pcm 48 khz что это
Цифровой аудиоформат 24/192, и почему в нем нет смысла. Часть 2 [Перевод]
Сохранить и прочитать потом —
Прим. перев.: Это перевод второй (из четырех) частей развернутой статьи Кристофера «Монти» Монтгомери (создателя Ogg Free Software и Vorbis) о том, что, по его мнению, является одним из наиболее распространенных и глубоко укоренившихся заблуждений в мире меломанов.
Частота 192 кГц считается вредной
Музыкальные цифровые файлы с частотой 192 кГц не приносят никакой выгоды, но всё же оказывают кое-какое влияние. На практике оказывается, что их качество воспроизведения немного хуже, а во время воспроизведения возникают ультразвуковые волны.
И аудиопреобразователи, и усилители мощности подвержены влиянию искажений, а искажения, как правило, быстро нарастают на высоких и низких частотах. Если один и тот же динамик воспроизводит ультразвук наряду с частотами из слышимого диапазона, то любая нелинейная характеристика будет сдвигать часть ультразвукового диапазона в слышимый спектр в виде неупорядоченных неконтролируемых нелинейных искажений, охватывающих весь слышимый звуковой диапазон. Нелинейность в усилителе мощности приведет к такому же эффекту. Эти эффекты трудно заметить, но тесты подтвердили, что оба вида искажений можно расслышать.
График выше показывает искажения, полученные в результате интермодуляции звука частотой 30 кГц и 33 кГц в теоретическом усилителе с неизменным коэффициентом нелинейных искажений (КНИ) около 0.09%. Искажения видны на протяжении всего спектра, даже на меньших частотах.
Неслышимые ультразвуковые волны способствуют интермодуляционным искажениям в слышимом диапазоне (светло-синяя зона). Системы, не предназначенные для воспроизведения ультразвука, обычно имеют более высокие уровни искажений, около 20 кГц, дополнительно внося вклад в интермодуляцию. Расширение диапазона частот для включения в него ультразвука требует компромиссов, которые уменьшат шум и активность искажений в пределах слышимого спектра, но в любом случае ненужное воспроизведение ультразвуковой составляющей ухудшит качество воспроизведения.
Все эти способы нацелены на решение одной проблемы, но только 4 способ имеет какой-то смысл.
Если вам интересны возможности вашей собственной системы, то нижеследующие сэмплы содержат: звук частотой 30 кГц и 33 кГц в формате 24/96 WAV, более длинную версию в формате FLAC, несколько мелодий и нарезку обычных песен с частотой, приведенной к 24 кГц так, что они полностью попадают в ультразвуковой диапазон от 24 кГц до 46 кГц.
Предположим, что ваша система способна воспроизводить все форматы с частотами дискретизации 96 кГц [6]. При воспроизведении вышеуказанных файлов, вы не должны слышать ничего, ни шума, ни свиста, ни щелчков или каких других звуков. Если вы слышите что-то, то ваша система имеет нелинейную характеристику и вызывает слышимые нелинейные искажения ультразвука. Будьте осторожны при увеличении громкости, если вы попадете в зону цифрового или аналогового ограничения уровня сигнала, даже мягкого, то это может вызвать громкий интермодуляционный шум.
В целом, не факт, что нелинейные искажения от ультразвука будут слышимы на конкретной системе. Вносимые искажения могут быть как незначительны, так и довольно заметны. В любом случае, ультразвуковая составляющая никогда не является достоинством, и во множестве аудиосистем приведет к сильному снижению качества воспроизведения звука. В системах, которым она не вредит, возможность обработки ультразвука можно сохранить, а можно вместо этого пустить ресурс на улучшение качества звучания слышимого диапазона.
Недопонимание процесса дискретизации
Теория дискретизации часто непонятна без контекста обработки сигналов. И неудивительно, что большинство людей, даже гениальные доктора наук в других областях, обычно не понимают её. Также неудивительно, что множество людей даже не осознают, что понимают её неправильно.
Дискретизированные сигналы часто изображают в виде неровной лесенки, как на рисунке выше (красным цветом), которая выглядит как грубое приближение к оригинальному сигналу. Однако такое представление является математически точным, и когда происходит преобразование в аналоговый сигнал, его график становится гладким (голубая линия на рисунке).
Наиболее распространенное заблуждение заключается в том, что, якобы, дискретизация – процесс грубый и приводит к потерям информации. Дискретный сигнал часто изображается как зубчатая, угловатая ступенчатая копия оригинальной идеально гладкой волны. Если вы так считаете, то можете считать, что чем больше частота дискретизации (и чем больше бит на отсчет), тем меньше будут ступеньки и тем точнее будет приближение. Цифровой сигнал будет все больше напоминать по форме аналоговый, пока не примет его форму при частоте дискретизации, стремящейся к бесконечности.
По аналогии, множество людей, не имеющих отношения к цифровой обработке сигналов, взглянув на изображение ниже, скажут: «Фу!» Может показаться, что дискретный сигнал плохо представляет высокие частоты аналоговой волны, или, другими словами, при увеличении частоты звука, качество дискретизации падает, и частотная характеристика ухудшается или становится чувствительной к фазе входного сигнала.
Это только так выглядит. Эти убеждения неверны!
Комментарий от 04.04.2013: В качестве ответа на всю почту, касательно цифровых сигналов и ступенек, которую я получил, покажу реальное поведение цифрового сигнала на реальном оборудовании в нашем видео Digital Show & Tell, поэтому можете не верить мне на слово.
Все сигналы частотой ниже частоты Найквиста (половина частоты дискретизации) в ходе дискретизации будут захвачены идеально и полностью, и бесконечно высокая частота дискретизации для этого не нужна. Дискретизация не влияет на частотную характеристику или фазу. Аналоговый сигнал может быть восстановлен без потерь – таким же гладким и синхронным как оригинальный.
С математикой не поспоришь, но в чем же сложности? Наиболее известной является требование ограничения полосы. Сигналы с частотами выше частоты Найквиста должны быть отфильтрованы перед дискретизацией, чтобы избежать искажения из-за наложения спектров. В роли этого фильтра выступает печально известный сглаживающий фильтр. Подавление помехи дискретизации, на практике, не может пройти идеально, но современные технологии позволяют подойти к идеальному результату очень близко. А мы подошли к избыточной дискретизации.
Частоты дискретизации свыше 48 кГц не имеют отношения к высокой точности воспроизведения аудио, но они необходимы для некоторых современных технологий. Избыточная дискретизация (передискретизация) – наиболее значимая из них [7].
Идея передискретизации проста и изящна. Вы можете помнить из моего видео «Цифровое мультимедиа. Пособие для начинающих гиков», что высокие частоты дискретизации обеспечивают гораздо больший разрыв между высшей частотой, которая нас волнует (20 кГц) и частотой Найквиста (половина частоты дискретизации). Это позволяет пользоваться более простыми и более надежными фильтрами сглаживания и увеличить точность воспроизведения. Это дополнительное пространство между 20 кГц и частотой Найквиста, по существу, просто амортизатор для аналогового фильтра.
На рисунке выше представлены диаграммы из видео «Цифровое мультимедиа. Пособие для начинающих гиков», иллюстрирующие ширину переходной полосы для ЦАП или АЦП при частоте 48 кГц (слева) и 96 кГц (справа).
Это только половина дела, потому что цифровые фильтры имеют меньше практических ограничений в отличие от аналоговых, и мы можем завершить сглаживание с большей точностью и эффективностью. Высокочастотный необработанный сигнал проходит сквозь цифровой сглаживающий фильтр, который не испытывает проблем с размещением переходной полосы фильтра в ограниченном пространстве. После того, как сглаживание завершено, дополнительные дискретные отрезки в амортизирующем пространстве просто откидываются. Воспроизведение передискретизированного сигнала проходит в обратном порядке.
Это означает, что сигналы с низкой частотой дискретизации (44.1 кГц или 48 кГц) могут обладать такой же точностью воспроизведения, гладкостью АЧХ и низким уровнем наложений, как сигналы с частотой дискретизации 192 кГц или выше, но при этом не будет проявляться ни один из их недостатков (ультразвуковые волны, вызывающие интермодуляционные искажения, увеличенный размер файлов). Почти все современные ЦАП и АЦП производят избыточную дискретизацию на очень высоких скоростях, и мало кто об этом знает, потому что это происходит автоматически внутри устройства.
ЦАП и АЦП не всегда умели передискретизировать. Тридцать лет назад некоторые звукозаписывающие консоли использовали для звукозаписи высокие частоты дискретизации, используя только аналоговые фильтры. Этот высокочастотный сигнал потом использовался для создания мастер-дисков. Цифровое сглаживание и децимация (повторная дискретизация с более низкой частотой для CD и DAT) происходили на последнем этапе создания записи. Это могло стать одной из ранних причин, почему частоты дискретизации 96 кГц и 192 кГц стали ассоциироваться с производством профессиональных звукозаписей.
16 бит против 24 бит
Хорошо, теперь мы знаем, что сохранять музыку в формате 192 кГц не имеет смысла. Тема закрыта. Но что насчет 16-битного и 24-битного аудио? Что же лучше?
16-битное аудио с импульсно-кодовой модуляцией действительно не полностью покрывает теоретический динамический звуковой диапазон, который способен слышать человек в идеальных условиях. Также есть (и будут всегда) причины использовать больше 16 бит для записи аудио.
Ни одна из этих причин не имеет отношения к воспроизведению звука – в этой ситуации 24-битное аудио настолько же бесполезно, как и дискретизация на 192 кГц. Хорошей новостью является тот факт, что использование 24-битного квантования не вредит качеству звучания, а просто не делает его хуже и занимает лишнее место.
Примечания к Части 2
6. Многие из систем, которые неспособны воспроизводить сэмплы 96 кГц, не будут отказываться их воспроизводить, а будут незаметно субдискретизировать их до частоты 48 кГц. В этом случае звук не будет воспроизводиться совсем, и на записи ничего не будет, вне зависимости от степени нелинейности системы.
7. Передискретизация – не единственный способ работы с высокими частотами дискретизации в обработке сигналов. Есть несколько теоретических способов получить ограниченный по полосе звук с высокой частотой дискретизации и избежать децимации, даже если позже он будет субдискретизирован для записи на диски. Пока неясно, используются ли такие способы на практике, поскольку разработки большинства профессиональных установок держатся в секрете.
8. Неважно, исторически так сложилось или нет, но многие специалисты сегодня используют высокие разрешения, потому что ошибочно полагают, что звук с сохраненным содержимым за пределами 20 кГц звучит лучше. Прямо как потребители.
Руководство по HD-звуку
Автор: Редакция THG
По материалам: www.thg.ru/video/hd_audio_i/print.html
Когда речь идёт об аудио высокой чёткости (high definition), проигрываемого с плеера Blu-ray на компьютере, многие склонны думать, что наличие интерфейса HDMI на материнской плате или видеокарте автоматически позволяет воспроизводить на телевизоре и домашнем кинотеатре такие форматы аудио высокой чёткости, как Dolby Digital Plus, DTS-HD High Resolution, Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio. Однако за исключением нескольких интересных возможностей, в большинстве случаев это совершенно не так. Даже относительно новые, оснащённые интерфейсом HDMI high-end материнские платы, видеокарты и звуковые карты могут не справиться с такими немалыми потоками звуковых данных самостоятельно. Всё, в конце концов, сводится к тому, какого типа входящий сигнал они могут принять и какой сигнал выдать.
В данном обзоре мы рассмотрим все форматы HD-аудио, их битрейт (поток) и требования по доставке на средство воспроизведения. Во второй части мы продолжим исследовать, как цифровые аудиопотоки могут (или не могут) обрабатываться в типичных компонентах ПК. После прочтения обеих статей, вы должны будете придти к глубокому пониманию того, почему так много пользователей систем домашних кинотеатров используют множество аналоговых кабелей (три для 5.1-канального звука и четыре для 7.1-канального звука) вместо HDMI для передачи многоканального звука туда, куда нужно. Мы расскажем также о некоторых альтернативных решениях, связанных с преобразованием цифрового сигнала в аналоговый в компьютере, а не в ресивере или предусилителе, часто такая опция является наиболее доступной для получения HD-звука оптимального качества. И, наконец, возможно, вы поймёте, почему стоит ещё немного подождать с покупкой плеера Blu-ray для системы домашнего кинотеатра; это позволит вам воспользоваться некоторыми новыми преимуществами, которые должны появиться до конца 2008 года, но пока ещё не совсем готовы (по крайней мере, не были готовы на момент написания данной статьи).
В первой части мы рассмотрим следующие пункты:
Форматы аудио высокой чёткости (HD-аудио)
На диски Blu-ray могут быть записаны звуковые дорожки к фильмам в одном из следующих форматов:
PCM (Linear PCM или LPCM)
Все плееры Blu-ray должны поддерживать формат PCM Audio, чтобы соответствовать спецификации Blu-ray, однако не все диски Blu-ray включают в себя этот формат. Многие сайты с базами данных фильмов предоставляют подробную информацию о дисках Blu-ray, в особенности на сайте Cinema Squid можно найти таблицу («The Audiophile«) характеристик звука различных дисков Blu-ray, где им даётся оценка по шкале от 0 до 100.
В таблице в конце нашей статьи представлена информация по аудио-форматам Blu-ray: звуковые схемы (количество каналов), поддержка SPDIF и HDMI для формата PCM.
Dolby Digital
Все плееры Blu-ray должны поддерживать передачу Dolby Digital на внешний декодер (bitstream). Когда плееры не могут выдать звуковую дорожку Dolby с высоким потоком, они всегда скатываются к звуку, который называется Dolby Digital core. Дело в том, что в данной версии 5.1 Dolby Digital более высокий поток представлен в виде так называемых расширений, которые ресивер может как правильно декодировать, так и нет. Если расширения будут декодированы некорректно, вы всё ещё получите сжатое аудио (bitstream) в формате Dolby Digital 5.1 с максимальным потоком 640 кбит/с.
Характеристика дорожки Dolby Digital для фильмов Blu-ray выглядит следующим образом:
В изначальной спецификации DVD 1997 года не было упоминаний о DTS, поэтому старые DVD-плееры не распознают звуковые дорожки в формате DTS. Все современные DVD-плееры могут внутренне декодировать поток DTS или выводить его на внешний декодер по какому-либо цифровому каналу, однако поток при этом часто снижается до 768 кбит/с. Как и в случае с Dolby Digital, варианты DTS с более высоким потоком построены на DTS core с максимальным потоком 1,5 Мбит/с, так что если расширения декодировать не получится, то базовый звук в формате DTS всё равно будет доступным для обработки или передачи. Если на диске Blu-ray присутствует любая звуковая дорожка DTS, вы можете рассчитывать на базовый уровень звука DTS от плеера Blu-ray.
Характеристика дорожки DTS для фильмов Blu-ray выглядит следующим образом:
Dolby Digital Plus
Только на очень немногих фильмах Blu-ray указано наличие звуковой дорожки DD+, и PowerSquid не даёт такого списка. На самом деле, среди фильмов с заявленной поддержкой DD+ нам удалось найти только несколько, записанных на HD-DVD: A View From Space With Heavenly Music, «Сорвавшийся с цепи/Unleashed» и т.д. Характеристика дорожки DD+ для фильмов Blu-ray выглядит следующим образом:
DTS-HD High Resolution
Являясь альтернативой DD+, формат DTS-HD High Resolution (часто называемый просто DTS-HD HR) представляет собой модернизацию простого DTS (как DD+ по отношению к Dolby Digital), обладая более высоким потоком и улучшенными характеристиками сжатия. Как и в случае с Dolby Digital и DD+, DTS-HD HR кодируется в виде расширений к данным DTS core. Точно так же формат DTS-HD HR опционален для плееров Blu-ray, поэтому многие плееры извлекают только поток DTS на 1,5 Мбит/с и игнорируют расширения. Как и в случае с DD+, изучение HD-треков на коммерческих дисках Blu-ray показало, что студии отказались от обоих этих форматов в пользу оригинального core-формата плюс несжатых версий с высоким потоком: Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio. Очевидно, что они руководствуются поддержкой максимально возможной чёткости на встроенной дорожке 5.1, чтобы оборудование, которое поддерживает несжатый звук, принимало эти потоки, а для другого оборудования предлагать сжатые core-форматы (Dolby Digital и DTS).
Опять же, нам не удалось найти диски Blu-ray с кодированием DTS-HD HR. Хотя некоторые иностранные фильмы HD-DVD от Warner Brothers указывают поддержку данного формата, в обзорах этих дисков говорится, что версии Blu-ray, поддерживающие Dolby TrueHD или DTS-HD Master Audio, обеспечивают гораздо более превосходное качество звука по сравнению с аналогами HD-DVD (например, Ghost Rider). Характеристика дорожки DTS-HD HR в фильмах выглядит следующим образом.
Dolby TrueHD
Dolby TrueHD является одним из первых двух форматов несжатого звука (сжатого без потерь), доступных только для оптических HD-плееров. Несмотря на то, что кодек Dolby TrueHD является опциональным, данный формат широко поддерживается плеерами и дисками Blu-ray (гораздо больше, чем DD+, который часто отсутствует на дисках Blu-ray).
Характеристика дорожки Dolby TrueHD для фильмов Blu-ray выглядит следующим образом:
DTS-HD Master Audio
В соответствии с самой спецификацией DTS-HD, данный формат может включать произвольное количество каналов. Хотя если посмотреть на информацию примерно 700 доступных на данный момент дисков Blu-ray с сопровождением в формате DTS-HD MA, то вы увидите, что большинство обладает 6 (5.1) каналами с частотой дискретизации 48 кГц и разрядностью 24 бит. Вы также найдёте достаточное количество 7.1-канальных дорожек и несколько дисков Blu-ray с 6.1 (и даже 5.0) каналами, где максимальная частота дискретизации составляет 96 кГц для многоканального звука. Максимальный поток для доступных дисков Blu-ray составляет 13,5 Мбит/с (например, фильм «Я легенда/I Am Legend», получивший отличные баллы за качество звука от Blu-ray.com, DVDTown.com и Hi-Def Digest).
Характеристика дорожки DTS-HT Master Audio для фильмов Blu-ray выглядит следующим образом:
Сводная таблица звуковых схем для Blu-ray
Таблица, приведённая ниже, является сводной по форматам PCM/LPCM, Dolby Digital, DTS, Dolby Digital Plus, DTS-HD High Resolution, Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio. В ней также представлена информация о том, может ли SPDIF-кабель обеспечить тот поток, который требуется после декодирования (при максимальных и обычных значениях), а также версии HDMI, которые необходимы передачи для того или иного формата без декодирования (bitstream).
Хорошая новость заключается в том, что если вам удастся каким-то образом сконфигурировать свой ПК так, чтобы вы могли делать следующее, то вы сможете слушать многоканальный объёмный звук высокого разрешения со своего развлекательного центра, даже если ваш ПК (и другие компоненты) не поддерживают HDMI 1.3a.
Чтобы это сделать, нужно поработать с программным обеспечением плеера/декодера Blu-ray и его опциями вывода. Одним словом, как только вы сможете создать поток данных в формате LPCM из Dolby TrueHD или DTS-HD Master Audio и вывести его на ресивер или усилитель, вы сможете декодировать и слушать звук с максимальным качеством, на которое способен ресивер, без потерь чёткости воспроизведения и детализации звука. Как видно из таблицы, это намного больше, чем может обеспечить кабель SPDIF.
Передача многоканального звука на аудио-ресивер
Если у компьютера есть соответствующий программный кодек, он может преобразовывать любой (почти все) из упомянутых форматов Dolby и DTS в сигнал PCM и передавать его в этом формате. Это означает, что ресивер (или предусилитель/препроцессор, который более серьёзные аудиофилы подключают к усилителям) должен выполнить цифро-аналоговое преобразование, а затем усилить сигналы для вывода на колонки. Для этого могут понадобиться от двух колонок для обычного стерео до восьми и более колонок для 7.1-канальных систем. Типичная 7.1-канальная система состоит из центральной колонки, LFE-колонки (канал низкочастотных эффектов, который обеспечивает один или более сабвуферов и добавляет «.1» к обозначениям 5.1 и 7.1), плюс из правой и левой передних и тыловых колонок (5.1), а также правой и левой боковых колонок объёмного звучания (7.1).
Если для вывода аудио с ПК на ресивер используются аналоговые разъёмы, ПК должен сначала декодировать данные в формате Dolby или DTS, а затем преобразовать их из цифрового в аналоговый сигнал, который затем передаётся по трём (5.1) или четырём (7.1) кабелям на ресивер для усиления и вывода на колонки. Эти кабели, как правило, организованы как центральный плюс LFE (два канала), правый и левый передний, правый и левый тыловой, а также правый и левый для объёмного звучания (только для 7.1).
Заключение: если LPCM не будет работать, то мы останемся с Dolby Digital и DTS
Во второй части статьи мы рассмотрим аппаратные и программные компоненты ПК, которые вовлечены в работу со звуковыми потоками высокой чёткости на дисках Blu-ray. Если только у вас нет в распоряжении самого новейшего «железа», то вы, вероятно, не сможете воспользоваться HDMI 1.3a для передачи этих форматов напрямую (bitstream) для внешнего декодирования. Но если ваш ПК может преобразовать один из этих форматов в LPCM, или на диске Blu-ray есть звуковая дорожка в формате LPCM, и вы сможете вывести этот LPCM-поток через HDMI на свой ресивер или предусилитель/препроцессор, то всё у вас будет в порядке. В противном случае, единственным способом вывести многоканальный HD-звук (5.1 и выше) с компьютера на ресивер будет декодирование цифрового аудио в его аналоговый эквивалент в самом компьютере, а затем потребуется использовать три (5.1) или четыре (7.1) аналоговых кабеля, чтобы направить этот звуковой сигнал на ресивер или предусилитель/препроцессор. Подробности читайте в следующей части нашей статьи!
Введение (Часть 2)
Для воспроизведения диска Blu-ray на компьютере требуется несколько компонентов. Кроме того, когда дело доходит до передачи потока звуковых данных с компьютера на другое устройство воспроизведения, такое как high-end ресивер или предусилитель, могут возникнуть интересные проблемы. В этой части нашей статьи мы сначала рассмотрим компоненты, вовлечённые в процесс воспроизведения диска Blu-ray на ПК, а затем обратим внимание на то, как звуковой поток может выйти из компьютера, и какие при этом могут проявиться потенциальные проблемы.
Воспроизведение дисков в формате Blu-ray
Прежде всего, компьютер должен быть оснащён внутренним приводом Blu-ray. Мы не берём в расчёт различные методы подключения игровой приставки Sony PlayStation 3 с плеером Blu-ray в основном потому, что она может обеспечить более надёжную передачу аудио высокой чёткости прямо на ресивер без соединения с компьютером. Обратите внимание, что плееры Blu-ray, подключаемые через USB 2.0, тоже допустимы, поскольку пропускная способность этого интерфейса составляет 480 Мбит/с и может справиться с типичной пропускной способностью дисков Blu-ray, доступной на сегодняшний день (это максимум 45 Мбайт/с или 360 Мбит/с, хотя на сайте Blu-ray.com в пункте 1.7 раздела часто задаваемых вопросов указана максимально возможная для данной технологии скорость передачи в 400 Мбит/с).
Подробную информацию о доступных приводах Blu-ray для ПК можно найти на сайте Blu-ray.com, где приведено много моделей, а также ссылки на приводы производителей.
На момент написания данной статьи нам удалось найти три основных коммерческих продукта, способных работать с дисками Blu-ray, декодируя их аудио- и видеоконтент (см. таблицу). У нас не было возможности подробно сравнить эти программные плееры, поэтому сосредоточимся только на том, что любой из них позволяет воспроизводить диски Blu-ray и декодировать любой содержащийся на них формат аудио высокого разрешения, хотя конечный результат будет также зависеть от дальнейшего пути следования звукового потока.
Производители программных плееров отличаются своими возможностями в этом плане, и несколько игроков не вошли в наш список из-за того, что их продукты вышли позднее или загадочным образом оказались недоступны (особенно это касается Nero и Roxio). Из всех указанных в нашем списке программных плееров наилучший результат мы получили с относительно новым ArcSoft Total Media Theatre, который лучше всех выполнил свою работу по предоставлению нужных форматов на выходе.
Коммерческие плееры/декодеры дисков Blu-Ray и версии HDMI
Защищённые пути прохождения аудио и видео с плеера на дисплей
При прохождении зашифрованного аудио и видео высокого разрешения от плеера до дисплея, все участки на пути прохождения сигнала между источником (плеер Blu-ray) и пунктом назначения (по всей видимости, какой-то телевизор 1080p HDTV или его эквивалент, например, HD-проектор) должны быть защищены. Чтобы в какой-то степени помочь этому процессу со стороны аудио-данных, компания Microsoft разработала спецификацию для драйверов Protected Audio Path (PAP) вовлечённых в эту цепочку компонентов: плееров, материнских плат, видеокарт, звуковых карт и т.д.
Представляем вам схему этого процесса, взятую из опубликованного 16 февраля 2007 года блога Мэтта Райта (Matt Wright) с сайта MissingRemote.com. Идём по пунктам, отвечая на вопрос: «Как плеер Blu-ray подключен к дисплею?».
Вспомним, что такое HDMI
Ниже приведена краткая информация о версиях HDMI
High-Bandwidth Digital Copy Protection (HDCP)
HDCP расшифровывается как High-bandwidth Digital Content Protection и представляет собой технологию защиты цифрового медиаконтента от несанкционированного копирования. Защита HDCP была разработана компанией Intel, а лицензированием занимается её дочернее подразделение Digital Content Protection LLC. Данная технология специально разработана для защиты зашифрованных данных при их прохождении от плеера до дисплея. Форматы Blu-ray и HD DVD требуют наличия защищённого соединения при использовании интерфейсов DVI и HDMI, которые должны поддерживать защиту HDCP на протяжении всей цепочки передачи сигнала.
Основной целью HDCP является предотвращение несанкционированного доступа к цифровому медиаконтенту во время его прохождения от плеера до дисплея. Эту технологию поддерживает большинство крупных киностудий и другие создатели видеоматериалов высокого разрешения. Если какой-либо компонент в цепочке обработки сигнала не поддерживает HDCP, то связи по HDCP между конечными устройствами не произойдёт, и вы не сможете воспроизвести защищённое содержимое, в том числе и диски Blu-ray, которые вы, возможно, хотели посмотреть.
В настоящее время большинство производителей, чьё оборудование может работать с контентом высокого разрешения (телевизионные приставки для кабельного и спутникового телевидения, DVD-плееры, HD-телевизоры (HDTV) и т.д.), предпочитают пользоваться лицензированием HDCP и, как правило, выбирают передачу сигнала через интерфейс HDMI. По этой причине сейчас на рынке можно наблюдать растущее число видеокарт и материнских плат с поддержкой HDMI и HDCP. Кроме того, это объясняет, почему у вас должна быть «правильная» версия HDMI, чтобы вывести HD-звук через ПК: только она обеспечивает нужную комбинацию защиты от копирования и пропускной способности, которая может удовлетворить требованиям HDMI/HDCP.
Сейчас киностудии могут выбирать, использовать флаг ICT или нет, и пока они решили отложить его применение исключительно из практических соображений. Проблема форматов звука высокой чёткости, таких как Dolby Digital Plus, Dolby True HD, DTS-HD High Resolution и DTS-HD Master Audio заключается в том, что только HDMI 1.3 способен распознавать и передавать эти форматы с плеера на следующее звено в цепочке обработки звука без изменений (bitstream). Более старые версии HDMI будут отлично работать с LPCM даже при высоком битрейте, поэтому можно использовать этот вариант в качестве альтернативы: все вышеназванные аудиоформаты декодируются в несжатый звук формата LPCM (по существу, это «чистый» цифровой звук), а затем этот поток выходит из компьютера через HDMI или DVI-I.
Далее по цепочке обработки звука!
После того как сигнал покинул привод Blu-ray, в процесс обработки аудио и видео вступает программный плеер (декодер) Blu-ray от таких компаний, как Arcsoft, Cyberlink или Core (см. Таблицу 2). Если вы решили вывести из компьютера многоканальный звук в аналоговой форме, то ваша звуковая карта станет частью цифро-аналогового преобразования (или D2A), вовлечённого в процесс преобразования одного из HD-форматов Dolby или DTS (Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD, DTS-HD High Resolution, DTS-HD Master Audio) или несжатого потока LPCM в аналоговый сигнал.
В противном случае, придётся передавать цифровой поток от материнской платы, из компьютера, на цифровой ресивер или предусилитель/препроцессор. Существует два интерфейса, по которым цифровой звук может выходить прямо из ПК: HDMI и Sony/Philips Digital Interconnect Format (сокращённо S/PDIF или SPDIF).
Проблемы с интерфейсом SPDIF
В первой части статьи мы касались этой проблемы, однако стоит повторить, что ни один из форматов аудио высокой чёткости Dolby или DTS, как и формат LPCM с высоким закодированным потоком, нельзя благополучно передать по соединению SPDIF (будь то коаксиальная или оптическая реализация). И дело здесь не в самом кабеле, а в том, что максимальный поток SPDIF составляет чуть больше 1,5 Мбит/с, необходимые для передачи звука в простом формате DTS 5.1. И даже технологии, которые могут самостоятельно определять пропускную способность, будут передавать форматы высокого разрешения, если они не превышают пороговое значение, но снизятся до обычного Dolby Digital или DTS, если потребовалась большая пропускная способность. Вот чем объясняется странный феномен, когда звуковое оборудование периодически сообщает о рабочем соединении Dolby TrueHD или DTS-HD Master Audio через интерфейс SPDIF, но в другой раз показывает только Dolby Digital или DTS через тот же самый интерфейс.
Где же компьютеры с интерфейсом HDMI?
Если вы начнёте искать компоненты ПК с интерфейсом HDMI (или его цифровым эквивалентом, таким как DVI-I с поддержкой HDCP, который можно подключить к кабелю HDMI через HDMI-адаптер), то вы найдёте только два типа компонентов: материнские платы и видеокарты.
Для материнских плат, не оснащённых интерфейсом HDMI, как правило, есть два варианта звуковых выходов: аналоговый выход или оптический/коаксиальный SPDIF-разъём. Аналоговый выход может обеспечить 3 двухканальных разъёма mini-RCA для 6-канальных звуковых схем (5.1) или 4 двухканальных разъёма mini-RCA для 8-канальных звуковых схем (7.1).
Сейчас вы понимаете, что аналоговое преобразование на компьютере означает, что вы должны принять то качество звука, которое получилось после обработки декодером; аналоговый сигнал будет просто передан на ресивер или предусилитель/препроцессор для усиления и вывода на колонки. Кроме того, вы должны осознать, что при использовании соединения SPDIF между ПК и ресивером (предусилителем/препроцессором), вы будете ограничены, в лучшем случае, форматом Dolby Digital или традиционным DTS при передаче «родных» цифровых аудиопотоков через этот интерфейс, то есть вы будете лишены возможности передавать с компьютера большие потоки Dolby Digital, DTS или LPCM.
Это внушает надежду, что владельцы компьютеров с соответствующим аппаратным и программным обеспечением и ресиверов (предусилителей/препроцессоров) с необходимым набором функций, смогут наслаждаться звуком высокой чёткости на своих 5.1- или 7.1-канальных системах. Как правило, добиться нужного результата можно только путём экспериментирования, поскольку когда звуковая карта, которая работает с программными кодеками, не может преобразовать многоканальную звуковую дорожку высокой чёткости в её LPCM-эквивалент, то обычно происходит понижающая дискретизация (downsampling) до LPCM 2.0. При попытке воспроизвести HD-аудио вы должны следить за индикаторами на ресивере (предусилителе/препроцессоре) и внимательно слушать исходящий звук.
HDMI через видеокарты и звуковые карты
Иногда порты HDMI (и DVI-I с поддержкой HDCP) можно найти на high-end видеокартах, выпущенных с 2005 года: nVidia 8500, 8600 и более новые чипсеты 8800, а также AMD/ATI 24xx и новее. Если эти видеокарты и позволяют принимать на себя звук для «настоящего» выхода HDMI (то есть видео плюс аудио), то звуковой вход представлен в виде 4-контактного гнезда SPDIF или какого-то другого разъёма SPDIF: RCA для коаксиального, TOSLINK для оптического. Опять же, это ставит современные видеокарты в то же самое невыгодное положение в отношении обработки звука высокого разрешения (чёткости), в котором находятся другие технологии, использующие SPDIF: его пропускной способности просто недостаточно для передачи таких форматов звука, как Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD, DTS-HD High Resolution, DTS-HD Master Audio и LPCM с большим потоком данных.
Каково же место звуковых карт?
Сегодня многие производители говорят о выводе аудиопотока через интерфейс HDMI и о поддержке звука высокой чёткости, однако никто из них не продаёт звуковых карт, способных выводить звук в той форме, которая смогла бы подаваться на HDMI-выход. Компания Asus объявила о выпуске летом 2008 года звуковой карты Xonar HDAV1.3 (модель была продемонстрирована 4 июня на выставке Computex на Тайване; пресс-релиз с интересной информацией о продукте смотрите здесь), а компания Auzentech обещает выпустить звуковую карту с поддержкой HDMI с конца 2006 года. Однако эти компании и другие крупные игроки на рынке звука, такие как Creative, M-Audio и HT Omega, борются с отсутствием стандартного интерфейса для передачи HD-аудио внутри компьютера. Им также приходится как-то сочетать большие звуковые потоки и видео высокого разрешения в едином окружении, отвечающем требованиям защиты HDCP на всех звеньях цепочки обработки сигнала, как того чётко требует спецификация.
Таким образом, звуковая карта Asus Xonar HDAV1.3 обнадёживает поклонников HD-аудио на ПК, желающих выводить звук в формате Dolby TrueHD или DTS Master Audio с плеера Blu-ray компьютера на соответствующим образом оснащённый ресивер, чтобы извлечь максимум преимуществ от 6-8-канального объёмного звука. Звуковая карта Xonar HDAV будет фактически принимать видео через HDMI-вход (предположительно, с видеокарты, оснащённой интерфейсом HDMI), а затем добавлять к потоку HDMI звук высокой чёткости, прежде чем вывести этот поток, объединяющий HD-аудио и видео, через свой HDMI-выход на другое устройство цепи. Интересно, что Asus собирается включить в комплект поставки плеер ArcSoft Total Media Theatre (это стало известно с выставки Computex, и та же самая информация содержится в вышеупомянутом пресс-релизе).
В чём истинная проблема?
Мы обсудили все проблемы с разработчиками кодеков (особая благодарность Майклу Даунсу (Michael Downs) из компании Arcsoft за помощь в обсуждении), с производителями чипсетов (мы разговаривали с представителями компаний nVidia, AMD и FreeScale, а также пытались связаться с сотрудниками Realtek и Intel) и с производителями материнских плат и звуковых карт.
В процессе обсуждения мы начали понимать, что существует три потенциальных решения проблем, связанных с объединением аудио и видео. Однако, несмотря на то, что эти подходы могут удовлетворить требования защиты от копирования, ни один из них не был полностью стандартизирован и не предлагался в качестве законченной технологии, пригодной для коммерческого внедрения на рынок. Разумеется, это относится и к технологии для драйверов Protected Audio Path (PAP) («защищённый путь прохождения аудио») от компании Microsoft, включая процессы сертификации драйверов и программ, которые пока не отработаны.
Ниже мы приведём три упомянутых возможных решения проблем:
На вышеупомянутом сайте Microsoft сказано, что «Protected Audio Path (PAP) представляет собой будущую инициативу по предоставлению возможности шифрования звукового потока через шины, доступные пользователям». Таким образом, по словам Даунса, «спецификации PAP на данной стадии разработки драйверов и ПО можно интерпретировать по-разному». Другими словами, даже точка зрения компании Microsoft по поводу того, как обращаться с HD-звуком, остаётся до конца не ясной.
Спасительная соломинка
Несмотря на все надежды на возможные решения, в ближайшем будущем никаких подвижек не предвидится. Учитывая сроки для обсуждаемых и для уже обещанных к выпуску продуктов, таких как Asus Xonar AV или плата расширения Auzentech HDMI 1.3, по всей видимости, никакие решения по прямой передаче высокопотокового HD-звука с компьютера мы не увидим до осени 2008 года (если не позднее).
Тем временем, для тех, кто пытается заставить работать технологии HDMI и HDCP, ситуация остаётся сложной, запутанной и неопределённой. К сожалению, экспериментирование с имеющимся оборудованием является единственным способом проверить, может ли на самом деле формат LPCM придти на помощь и передать большой поток аудио высокой чёткости с какого-то конкретного ПК на какой-то определённый ресивер или предусилитель/препроцессор. Что касается ситуации в ближайшем будущем, всё будет в большой степени зависеть от компонентов внутри компьютера, результаты будут меняться соответствующим образом, разброс будет тоже высок.
Мы будем тщательно следить за этим интересным, но чаще всего запутанным положением дел и за тем, как будет формироваться какое-то технологическое решение. Если вы заметили, что мы что-то упустили из виду в анализе текущей ситуации, пишите в наш Клуб экспертов по ссылке ниже. Ведь если и есть что-то, требующее доработки, то это плачевное и запутанное состояние звука высокого разрешения в современных компьютерах!