Dolby Digital , originalmente sinónimo de Dolby AC-3 , es el nombre de una familia de tecnologías de compresión de audio desarrolladas por Dolby Laboratories . Llamado Dolby Stereo Digital hasta 1995 , es compresión con pérdidas (excepto Dolby TrueHD). El primer uso de Dolby Digital fue proporcionar sonido digital en los cines a partir de copias de películas de 35 mm. Desde entonces, también se ha utilizado para transmisiones de televisión, transmisiones de radio vía satélite, transmisión de video digital, DVD , discos Blu-ray y consolas de juegos.
La base 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 . [1] Es una modificación del algoritmo de transformada discreta de coseno (DCT), que fue propuesto por Nasir Ahmed en 1972 para la compresión de imágenes . [2] La DCT fue adaptada a la MDCT por JP Princen, AW Johnson y Alan B. Bradley en la Universidad de Surrey en 1987. [3]
Dolby Laboratories adaptó el algoritmo MDCT junto con principios de codificación perceptual para desarrollar el formato de audio AC-3 para cine . El formato AC-3 se lanzó como estándar Dolby Digital en febrero de 1991. [4] [5] Dolby Digital fue el primer estándar de compresión de audio basado en MDCT lanzado, y fue seguido por otros para uso doméstico y portátil, como Sony ' s ATRAC (1992), el estándar MP3 (1993) y AAC (1997). [6]
Batman Returns fue la primera película que se anunció que utilizaba tecnología Dolby SR-D (Grabación espectral digital) cuando se estrenó en los cines en el verano de 1992. [7] Las bandas sonoras de cine Dolby Digital se graban ópticamente en una impresión de 35 mm utilizando bloques de datos secuenciales colocados entre cada orificio de perforación en el lado de la banda sonora de la película. Se utiliza una velocidad de bits constante de 320 kbit/s. Un escáner de dispositivo de carga acoplada (CCD) en el proyector de imágenes recoge una imagen de vídeo 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 reducción de ruido Dolby SR y dichas impresiones se conocen como impresiones Dolby SR-D. La banda sonora analógica ofrece una opción de respaldo en caso de daño al área de datos o falla de la decodificación digital; también proporciona compatibilidad con proyectores no equipados con cabezales de sonido digitales. Casi todas las copias cinematográficas modernas son de este tipo y también pueden incluir datos SDDS y una pista de código de tiempo para sincronizar los CD-ROM que contienen bandas sonoras DTS .
La forma más sencilla de convertir los proyectores existentes es añadir el llamado cabezal de sonido digital penthouse encima del cabezal del proyector. Sin embargo, para los proyectores nuevos tenía sentido utilizar cabezales de sonido analógicos/digitales duales 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 por delante de la imagen. Si se utiliza un cabezal de sonido penthouse, los datos deben retrasarse en el procesador durante el tiempo requerido, alrededor de 2 segundos. Este retraso se puede ajustar en pasos del 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.
Dolby Digital [8] tiene tecnologías similares, incluidas en Dolby Digital EX, [9] Dolby Digital Live, [10] Dolby Digital Plus, [11] Dolby Digital Surround EX, [12] Dolby Digital Recording, [13] Dolby Digital Cinema. , [14] Dolby Digital Stereo Creator [15] y Dolby Digital 5.1 Creator. [dieciséis]
Dolby Digital es la versión común que contiene hasta seis canales discretos de sonido. El modo más elaborado y de uso común incluye 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 de audio asignado) para el subwoofer . efectos de baja frecuencia impulsados . [18] También se admiten los modos mono y estéreo . AC-3 admite frecuencias de muestreo de audio de hasta 48 kHz.
Este formato tiene otros nombres:
En 1991, un lanzamiento experimental limitado de Star Trek VI: The Undiscovered Country en Dolby Digital se proyectó en tres cines de Estados Unidos. [21] En 1992, Batman Returns fue la primera película que se estrenó en Dolby Digital. [22] [23] 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 , Forrest Gump y Interview with the Vampire, entre otros. [24] [25]
Dolby Digital EX es similar al formato Pro Logic anterior de Dolby , que utilizaba tecnología matricial para agregar un canal envolvente central y un canal 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 matriciales, creando una salida de 6.1 o 7.1 canales.
Proporciona un medio económico y compatible con versiones anteriores para que las bandas sonoras 5.1 lleven un sexto canal envolvente central trasero para una mejor localización de los efectos. El canal envolvente adicional está codificado matricialmente en los canales envolventes izquierdo y derecho discretos de la mezcla 5.1, muy parecido al canal central frontal en las bandas sonoras estéreo codificadas con Dolby Pro Logic. El resultado se puede reproducir sin pérdida de información en sistemas 5.1 estándar, o 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 cinematográfica de Dolby Digital Surround EX se introdujo en 1999, cuando Dolby y THX , una división de Lucasfilm Ltd. , desarrollaron conjuntamente Dolby Digital Surround EX ™ para el estreno de Star Wars: Episodio I – La amenaza fantasma . [22] [26] Desde entonces, Dolby Digital Surround EX se ha utilizado en los lanzamientos en DVD de la precuela de Star Wars y las trilogías originales. [26]
Dolby Digital Live (DDL) es una tecnología de codificación en tiempo real para medios interactivos como los videojuegos. Convierte cualquier señal de audio de un PC o consola de juegos en formato Dolby Digital de 5.1 canales de 16 bits/48 kHz a 640 kbit/s y la transporta a través de un único cable S/PDIF . [27] El competidor DTS ofrece una tecnología similar conocida como DTS Connect . Un beneficio importante de esta tecnología es que permite el uso de sonido digital multicanal con tarjetas de sonido de consumo, que de otro modo estarían limitadas al sonido estéreo PCM digital o al sonido multicanal analógico porque S/PDIF sobre RCA, BNC y TOSLINK solo admite dos canales. PCM, audio multicanal Dolby Digital y audio multicanal DTS. Más tarde se introdujo HDMI 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 que utilizan conjuntos de chips de audio de varios fabricantes. 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, [28] ALC888DD y ALC888H de Realtek . Otros ejemplos incluyen algunas tarjetas de sonido C-Media PCI y las tarjetas de sonido de las series X-Fi y Z de Creative Labs, cuyos controladores han habilitado la compatibilidad con DDL.
Posteriormente, NVIDIA decidió eliminar el soporte DDL en sus placas base debido al costo de las regalías involucradas, dejando un espacio vacío a este respecto en el mercado de tarjetas de sonido. Luego, en junio de 2005, llegó Auzentech , que con su tarjeta PCI X-Mystique proporcionó la primera tarjeta de sonido de consumo con soporte Dolby Digital Live.
Inicialmente, ninguna tarjeta de sonido basada en Creative X-Fi admitía DDL (2005 ~ 2007), pero una colaboración entre Creative y Auzentech dio como resultado el desarrollo de Auzentech Prelude, la primera tarjeta X-Fi compatible con DDL. Originalmente se planeó extender el soporte 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 Dolby habría requerido un pago de regalías para todas las tarjetas X-Fi. y, problemáticamente, los que ya se vendieron. [29] En 2008, Creative lanzó la serie de tarjetas de sonido X-Fi Titanium que son totalmente compatibles con Dolby Digital Live, mientras que todas las versiones PCI de Creative X-Fi aún carecen de soporte para DDL.
Desde septiembre de 2008, todas las tarjetas de sonido basadas en Creative X-Fi admiten DDL (excepto 'Xtreme Audio' y sus derivados, como Prodigy 7.1e, que no admite DDL en hardware). El caso de X-Fi es diferente.
Mientras se olvidaban del plan, el programador Daniel Kawakami generó un problema candente al aplicar el módulo DDL Auzentech Prelude a las tarjetas Creative X-Fi disfrazando la identidad del hardware como Auzentech Prelude. [30]
Creative Labs alegó que Kawakami violó su propiedad intelectual y exigió que dejara de distribuir sus controladores modificados. [31] [32] [33]
Finalmente, Creative llegó a un acuerdo con Dolby Laboratories con respecto a las regalías de la licencia de Dolby al acordar que el costo de la licencia se incluyera en el precio de compra de las tarjetas Creative X-Fi PCI en lugar de ser una regalía pagada por los propios Creative. [29] 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. [34]
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), soporte para aún más canales de audio (hasta 15,1 canales discretos [36] en el futuro) y técnicas de codificación mejoradas (sólo a velocidades de datos bajas) para reducir los artefactos de compresión , lo que permite velocidades de datos más bajas que las soportadas por 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. [37] El sistema HD DVD descontinuado admitía directamente el E-AC-3. Blu-ray Disc ofrece E-AC-3 como una opción para insertar canales adicionales en una transmisión que de otro modo sería 5.1 AC-3, así como para la entrega de contenido de audio secundario (por ejemplo, comentarios del director) que debe mezclarse con el audio principal. banda sonora en el reproductor de discos Blu-ray.
Dolby AC-4 es un estándar de compresión de audio que admite 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. [38] AC-4 proporciona una reducción del 50% en la tasa de bits sobre AC-3/ Dolby Digital Plus . [38]
Dolby TrueHD, desarrollado por Dolby Laboratories, es un códec de audio avanzado sin pérdidas 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 velocidad de bits máxima es de 18 Mbit/s y admite hasta 16 canales de audio (los estándares HD DVD y Blu-ray Disc actualmente limitan el número máximo de canales de audio a ocho). Admite metadatos, incluida la normalización de diálogos y el control de rango dinámico.
Aunque comúnmente se asocia con la configuración de 5.1 canales, Dolby Digital permite varias selecciones de canales diferentes. Las opciones son:
Estas configuraciones incluyen opcionalmente el canal de efectos de frecuencia extra baja (LFE). Los dos últimos con sonido envolvente estéreo utilizan opcionalmente codificación matricial Dolby Digital EX para agregar un canal envolvente trasero adicional.
Muchos decodificadores Dolby Digital están equipados con mezcla para distribuir canales codificados a los altavoces. Esto incluye funciones tales como reproducir información envolvente a través de los altavoces frontales si los altavoces envolventes no están disponibles y distribuir el canal central hacia la izquierda y la derecha si no hay ningún altavoz central disponible. Al enviar a equipos separados a través de una conexión de 2 canales, un decodificador Dolby Digital puede codificar opcionalmente la salida usando 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.
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 entrelaza con los flujos de bits de vídeo y control.
El sistema se utiliza en aplicaciones con ancho de banda limitado distintas de DVD-Video, como la televisión digital. El estándar AC-3 permite una velocidad de bits codificada máxima 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 secuencias 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. Algunos juegos de la consola Sony PlayStation 2 también pueden emitir audio estándar AC-3, principalmente durante escenas pre-renderizadas.
Dolby forma parte de un grupo de organizaciones involucradas en el desarrollo de AAC (Advanced Audio Coding), parte de las especificaciones MPEG, y considerado 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.
En el mundo LaserDisc, AC3RF es el término que se utiliza ampliamente en los conectores de reproductores que admiten Dolby Digital. [39] Los demoduladores y receptores específicos de la era LaserDisc (década de 1990 hasta principios de 2000) también incluyen la colocación de este término en los conectores. [39]
Los títulos LaserDisc con pistas Dolby Digital suelen tener el logotipo THX en sus portadas.
El diseño de datos del AC-3 se describe mediante un lenguaje simplificado " similar a C " en las especificaciones oficiales. Una secuencia AC-3 es una serie de fotogramas; el código de tamaño de fotograma se utiliza junto con el código de frecuencia de muestreo para determinar el número de palabras (2 bytes) antes de la siguiente palabra de sincronización. Los bloques de canal pueden ser largos, en cuyo caso todo el bloque se procesa como una transformación de coseno discreta modificada única , o cortos, en cuyo caso se realizan dos transformaciones de media longitud en el bloque. A continuación se muestra un encabezado AC-3 simplificado. Encontrará una descripción detallada en el "Estándar de compresión de audio digital (AC-3) (E-AC-3)" de ATSC, sección 5.4.
AC3 estaba cubierto por patentes que expiraron en marzo de 2017. Las patentes se utilizaron para solicitar 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 una tarifa de licencia de patente. [40]
En las presentaciones S-1 originales y enmendadas de Dolby de 2005 ante la SEC, Dolby reconoció que "las patentes relacionadas con nuestras tecnologías Dolby Digital vencen entre 2008 y 2017". [41] [42] [43]
La última patente que cubre AC-3 expiró el 20 de marzo de 2017, por lo que su uso es gratuito. [44] [45]
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 código para manejar AC-3.
