Cd audio формат что это

Цифровой звук в современной аппаратуре для домашнего кинотеатра. Форматы, разновидности

Цифровой звук: форматы, аббревиатуры, разновидности

Цифровой звук: форматы, аббревиатуры, разновидности

Чтобы хоть как-то структурировать данные, мы решили привязать форматы цифрового звука к форматам медиаданных, таких как Audio CD, DVD-Video и так далее. Поскольку тема слишком обширна, рассмотрим в этот раз только те звуковые форматы, которые используются в бытовой аппаратуре. Форматы звука компьютерных игр оставим для одной из следующих статей.

Audio CD

Цифровой звук: Audio CD

Цифровой звук: Audio CD

Описание

Обычный музыкальный компакт-диск. В его основе только один алгоритм кодирования: LPCM, Linear Pulse Code Modulation – линейная импульсно-кодовая модуляция. Формат Audio CD предполагает кодирование двухканального (стерео) звука с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядностью 16 бит с битрейтом 1,4 Мбит/с.

Способы вывода в цифровом виде

Через оптический TosLink, электрический Coaxial, HDMI любой версии.

DVD-Video

Цифровой звук: DVD-Video

Цифровой звук: DVD-Video

Описание

В отличие от музыкального компакт-диска формат DVD-Video подразумевает более развитую аудиосоставляющую, включающую не только стерео, но и многоканальный звук. Однако даже стереозвук кодируется в DVD-Video с более высоким качеством, нежели в Audio CD. Для кодировки также может использоваться формат LPCM, однако с частотой дискретизации 48 кГц и разрешением до 24 бит.

Dolby Digital

Основанная Рэем Долби лаборатория Dolby создала Dolby Digital – пожалуй, самый известный многоканальный звуковой формат современности. В его основе лежит алгоритм сжатия, позволяющий «упаковать» многоканальный полнодиапазонный звуковой сигнал с числом каналов до шести (5.1) в поток с битрейтом до 448 кбит/с. Частота дискретизации – 48 кГц. Справедливости ради стоит упомянуть, что сам по себе формат Dolby Digital позволяет кодировать более «толстые» потоки для получения более качественного звучания (например, на Blu-ray стандартный битрейт Dolby Digital составляет 640 кбит/с), однако для DVD-Video было выбрано именно такое ограничение. Позже был внедрён формат Dolby Digital Surround EX, основным отличием которого от базового Dolby Digital является увеличенное до 7 (6.1) число каналов.

Альтернативный алгоритм кодирования многоканального звука от калифорнийской компании Digital Theater System. Благодаря более эффективному механизму «выжимки» и более высокому битрейту звуковые дорожки в формате DTS традиционно считаются более качественными по звуку по сравнению с таковыми в формате Dolby Digital. Именно поэтому музыкальные DVD-Video (концерты, видеоклипы) предпочтительнее приобретать с DTS-дорожкой. Изначально DTS имел битрейт либо 768 кбит/с, либо 1536 кбит/с, число каналов – до шести (5.1), частоту дискретизации 48 кГц. Позже появились более прогрессивные разновидности DTS – DTS ES с большим (до 8) числом каналов и DTS 96/24, в котором каждый звуковой канал имел параметры 96 кГц / 24 бит. До появления новейших цифровых аудиоформатов высокого разрешения DTS 96/24 являлся очень привлекательным форматом для хранения многоканальных музыкальных записей.

Частота дискретизации 48 кГц, число каналов до 8 (7.1), битрейт – 912 кбит/с. Но долго говорить о формате MP2 не имеет смысла, поскольку в наших широтах DVD с такой звуковой дорожкой встретить очень сложно.

Способы вывода в цифровом виде

Все описанные выше форматы можно передавать через оптический TosLink, электрический Coaxial и HDMI любой версии.

Blu-ray Disk (BD) и HD DVD

Цифровой звук: Blu-ray Disk

Описание

Спецификации Blu-ray и HD DVD подразумевают достаточно широкий перечень аудиоформатов. Большинство из описанных ранее в неё входят, правда, отличаются, как правило, несколько более высокими битрейтами – «синие» носители вполне позволяет такое, да и требования к качеству звука со времён появления DVD выросли. Однако помимо видеоряда высокого разрешения Blu-ray и HD DVD предлагают и совершенно новое звуковое сопровождение – тоже высокого разрешения.

Dolby Digital Plus

Эволюционное развитие Dolby Digital. Число каналов доведено до четырнадцати (13.1), хотя фактически пока используются лишь шесть (5.1) или восемь (7.1), битрейт увеличен до 6 Мбит/с (максимум; на практике – до 3 Мбит/с для HD DVD и 1,7 Мбит/с для Blu-ray).

Dolby TrueHD

В настоящее время является флагманом среди форматов многоканального звука лаборатории Dolby. Используется только на Blu-ray и HD DVD. Как и Dolby Digital Plus, этот формат поддерживает до 14 независимых каналов, однако максимальный битрейт 18 Мбит/с и параметры каждого канала (96 кГц / 24 бит) позволяют получить существенно более качественное звуковое сопровождение.

DTS-HD High Resolution

Аналог Dolby Digital Plus, но применяется иной алгоритм кодирования. Параметры каналов – 96 кГц / 24 бит, число каналов – до восьми (7.1). Максимальный битрейт – 3 или 6 Мбит/с. С точки зрения качества звучания более предпочтителен, нежели Dolby Digital Plus. Применяется тоже исключительно на «синих» дисках нового поколения.

DTS-HD Master Audio

Главное отличие от DTS-HD High Resolution – использование алгоритма сжатия без потерь. Можно сказать, что качество звучания саундтреков, кодированных в DTS-HD Master Audio, соответствует качеству звучания DVD-Audio или даже превосходит его. Максимальный битрейт цифрового потока Master Audio составляет 24,5 Мбит/с. Фактический – до 20 Мбит/с для Blu-ray и до 18 Мбит/с для HD DVD при максимальном количестве каналов – 8 (96 кГц / 24 бит каждый).

Способы вывода в цифровом виде

В отличие от привычных Dolby Digital и DTS, новые форматы Dolby TrueHD и DTS-HD могут выводиться в цифровом виде исключительно через HDMI версии 1.3. Разумеется, соответствующим интерфейсом должен обладать и источник (HD-плеер), и приёмник (AV-ресивер нового поколения либо специализированный декодер). Объясняется данное ограничение тем, что только HDMI v1.3 обладает достаточной пропускной способностью (свыше 10 Гбит/с) для передачи видеоряда и звукового сопровождения в цифровом виде без потерь.

Декодирование ядра

При покупке проигрывателя BD или HD DVD со встроенным декодером аудиоформатов высокого разрешения следует уточнить: происходит ли полноценное декодирование или это так называемая core-обработка сигнала. В инструкциях часто этот процесс переводят как «декодирование ядра». Если такое упоминание обнаружится – знайте: при попытке декодировать Dolby TrueHD и DTS-HD декодер плеера воспроизведёт многоканальный звук, но лишь с качеством стандартных Dolby Digital и DTS. То есть декодирует лишь основу цифрового потока, не затронув области, обеспечивающие тот самый звук высокого разрешения. Помните: полноценное декодирование новых форматов под силу лишь очень немногим HD-плеерам последнего поколения. Такие модели в основной своей массе были анонсированы этой осенью и почти все ещё не поступили в продажу (заявленные сроки – с ноября 2007-го по февраль 2008-го). Большинство продающихся проигрывателей Blu-ray и HD DVD способны декодировать многоканальные потоки Dolby TrueHD и DTS-HD лишь в режиме core. А выводить их по HDMI не могут вовсе, поскольку интерфейс HDMI v1.3 начал появляться лишь в самых новых моделях (предыдущие версии HDMI таких операций производить не позволяли).

Источник

Все о форматах CD, HDCD и SACD Audio Disc

Формат аудио CD

Компакт-диск положил начало цифровой революции в области аудио, компьютерных игр, приложений для хранения ПК, а также внес свой вклад в разработку DVD. Sony и Philips совместно владеют патентами на разработку технологии CD и CD-плеера.

Хотя музыка записывается на компакт-диск в цифровом виде, первоначальная запись и микширование могут фактически быть комбинацией как аналоговых, так и цифровых процессов.

В лонжероны коды для компакт — дисков были:

В дополнение к предварительно записанному аудио, компакт-диски могут также использоваться в нескольких других приложениях:

HDCD — это вариант стандарта аудио CD, который расширяет аудиоинформацию, хранящуюся в сигнале CD, на 4 бита ( диски основаны на 16-битной аудио технологии ) до 20 бит, HDCD может расширить звуковую емкость современной технологии CD до новых стандартов, но все еще включенные, CDCD-закодированные CD-диски для воспроизведения на CD-проигрывателях не-HDCD (не HDCD-проигрыватели просто игнорируют лишние «биты») без какого-либо увеличения стоимости программного обеспечения для CD. Кроме того, как побочный продукт более точной схемы фильтрации в чипах HDCD, даже «обычные» компакт-диски будут звучать полнее и естественнее на CD-проигрывателе, оснащенном HDCD.

HDCD был первоначально разработан Pacific Microsonics, а позже стал собственностью Microsoft. Первый диск HDCD был выпущен в 1995 году, и хотя он никогда не превосходил формат Redbook CD, было выпущено более 5000 наименований ( ознакомьтесь с частичным списком ).

При покупке музыкальных компакт-дисков ищите инициалы HDCD на оборотной стороне или внутренней упаковке. Тем не менее, существует много выпусков, которые могут не включать ярлык HDCD, но могут быть и дисками HDCD. Если у вас есть CD-плеер с функцией декодирования HDCD, он автоматически обнаружит его и предоставит дополнительные преимущества.

HDCD также упоминается как компактный цифровой диск высокой четкости, компактный цифровой диск высокой четкости.

Проигрыватели компакт-дисков не могут воспроизводить диски SACD, но проигрыватели SACD имеют обратную совместимость с обычными компакт-дисками, а некоторые диски SACD представляют собой двухслойные диски с контентом PCM, которые можно воспроизводить на стандартных проигрывателях компакт-дисков. Другими словами, один и тот же диск может содержать версии записанного контента на CD и SACD. Это означает, что вы можете инвестировать в двухформатные SACD для воспроизведения на своем текущем CD-проигрывателе, а затем получить доступ к содержимому SACD на том же диске позже на SACD-совместимом проигрывателе.

Следует отметить, что не все диски SACD имеют стандартный слой CD. Это означает, что вы должны проверить этикетку диска, чтобы увидеть, может ли определенный диск SACD воспроизводиться на стандартном проигрывателе компакт-дисков.

Некоторые проигрыватели DVD, Blu-ray и Ultra HD дисков более высокого класса также могут воспроизводить диски SACD.

SACD могут поставляться в двухканальной или многоканальной версиях. В тех случаях, когда SACD также имеет версию CD на диске, CD всегда будет двухканальным, но уровень SACD может быть двух- или многоканальной версией.

SACD также называется Super Audio CD, Super Audio Compact Disc, SA-CD.

Источник

Как Hi-Res записи деградируют в CD-формате — объясняем на пальцах

Только ли в битах и килогерцах дело?

Как Hi-Res записи деградируют в CD-формате — объясняем на пальцах

Только ли в битах и килогерцах дело?

Компакт-диску в следующем году исполнится 40 лет. За этот немалый период любители музыки и коллекционеры фонограмм прошли долгий путь от практически детского восторга на старте, когда, поддавшись эмоциям, многие меломаны распродавали свои коллекции винила, заменяя их вожделенными серебристыми кружочками, “которые не шумели в паузах”, до пришедшего позже понимания недостатков формата. В результате часть филофонистов вернулась к винилу, что в итоге породило виниловый ренессанс, а другая часть занялась совершенствованием аппаратуры для воспроизведения компактов, в надежде таким образом скомпенсировать проблемы формата как такового. Сможет ли приобретающее всё большую популярность аудио высокого разрешения (Hi-Res) дать второе дыхание “цифре”?

Сразу расставим точки над i с исторической точностью – стандарт Red Book, разработанный компаниями Philips и Sony и в рамках которого был описан формат компакт-диска, был представлен в 1980 году, а в 1982 году компания Philips представила первый серийный проигрыватель таких дисков. То есть, в следующем году исполнится 40 лет с момента, когда цифровое аудио шагнуло в народ. Впрочем, сути дела это никак не меняет.

Сегодня нас в большей степени интересует аудио высокого разрешения. Так что же это такое? Строгого определения Hi Res не существует. Ассоциация JEITA (Японская Ассоциация Индустрии Электроники и Информационных Технологий) определяет CD и аудио стандартного разрешения как цифровой поток с разрядностью 16 бит и частотой дискретизации до 48 кГц включительно (напомним, что Red Book для формата CD-DA жестко фиксирует частоту дискретизации на уровне 44,1 кГц). Соответственно, всё, что оцифровано с более высокими параметрами, называется аудио высокого разрешения (High Resolution или Hi-Res). Поэтому при упоминании Hi Res всегда нужно делать оговорку, о каком конкретно разрешении идёт речь.

Причем, до сих пор мы говорили о формате оцифровки аналогового сигнала PCM (Pulse Code Modulation – импульсно-кодовая модуляция), который и определен для компакт-диска в Red Boook. Но позже теми же компаниями Sony и Philips был предложен однобитовый потоковый формат DSD (Direct Stream Digital), использующий плотностно-импульсную модуляцию. Формат подразумевает дискретизацию с существенно большей частотой – минимум – 2,8224 МГц, что в 64 раза больше, чем у компакт-диска (DSD64), кроме того, есть варианты DSD128, DSD256 и DSD512 с ещё более высокими частотами дискретизации. При этом, разрядность оцифровки составляет всего один бит. Но с форматом DSD в контексте сегодняшнего разговора проще – он изначально является форматом Hi-Rez аудио и используется для издания дисков высокого разрешения SACD.

Откуда берется аудио высокого разрешения?

Случаи народного творчества по оцифровке аналоговых носителей (виниловых пластинок или магнитных лент) или, не дай бог, апскейла компакт-дисков мы сейчас рассматривать не будем. В иных случаях аудио высокого разрешения появляется из студий мастеринга, где готовятся различные издания альбома или трека (винил, компакт-диск, файлы для стриминга и так далее). И здесь важно определить место Hi Res аудио в производственной цепочке. Не секрет, что в большинстве случаев изначально музыканты пишутся “в цифре” – с таким материалом намного удобнее работать звукоинженерам при сведении, постобработке и мастеринге. Случаи, когда всё по старинке делается “в аналоге”, а вместо компьютеров используются огромные многодорожечные катушечные магнитофоны и аналоговые пульты, бывают, но это – редкие исключения.

Так вот – пишутся музыканты именно в Hi-Res, поскольку для последующего сведения и мастеринга без ущерба для качества звучания высокое разрешение подходит как нельзя кстати. То есть, в результате сведения и мастеринга на свет появляется итоговый микс в высоком разрешении. Часто этот материал имеет параметры 24 бит / 96 кГц, но обычно студии используют лишь увеличенную до 24 бит разрядность, не повышая частоту дискретизации – тогда на выходе будет аудио с параметрами 24 бит / 44,1 кГц. Затем на основе этого “корневого” микса делаются варианты для записи на винил, компакт-диск, MP3 и других форматов со сжатием с потерями. То есть, этот исходный микс является своеобразным краеугольным камнем записи – лучшим её вариантом по качеству звучания, неким аналогом мастер-ленты при аналоговом мастеринге. И, напомним, этот микс записан в высоком разрешении.

Услышать разницу

Последствия конвертации

Причины первого типа носят объективный характер – это последствия понижения разрядности и частоты дискретизации. К примеру, чтобы снизить частоту выборки с 96 кГц до 44,1 кГц (ситуацию осложняет тот факт, что это некратные частоты) приходится пересчитывать под новую сетку весь сигнал, в том числе и в слышимом спектре частот. Понижение разрядности приводит к загрублению формы сигнала – вместо гладкого синуса (например) получаем его ступенчатую аппроксимацию. Известны различные способы борьбы и с тем, и с другим эффектом. Как правило, это достигается различной цифровой фильтрацией и подмешиванием шума (noise shaping). Подобные вмешательства позволяют скомпенсировать огрехи даунсемплинга, но, как легко догадаться, качества звучания совсем не прибавляют.

На потребу публике

Второй тип по сути рукотворен. К этому типу мы отнесем все “улучшения” и “оптимизации”, которые проводятся с определенными целями при подготовке издания на конкретном носителе. К примеру, с определенного момента музыкальные продюсеры решили “оптимизировать” компакт-диск для воспроизведения на массовой технике – музыкальных центрах, штатных автомобильных аудиосистемах и смартфонах с самыми простыми наушниками-затычками. Такая оптимизация заключалась в активном использовании звуковых компрессоров и лимитеров, которые фактически сжимают динамический диапазон – отсекают пиковые сигналы, а средний уровень музыкального материала подтягивают к уровню 0 дБ.

В результате получаются очень громкие и бодрые фонограммы, которые на не слишком качественной технике действительно звучат выигрышно. Но достаточно послушать диск с такой записью на системе High End (да и просто на качественной Hi-Fi аппаратуре), как вы заметите, что запись утратила эмоциональность и ясность, потеряла объем и жизнь. Но что могут противопоставить малочисленные аудиофилы со своими дорогущими стереосистемами армии, вооруженной смартфонами с затычками? Доля первых находится в пределах статистической погрешности. В результате сегодня за очень редким исключением все издания на компакт-дисках, как новые записи, так и ремастеры старых альбомов, делаются с компрессией динамики. Одна надежда остается на Hi-Res, если, конечно, окажется доступен тот самый – исходный микс, а не его “адаптированная” версия. Ведь никто не может помешать продюсеру издания “улучшить” и материал в высоком разрешении тоже.

Источник

Путеводитель по аудио форматам (часть 1)

CD-Audio

Если говорить о первом стандарте цифрового звука, который в буквальном смысле совершил прорыв в сознании людей, то несомненно это будет стандарт CD-Audio, с которого по большому счету и началась эра всепоглощающего проникновения цифрового звука в нашу повседневную жизнь.
Музыкальный компакт-диск, он же CD-Audio, был изобретен, стандартизирован и введен в обращение в начале 80-х фирмами Sony и Philips. Основными характеристиками цифрового звука, заложенными в этот стандарт, стали частота дискретизации 44.1 кГц и 16-битное представление амплитуды сигнала. Выбор подобной частоты дискретизации был обусловлен необходимостью обеспечить совместимость с разработанными ранее аудиосистемами, работавшими с видеокассетами.
Первым и несомненным плюсом разработанного компакт-диска стала беспрецедентная долговечность. Ни один более ранний носитель, например магнитофонные ленты или пластинки, не мог сравниться с ним по этому показателю. Отсутствие механического контакта между диском и считывающим устройством позволяло эксплуатировать компакт-диски по несколько раз в день и делать это годами. Даже появление небольших царапин никогда больше не досаждало пользователю растущим уровнем шумов и дефектов.
Вторым плюсом стали более компактные размеры диска, что значительно упрощало эксплуатацию нового носителя. Появилась возможность привнести новый стандарт в салон автомобиля, так как все попытки конструкторов использовать в серийных масштабах в салоне автомобиля звуковую аппаратуру высокого класса (большие катушечные магнитофоны и виниловые проигрыватели) окончились неудачей.
Еще одним пунктом превосходства Audio CD над винилом стало качество звучания. В 1980 году «прогрессивность» нового формата был заявлена величинами динамического диапазона сигнала и отношения сигнал/шум — более 90 дБ, что вместе с искажениями менее 0,01 % означало крах виниловой пластинки.
Однако, у компакт-диска был и один недостаток, замеченный чуть позже. Верхняя частота диапазона воспроизведения компакт-диска была равна половине его частоты дискретизации, то есть 22.05 кГц, в то время как у аналоговых носителей этот показатель был гораздо выше. И хотя частоты выше 19-20 кГц уже относятся к ультразвуку и относятся к «неслышимым», обертональные составляющие большинства акустических инструментов лежат именно в этой так называемой «неслышимой» области и оказывают влияние на впечатление от прослушивания. Если их нет, запись кажется «неживой».

SHM-CD (Super High Material CD) — является улучшенной версией обычного звукового компакт-диска и имеет расширенные возможности по улучшению качества звука за счет использования специального поликарбонатного пластика. При изготовлении дисков использован процесс, разработанный компаниями JVC и Universal Music (Япония), который был выявлен в ходе исследований в области производства ЖК-дисплеев. SHM-CD использует повышенную прозрачность пластика, что позволяет более точно считывать данные с компакт диска. Диски SHM-CD полностью совместимы со стандартными CD-приводами. Формат представлен на рынок в 2008 году.

Gold CD

Gold CD (Gold Compact Disc) – золотой компакт-диск, отличается использованием золота в качестве материала для отражающего покрытия вместо алюминия и серебра, как на обычных CD и CD-R. Благодаря своим физическим и химическим свойствам золотой слой более равномерен и долговечен, обеспечивает тем самым более высокую точность воспроизведения из-за меньшего количества ошибок. Диски Gold CD полностью совместимы со стандартными CD-приводами.
Еще одна отличительная черта Gold CD – упаковка. Почти все золотые диски в том числе от Mobile Fidelity, упаковываются в кейс lift-lock, в котором при открытии диск поднимается на лифте и разблокируется в держателе. Преимуществом такой конструкции является то, что только края диска задействованы при извлечении его из корпуса, и диск никогда не подвергается деформации.

XRCD

K2HD CD

HQCD

QCD (Высококачественный Компакт-диск) формат достигает высококачественного аудио с помощью пластмассы поликарбоната с улучшенной прозрачностью, позволяющая более точное чтение данных компакт-диска. Кроме того, специальный сплав серебряного покрытия используется, как материал рефлексивного слоя вместо стандартного алюминия. Диск совершенно новый и запечатанный, полный OBI, роскошная упаковка включает защитный пластмассовый внешний корпус и дополнительный буклет.

DXD CD

BLU-SPEC CD

НОВЫЙ НОСИТЕЛЬ ОТ SONY (ultra high quality sound)
Новые диски получили название Blu-spec CD и пришли на смену обычным музыкальным компакт дискам. Отличие новой спецификации заключается только в том, что для изготовления используется не красный лазер с большой длиной волны, а синий. Это позволяет получать более качественный прожиг питов, что повысит аккуратность считывания информации и улучшит звучание. В остальном диски окажутся точно такими же и смогут проигрываться на том же оборудовании.
Для Sony подобные новшества нужны, чтобы убрать с производственных линий устаревшие красные лазеры и выпускать Blu-spec CD на том же оборудовании, что и Blu-ray диски. Экономия для компании очевидна. А вот пользователям рассчитывать на низкие цены на новый формат не приходится.
Планируется, что Sony Music Entertainment будет выпускать такие альбомы с названием новых носителей Blu-spec CD
* все перечисленные выше форматы поддерживаются CD приводами.

SACD

Super Audio CD (SACD) — неперезаписываемый оптический аудиодиск, позволяющий хранить аудиоданные со значительно более высоким качеством, по сравнению с обычным CDDA-диском. Разработан компаниями Sony и Philips в 1999 году.
Особенности SACD-дисков
Запись на SACD-диске может содержать от 1 до 6 звуковых каналов.
Для воспроизведения SACD требуется специальный проигрыватель, совместимый с этим форматом. Однако на SACD-диске может содержаться дополнительный CD-слой (только стерео) для совместимости с обычными проигрывателями, такие диски называются гибридными (англ. Hybrid SACD) и их можно слушать на любых обычных проигрывателях компакт-дисков. Примерно половина выпущенных SACD-дисков являются гибридными.
Продолжительность звучания Super Audio CD может достигать 109 минут при условии, что он содержит две SACD-зоны с разными параметрами записи (например, 2.0 и 5.1). При использовании только одной SACD-зоны продолжительность звучания превышает 2 часа.
Ёмкость диска SACD увеличилась в 6 раз за счёт уменьшения длины волны излучения лазера и увеличения апертуры объектива. Благодаря этому диаметр считывающего пятна света уменьшился до 1 мкм. Это, в свою очередь, позволило уменьшить размеры питов, интервалов между ними и шаг дорожки.
Для дисков SACD в качестве материала отражающих слоёв используется золото (в отличие от CD-DA, где используется алюминий; хотя встречаются и «золотые» CD, чаще всего для подарочных и коллекционных изданий — из-за своего «богатого» внешнего вида).
Описание формата:
Гибридный SACD содержит слой данных высокой плотности с потоком DSD и стандартный слой CD
Особенности кодирования:
При записи SACD-дисков используется однобитный цифровой формат записи Direct Stream Digital (DSD), обеспечивающий более высокое качество звучания, по сравнению с обычным CD, благодаря более высокой частоте семплирования (до 2,8224 МГц).
Действительно, хотя повышение разрядности и частоты дискретизации PCM-систем реально улучшали качество звука, эти улучшения становились все менее значительными. Очевидна и причина этого — фильтрация. В PCM-системе на входе необходимы фильтры с очень крутой характеристикой, чтобы подавить частоты, равные половине частоты выборки или превышающие ее. При частоте выборки 44,1 кГц фильтры типа «кирпичная стена» должны пропускать частоту 20 кГц и при этом отсекать частоту 22,05 кГц — задача не самая легкая. Кроме того, при записи и воспроизведении неизменно добавляются шумы квантования.
Каждое увеличение частоты выборки облегчает работу для фильтра, но простым увеличением частоты не решить проблемы появления шумов квантования при многоступенчатых процессах аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований.
Однобитный формат записи — это прямая запись однобитного выходного сигнала с АЦП типа дельта-сигма, причем этот сигнал имеет замечательные характеристики: динамический диапазон более 120 дБ, частотная характеристика от 0 до 100 кГц. При таком сочетании частотной характеристики и динамического диапазона формат DSD не имеет соперников среди других записывающих систем, цифровых или аналоговых.
Запись напрямую такого однобитного сигнала является альтернативой существующим форматам мастер-записи. Подобная запись устраняет необходимость процессов децимации и интерполяции для аналогового ввода/вывода. При этом упрощается структура (блок-схема) записывающей системы, поскольку исчезают параллельные информационные связи многоразрядных цифровых слов и необходимость их синхронизации.
Как и в обычных PCM-системах, аналоговый сигнал сначала конвертируется в цифровой с помощью дельта-сигма модуляции при частоте дискретизации в 64 раза большей, чем номинальная частота дискретизации. Но DSD записывает одноразрядные импульсы напрямую, тогда как обычные системы затем преобразуют одноразрядный сигнал в многоразрядный PCM-код. В результате DSD дает цифровое одноразрядное представление аудиосигнала. Положительное изменение амплитуды будет представлено всеми «1». Отрицательное — всеми «0». Нулевая точка будет представлена сменой двоичного числа. Поскольку значение амплитуды аналогового сигнала в каждый момент представлено в виде плотности импульсов, этот метод иногда называют Pulse Density Modulation (PDM).
Полученный таким образом поток импульсов имеет примечательные свойства. Как и PCM, DSD по своей природе устойчив к искажениям, шуму и детонации записывающей аппаратуры и передающих каналов. Но, в отличие от PCM, DSD, как принцип преобразования, гораздо ближе к аналоговой передаче сигнала. Цифро-аналоговое преобразование может быть легко получено с помощью аналогового низкочастотного фильтра.
Поток дельта-сигма импульсов является достаточно «шумным». Сверхвысокое отношение сигнал/шум, которого требует DSD в звуковом диапазоне, достигается с помощью шумоподавляющих фильтров пятого порядка, что эффективно сдвигает шумы вверх по частоте за пределы звукового диапазона. Шумоустойчивость:
Действительно, хотя повышение разрядности и частоты дискретизации PCM-систем реально улучшали качество звука, эти улучшения становились все менее значительными. Очевидна и причина этого — фильтрация. В PCM-системе на входе необходимы фильтры с очень крутой характеристикой, чтобы подавить частоты, равные половине частоты выборки или превышающие ее. При частоте выборки 44,1 кГц фильтры типа «кирпичная стена» должны пропускать частоту 20 кГц и при этом отсекать частоту 22,05 кГц — задача не самая легкая. Кроме того, при записи и воспроизведении неизменно добавляются шумы квантования. К тому же семплирование на частоте Найквиста приводит к значительному сдвигу между фазовой и частотной характеристиками фильтров в верхней четверти частотного диапазона. В однобитной системе, напротив, фазовая характеристика в верхней части звукового спектра не подвержена воздействию фильтра типа «кирпичная стена». Этот аспект особенно важен, когда система цифровой обработки является частью петли обратной связи, потому что в этом случае сдвиг фазы меньше, а стабильность системы и достоверность звучания выше.
Другой особенностью этого формата является его поведение в условиях возможной перегрузки. Одноразрядные кодеры высокого порядка должны иметь возможность управления перегрузкой, чтобы не пострадала стабильность. Это обеспечивается с помощью выбора соответствующей передаточной характеристики. Одноразрядный формат не дает, в отличие от многоразрядного, эффектов aliasing и clipping при перегрузках.
Устойчивость к ошибкам:
Поскольку любой бит одноразрядного формата несет одно и то же количество информации, эффект каждой ошибки не зависит от того, какой бит является ошибочным. В этом одноразрядный формат выгодно отличается от многоразрядного кодирования, в котором ошибка в старшем значащем бите (MSB) сказывается в (L — длина слова) больше, чем ошибка в младшем значащем бите (LSB). Для 20-битной системы записи это означает, что ошибка в MSB скажется примерно в 1 млн раз больше, чем в LSB.
Системы опережающей коррекции ошибок (такие, как используются в формате CD) исходят из предположения, что все биты имеют одинаковый информационный вес, поэтому они одинаково защищают каждый бит. Для аудиосигнала это не подходит, поэтому страдает эффективность таких систем — младшие значащие биты получают избыточную защиту, а старшие значащие биты не получают достаточной защиты. Более того, эффект от ошибок не является пропорциональным, так как зависит от того, в каком бите произошла ошибка. Это приводит к быстрой деградации сигнала при превышении определенного уровня плотности ошибок.
Фактически, максимальный эффект от каждой отдельной ошибки — это функция частоты избыточной дискретизации. эффект от ошибки обратно пропорционален коэффициенту избыточной дискретизации. Например, если коэффициент 64, ошибка, вносимая одним битом, будет примерно 1/64 максимального уровня, то есть ее уровень на 36 дБ меньше максимального уровня сигнала на выходе.

Источник