codificados a los altavoces. Esto incluye funciones tales como reproducir información de sonido envolvente a través de los altavoces delanteros si los altavoces de sonido envolvente no están disponibles y distribuir el canal central a izquierda y derecha si no hay ningún altavoz central disponible. Cuando se emite a un equipo separado a través de una conexión de 2 canales, un decodificador Dolby Digital puede codificar opcionalmente la salida utilizando Dolby Surround para preservar la información envolvente.
El '.1' en 5.1, 7.1, etc. se refiere al canal LFE, que también es un canal discreto.
Aplicaciones
El audio Dolby Digital se utiliza en DVD-Video y otros medios puramente digitales, como el cine en casa. En este formato, el flujo de bits AC-3 se intercala con los flujos de bits de video y control.
El sistema se utiliza en aplicaciones con ancho de banda limitado que no sean DVD-Video, como la televisión digital. El estándar AC-3 permite una tasa máxima de bits codificados de 640 kbit/s. Las impresiones de películas de 35 mm utilizan una velocidad fija de 320 kbit/s, que es la misma que la velocidad de bits máxima para MP3 de 2 canales. Los discos DVD-Video están limitados a 448 kbit/s, aunque muchos reproductores pueden reproducir con éxito flujos de bits de mayor velocidad (que no cumplen con la especificación de DVD). HD DVD limita AC-3 a 448 kbit/s. Los estándares ATSC y de cable digital limitan AC-3 a 448 kbit/s. Blu-ray Disc, PlayStation 3 y la consola de juegos Xbox pueden emitir una señal AC-3 a 640 kbit/s completos. Algunos juegos de la consola PlayStation 2 de Sony también pueden emitir audio estándar AC-3, principalmente durante las escenas prerenderizadas.
Dolby es parte de un grupo de organizaciones involucradas en el desarrollo de AAC (Codificación de audio avanzada), parte de las especificaciones MPEG, y se considera el sucesor de MP3.
Dolby Digital Plus (DD-Plus) y TrueHD son compatibles con HD-DVD, como códecs obligatorios, y con Blu-ray Disc, como códecs opcionales.
Tecnologías Dolby en formatos multimedia empaquetados
| HD DVD | Blu-ray Disc | DVD-Video | DVD-Audio | LaserDisc | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Codec | Apoyo al jugador | Canales (max) | Max bit rate | Apoyo al jugador | Canales (max) | Max bit rate | Apoyo al jugador | Canales (max) | Max bit rate | Apoyo al jugador | Canales (max) | Max bit rate | Apoyo al jugador | Canales (max) | Max bit rate |
| Dolby Digital | Obligatorio | 5.1 | 504 kbit/s | Obligatorio | 5.1 | 640 kbit/s | Obligatorio | 5.1 | 448 kbit/s | Opcional en zona de vídeo para la compatibilidad de reproducción en reproductores DVD-Video | 5.1 | 448 kbit/s | Facultativo | 5.1 | 384 kbit/s |
| Dolby Digital Plus | 7.1 | 3 Mbit/s | Facultativo | 7.1 | 1,7 Mbit/s | N/A | |||||||||
| Dolby TrueHD | 7.1 | 18 Mbit/s | 7.1 | 18 Mbit/s | |||||||||||
AC3RF
En el mundo de LaserDisc, AC3RF es el término que se aplica ampliamente a los conectores de los reproductores compatibles con Dolby Digital. Los demoduladores y receptores específicos de la era LaserDisc (de 1990 a principios de 2000) también incluyen la colocación de este término en los conectores.
Los títulos de LaserDisc con pistas Dolby Digital suelen tener el logotipo de THX en sus portadas.
Detalles técnicos
El diseño de datos de AC-3 se describe mediante un "tipo C" idioma en las especificaciones oficiales. Un flujo AC-3 es una serie de tramas; el código de tamaño de trama se utiliza junto con el código de frecuencia de muestreo para determinar el número de (2 bytes) palabras antes de la siguiente palabra sincronizada. Los bloques de canales pueden ser largos, en cuyo caso todo el bloque se procesa como una única transformada de coseno discreta modificada, o cortos, en cuyo caso se realizan dos transformadas de media longitud en el bloque. A continuación se muestra un encabezado AC-3 simplificado. Hay una descripción detallada en el estándar ATSC "Compresión de audio digital (AC-3) (E-AC-3)", sección 5.4.
| Nombre del campo | # of bits | Descripción |
|---|---|---|
| Sincword | 16 | 0x0B77, la transmisión de datos se deja poco primero: gran endian |
| Control de redundancia cíclica | 16 | |
| Frecuencia de muestreo | 2 | '11'=reservado '10'=32 kHz '01'=44.1 '00'=48 |
| Código de tamaño de marco | 6 | |
| Bit stream identification | 5 | |
| Modo de flujo de bits | 3 | '000'=main audio service |
| Modo de codificación de audio | 3 | '010'=izquierda del canal derecho |
| Nivel de mezcla del centro | 2 | |
| Nivel de mezcla | 2 | |
| Modo Dolby Surround | 2 | '00'=no indicado '01'= No envolvido codificado '10'= Sí, envolviendo codificado |
Licencia
AC3 estaba cubierto por patentes (vencidas desde marzo de 2017). Las patentes se utilizaron para pedir el pago de una licencia comercial para publicar una aplicación que decodifica AC3. Esto llevó a algunos desarrolladores de aplicaciones de audio a prohibir AC3 en sus aplicaciones, aunque el reproductor multimedia VLC de código abierto admitía audio AC-3 sin haber pagado ningún tipo de tarifa de licencia de patente.
En las presentaciones S-1 originales y modificadas de Dolby de 2005 ante la SEC, Dolby reconoció que "las patentes relacionadas con nuestras tecnologías Dolby Digital vencen entre 2008 y 2017".
La última patente que cubría AC-3 expiró el 20 de marzo de 2017, por lo que ahora es de uso gratuito en general.
Implementación de código abierto
Un decodificador de flujo ATSC A/52 (AC3) gratuito, liba52, está disponible bajo la Licencia Pública General GNU. FFmpeg y el reproductor multimedia VLC incluyen cada uno código para manejar AC-3.