| Ο Ηχος στον Οικιακό
κινηματογράφο |
 |
1. Τα πρώτα βήματα
(1926-1941)
2. Τα συστήματα τεσσάρων καναλιών και οι
απαρχές του οικιακού κινηματογράφου
3. Τα
αναλογικά συστήματα της Dolby: Dolby Suround και Dolby Pro
Logic
4. O codec AC-3
και το Dolby Digital
5.
Eναλλακτικές λύσεις: Τα codecs ΜPEG και o Coherent Acoustics
της DTS
6. Περισσότερα κανάλια: Τα συστήματα
6.1 και 7.1, Dolby EX 6.1/7.1 και DTS-ES/ES Discrete
6.1
7. Surround από το πουθενά: Tα συστήματα
ψευδο-surround, Dolby Pro Logic II/IIx και DTS
Neo:6
8. Η Μυστηριώδης Υπόθεσις
"ΤΗΧ" |
|
|
Αν και τα αναλογικά συστήματα μήτρας
προσφέρουν πολύ καλή ποιότητα τόσο στην αίθουσα (Dolby Surround) όσο
και στο σπίτι (Pro Logic), δεν είναι και πολλά τα βήματα που είναι
δυνατόν να γίνουν πρός αυτή την κατεύθυνση με βάση την συγκεκριμένη
τεχνολογία. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με το ότι η ηχητική μπάντα
του κινηματογραφικού φίλμ δεν μπορεί να φιλοξενήσει περισσότερα των
δύο αναλογικών τράκς, χωρίς σοβαρά προβλήματα ποιότητας, οπότε δεν
είναι δυνατή η χρήση πολυκαναλικών αναλογικών εγγραφών, μας οδηγεί
με βεβαιότητα στην υιοθέτηση της ψηφιακής τεχνολογίας. Ωστόσο, μη
παραιτούμενοι από την ανάγκη για υψηλή πιστότητα, ο όγκος των
πληροφοριών που απαιτείται για τέσσερα (για παράδειγμα) ψηφιακά
κανάλια pcm δεν είναι αμελητέος. Ως εκ τούτου η βάση της
"νέας" τεχνολογίας υπήρξε μονοσήματα ορισμένη και βασιζόταν στην
συμπίεση των δεδομένων πριν την εγγραφή τους στο φίλμ, ανάμεσα στις
οπές οδήγησης του φίλμ (sprocket holes). Η ιστορία της συμπίεσης σε
ότι αφορά τα εργαστήρια Dolby, ξεκινά το 1985 με την παρουσίαση
του AC-1. Eπρόκειτο για έναν αλγόριθμο
απωλεστικής συμπίεσης, βασισμένο στην τεχνολογία ΑDM (Adaptive Delta
Sigma Modulation, κωδικοποίηση δηλαδή της διαφοράς κάθε δείγματος
και όχι της απόλυτης τιμής του) και υποβοηθούμενο από τεχνικές που
προέρχονταν από τα συστήματα αποθορυβοποίησης της εταιρίας. Το
AC-1 χρησιμοποιήθηκε από το ABC (Australian Broadcasting
Corporation) σε δορυφορικές εκπομπές. Η συμπίεση που προσέφερε
άγγιζε τα 220kbps για κάθε κανάλι, μια τιμή απόλυτα ικανοποιητική
για την εποχή (που με τα σημερινά δεδομένα φαντάζει κάπως...
μικρή).
Σημαντικά καλύτερος σε θέματα συμπίεσης υπήρξε και
o AC-2, που προσέφερε 128kbps για κάθε
κανάλι. Στον αλγόριθμο αυτόν εμφανίζεται για πρώτη φορά και η
τεχνική επεξεργασίας στο πεδίο της συχνότητας με τράπεζες φίλτρων
και στοιχειώδη φάσματα που συναντάμε από τότε όλο και πιο συχνά σε
παρόμοιους αλγόριθμους. Οι επιδόσεις του AC-2 σε επίπεδο
ποιότητας ήταν τόσο καλές ώστε χρησιμοποιήθηκε σε δύο επαγγελματικές
εφαρμογές, το Dolby FAX (για την διασύνδεση απομακρυσμένων στούντιο
και εγγραφές σε πραγματικό χρόνο) και το Dolby DSTL για την σύνδεση
στούντιο και πομπών ραδιοφωνικών σταθμών.
Tα πρώτα βήματα του
AC-3 έγιναν κάτω από την προστασία της εντόνως
αμφισβητούμενης (τότε) τηλεόροασης υψηλής ευκρίνειας. Το
1987 οι δημοσιευμένες προδιαγραφές για τον ήχο της HDTV προέβλεπαν
τέσσερα κανάλια κωδικοποιημένα με την γνωστή τεχνολογία μήτρας και
μοιρασμένα σε δύο ψηφιακά κανάλια πρός εκπομπή με ροή δεδομένων
κυμαινόμενη από τα 32kbps μέχρι τα 640kbps. Το 1990 (τρία χρόνια
μετά!) οι προδιαγραφές άλλαξαν και οι απαιτήσεις αναφέρονταν για
πρώτη φορά στην ιστορία του οικιακού πολυκαναλικού ήχου σε "τέσσερα
ή και περισσότερα διακριτά κανάλια ήχου". Τα γνωστά προβλήματα
παγκόσμιας αποδοχής του φορμά ΗDTV δεν επέτρεψαν, πάντως, στον
αλγόριθμο AC-3 να γίνει γνωστός "από την τηλεόραση".
Ετσι,τον Ιούνιο του 1992, το AC-3 έφτασε στα αυτιά
των ακροατών μέσω της κινηματογραφικής αίθουσας. Από το σημείο αυτό,
μέχρι τους οικιακούς μας χώρους η πορεία ήταν πολύ γρήγορη, πρώτα με
όχημα το Laser Disc και κατόπιν μέσω του DVD-Video. Ωστόσο, ένας
αλγόριθμος συμπίεσης δεν αρκεί για να δημιουργηθεί ένα προιόν, πόσο
μάλλον μια ολόκληρη νέα τεχνολογία στον χώρο των καταναλωτικών
ηλεκτρονικών. Για την είσοδο του ψηφιακού πολυκαναλικού ήχου,
στο σπίτι απαιτήθηκε από την Dolby η δημιουργία μιας ολόκληρης
πλατφόρμας. |
 |
 |
| To Star Trek
6 ήταν η πρώτη ταινία η οποία προβλήθηκε δοκιμαστικά με ήχο
Dolby Digital το 1991, σε ελάχιστες αίθουσες. |
Ενα χρόνο
αργότερα, το 1992, έγινε η πρώτη επίσημη προβολή ταινίας Dolby
Digital, το Batman Returns.
| |
Από τα ήδη γραφέντα, θα έχει γίνει
προφανές ότι το AC-3 ουδέποτε υπήρξε σύστημα οικιακού πολυκαναλικού
ήχου. Αντίθετα υπήρξε η προδιαγραφή συμπίεσης των ψηφιακών
σημάτων που αποτελεί τον πυρήνα του συστήματος ψηφιακού
πολυκαναλικού ήχου που είναι γνωστό με το όνομα Dolby Digital. To
σύστημα αυτό περιλαμβάνει μια σειρά από χαρακτηριστικά που
καθορίζουν πέραν των συμβατικών δυνατοτήτων και μια σειρά από
σημαντικές δυνατότητες που διαφοροποιούν την πλατφόρμα από τους
αναλογικούς συγγενείς της:
Πλήρης Συμβατότητα
πρός τις προηγούμενες τεχνολογίες όπως εξασφαλίζεται από την
δυνατότητα αυτόματης αναγνώρισης του προγράμματος ώστε ο
αποκωδικοποιητής να ρυθμίζεται ανάλογα. Η συμβατότητα εκτείνεται από
το απλό μονοφωνικό σήμα, μέχρι το στερεοφωνικό δικάναλο και το
δικάναλο matrixed.
Δυνατότητα Μίξης (Mixdown)
των διακριτών καναλιών για την δημιουργία κάθε συνδυασμού. Οι
αποκωδικοποιητές Dolby Digital μπορούν να σχεδιαστούν έτσι ώστε
εκμεταλλευόμενοι τα διακριτά κανάλια που προσφέρει το φορμά να
δημιουργούν δικάναλες μίξεις (στερεοφωνικές ή μήτρας για χρήση σε
συστήματα Dolby Pro Logic) ή και μονοφωνική
μίξη.
Διαχείριση της ακουστότητας (loudness) του
προγράμματος. Η κωδικοποίηση γίνεται με τέτοιον τρόπο ώστε
η ακουστότητα με βάση τους διαλόγους να διατηρείται ανάμεσα σε
διαφορετικές πηγές.
Διαχείριση της Δυναμικής
Περιοχής. Η κωδικοποίηση του προγράμματος περιλαμβάνει
στοιχεία για την συμπίεσή του έτσι ώστε σε χαμηλές εντάσεις να
διατηρούνται οι πληροφορίες χαμηλής στάθμης (κάτι που χρησιμοποιήται
στα γνωστά night modes των ενισχυτών av).
Διαχείριση των χαμηλών
συχνοτήτων (bass management). Ο χρήστης μπορεί να "μοιράσει" την
περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων σε όσα και όποια ηχεία του συστήματος
είναι κατάλληλα. |
 |
To διάγραμμα βαθμίδων ενός κωδικοποιητή
AC-3 | |
Η καρδιά του Dolby Digital είναι φυσικά η
λειτουργία του αλγόριθμου AC-3. Ο εν λόγω αλγόριθμος ανήκει
στην κατηγορία των αλγορίθμων συμπίεσης με κριτήρια ακουστικής
αντίληψης (perceptual coding). Η αρχή λειτουργίας του
βασίζεται στο γεγονός ότι ο θόρυβος ενός ψηφιακού σήματος μεγαλώνει
όσο λιγοστεύουν τα ψηφία που χρησιμοποιούνται για την
κωδικοποίηση. Ο AC-3 "μοιράζει" το σήμα σε περιοχές
συχνοτήτων και συγκεντρώνει τον θόρυβο πολύ κοντά σε αυτές
ώστε να επικαλύπτεται από την ηχητική πληροφορία. Ο θόρυβος σε
περιοχές όπου δεν υπάρχει σήμα για να τον καλύψει υπόκειται σε
ισχυρή καταστολή. Η όλη διαδικασία είναι βεβαίως δυναμικά ελεγχόμενη
(δηλαδή λαμβάνει υπ' όψιν της το σήμα εισόδου). Το σήμα
μετασχηματίζεται από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο της συχνότητας με
βάση την τεχνική TDAC που παρουσίασαν το 1986 οι Princen και Bradley
και ένα πολύπλοκο μοντέλο ακουστικής αντίληψης αναλαμβάνει να
ελέγξει τα φίλτρα και να κατανήμει τα διαθέσιμα ψηφία, ώστε το
ακουστό σήμα να κωδικοποιηθεί ανάλογα με την αξία του σε
αντιληπτότητα. Η διαδικασία είναι φυσικά αρκετά πολύπλοκη και οι
πρώτες εκδοχές του AC-3 "έτρεξαν" σε έξι Μotorola DSP 56001 των
27MHz κατά την κωδικοποίηση και πέντε 56001 κατά την
αποκωδικοποίηση. Σήμερα φυσικά, όλα αυτά υλοποιούνται σε ένα
ολοκληρωμένο κύκλωμα.
Ενα πλαίσιο σήματος AC-3 αποτελείται από
έξι ομάδες ηχητικής πληροφορίας (με 512 δείγματα, από τα οποία τα
πρώτα 256 αφορούν στην προηγούμενη ομάδα και τα επόμενα 256 είναι
νέα). Τα δείγματα αυτά προκύπτουν από την κωδικοποίηση δύο
στοιχειωδών πληροφοριών, του κλασματικού λογάριθμου (mantissa) και
του αντίστοιχου εκθέτη (exponent) που αποτελούν και τον συμβολισμό
του ηχητικού σήματος. Το σήμα, αναλύεται από μια τράπεζα
φίλτρων από όπου προκύπτει η περιβάλλουσα του φάσματός του (η
καμπύλη δηλαδή που αποτελεί την σχηματοποίηση του φάσματος) η οποία
αφ ένος μεν χρησιμοποιήται για την δυναμική κατανομή των ψηφίων κατά
την κωδικοποίηση κάθε περιοχής του σήματος αφ ετέρου χρησιμοποιήται
για τον υπολογισμό των εκθετών. Το κάθε πλαίσιο AC-3 (με τα
256+256 δείγματα) συμπληρώνεται από προσθετες πληροφορίες όπως είναι
η επικεφαλίδα SI (Synchronization Info) η επικεφαλίδα BSI (Bit
Stream Id, που εξασφαλίζει την συμβατότητα του συστήματος με άλλες
ψηφιοσειρές που υπάρχουν ή θα δημιουργηθούν), μια ομάδα βοηθητικών
δεδομένων (AUX) και στοιχεία ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων
(CRC). Το σχήμα αποτελεί ένα διάγραμμα βαθμίδων του
αποκωδικοποιητή AC-3, του τμήματος δηλαδή που βρίσκεται μέσα σε κάθε
ενισχυτή ή επεξεργαστή Dolby Digital. Eδώ, η διαδικασία είναι
η αντίστροφη, με κύριο αντικείμενο την εξαγωγή της πληροφορίας των
εκθετών και του κλασματικού μέρους και την σύνθεση του σήματος μέσω
της "επιστροφής" στο πεδίο του χρόνου.
Για την διαδικασία της
κωδικοποίησης και της αποκωδικοποίησης, είναι, τέλος, σημαντικό να
αναφέρουμε και το ότι, αν και τα κανάλια είναι διακριτά,
χρησιμοποιήται μια κοινή "δεξαμενή" ψηφίων (bit pool) για την
κωδικοποίησή τους. H επιλογή αυτή εξασφαλίζει, αφ'ενός την καλύτερη
δυνατή κωδικοποίηση του σημαντικότερου σήματος (την κάθε στιγμή) και
εφ'ετέρου τον υπολογισμό της επικάλυψης από κανάλι σε
κανάλι,στοιχεία που κάνουν τον αλγόριθμο περισσότερο
αποτελεσματικό. |
 |
To διάγραμμα βαθμίδων ενός
αποκωδικοποιητή AC-3 | |
|
| |
