Dolby Digital

Dolby Digital — это семейство технологий цифрового сжатия звука с потерями, разработанное компанией Dolby Laboratories. Первоначально известное как Dolby Stereo Digital, оно было представлено в 1991 году для использования в кинотеатрах, а затем адаптировано для домашних видеосистем (лазердиски, DVD, Blu-ray), цифрового телевидения, видеоигр и потоковых сервисов. Основное назначение Dolby Digital — кодирование многоканального звука (от моно до 5.1 и 6.1) в цифровой поток с битрейтом от 64 до 640 кбит/с, обеспечивая совместимость с различными носителями и системами воспроизведения при сохранении приемлемого качества звучания.

История

Разработка и внедрение в кинотеатрах

В конце 1980-х годов Dolby Laboratories, ранее разработавшая аналоговые системы шумоподавления и объёмного звука (Dolby Stereo), занялась цифровыми технологиями. Целью было создание формата, который мог бы разместить цифровую звуковую дорожку на стандартной 35-мм киноплёнке, не занимая места, отведённого под аналоговую оптическую дорожку. Решение заключалось в размещении цифровых данных в промежутках между перфорациями плёнки. Первый фильм, выпущенный с использованием Dolby Digital, — «Бэтмен возвращается» (1992), однако первым коммерческим показом стал фильм «Последний из могикан» (1992) в кинотеатре «Китайский театр TCL» в Лос-Анджелесе.

Переход на домашние носители

В середине 1990-х годов Dolby Digital был адаптирован для домашнего использования. Первым носителем стал лазердиск (1995), а затем — DVD (1996), где Dolby Digital стал стандартным форматом звука. Для телевидения Dolby Digital был принят в стандарте ATSC (США) и DVB (Европа). В 1999 году появилась расширенная версия Dolby Digital Surround EX, добавляющая центральный тыловой канал (6.1).

Развитие и преемники

В 2000-х годах Dolby Laboratories разработала более продвинутые форматы: Dolby Digital Plus (E-AC-3) для HD-носителей и потокового вещания, а затем Dolby TrueHD (без потерь) и Dolby Atmos (объектно-ориентированный звук). Несмотря на это, базовый Dolby Digital (AC-3) остаётся широко используемым благодаря обратной совместимости и низкой вычислительной сложности.

Технические характеристики

Кодек и битрейт

Dolby Digital использует аудиокодек AC-3 (Adaptive Transform Coding). Алгоритм основан на модифицированном дискретном косинусном преобразовании (MDCT) с перекрытием блоков и психоакустической моделью, позволяющей отбрасывать звуки, не воспринимаемые человеческим ухом. Битрейт варьируется:

• 64–96 кбит/с — моно (для диалогов, комментариев);
• 128–192 кбит/с — стерео;
• 384–448 кбит/с — стандарт для 5.1 на DVD;
• 640 кбит/с — максимальный для Blu-ray и некоторых кинотеатральных форматов.

Каналы

Базовый Dolby Digital поддерживает до 5.1 каналов:

• Левый, центральный, правый (фронтальные);
• Левый тыловой, правый тыловой (объёмные);
• Сабвуфер (LFE, Low-Frequency Effects) — отдельный канал с ограниченной полосой частот (до 120 Гц).

Расширение Dolby Digital Surround EX добавляет центральный тыловой канал, формируя 6.1. Для совместимости с 5.1-системами этот канал матрично кодируется в тыловые.

Сжатие и качество

Dolby Digital — формат с потерями. При битрейте 448 кбит/с и выше он обеспечивает качество, близкое к исходному для большинства слушателей, но аудиофилы отмечают артефакты сжатия (потерю детализации, «смазанность» высоких частот) по сравнению с несжатым PCM или lossless-форматами (Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio). На низких битрейтах (менее 192 кбит/с) качество заметно ухудшается, особенно для многоканального звука.

Применение

Кинотеатры

В кинотеатрах Dolby Digital используется как один из форматов цифрового звука (наряду с DTS и SDDS). Данные на 35-мм плёнке хранятся в виде матрицы из крошечных квадратов (Dolby Digital SR·D), расположенных между перфорациями. Считывание происходит оптическим датчиком. В современных цифровых кинопроекторах (DCP) Dolby Digital может быть упакован в аудиофайлы MXF.

Домашние видеоносители

• DVD: Dolby Digital — обязательный формат для всех регионов. Обычно используется 5.1 с битрейтом 448 кбит/с.
• Blu-ray: Dolby Digital является базовым форматом (наряду с DTS), но для высококачественного звука предпочтительны Dolby TrueHD или DTS-HD Master Audio.
• Лазердиск: Первые домашние релизы с Dolby Digital (1995) использовали битрейт 384 кбит/с.

Цифровое телевидение

Dolby Digital принят в стандартах:

• ATSC (США, Канада, Южная Корея) — для эфирного, кабельного и спутникового ТВ.
• DVB (Европа, Россия) — опционально, часто используется для HDTV.
• IPTV и потоковые сервисы: Netflix, Amazon Prime Video, YouTube (ограниченно) поддерживают Dolby Digital для многоканального звука.

Видеоигры

Игровые консоли (PlayStation 2, Xbox, PlayStation 3, Xbox 360) и ПК поддерживают вывод Dolby Digital через оптический (TOSLINK) или HDMI-интерфейс. Многие игры используют кодировку в реальном времени для создания объёмного звука.

Классификация и варианты

Dolby Digital (AC-3)

Основной формат, описанный выше. Используется в DVD, цифровом ТВ и кинотеатрах.

Dolby Digital Plus (E-AC-3)

Расширенная версия, представленная в 2004 году. Поддерживает:

• Битрейт до 6,144 Мбит/с (для Blu-ray);
• До 7.1 каналов (или 5.1 с дополнительными объектами);
• Более эффективное сжатие (на 30–50% лучше при том же битрейте);
• Масштабирование битрейта для потокового вещания.

Используется в HD DVD, Blu-ray (как опциональный), Netflix, Apple TV+ и других сервисах.

Dolby Digital Surround EX

Матричное расширение для 6.1, разработанное совместно с Lucasfilm THX. Тыловой центральный канал кодируется в левый и правый тыловые, что позволяет воспроизводить его на 5.1-системах с потерей точности.

Dolby Digital Live

Технология кодирования в реальном времени, позволяющая ПК или игровой консоли преобразовывать многоканальный звук (например, из игры) в поток AC-3 и передавать его через S/PDIF или HDMI на ресивер. Используется в звуковых картах Creative и встроенных кодеках Realtek.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Широкая совместимость: поддерживается практически всеми AV-ресиверами, телевизорами, плеерами и игровыми консолями.
• Низкая вычислительная сложность: декодирование возможно на слабых процессорах.
• Гибкость битрейта: от 64 до 640 кбит/с, что позволяет адаптироваться к разным носителям.
• Надёжность: встроенные механизмы коррекции ошибок (CRC) и возможность работы с повреждёнными данными.

Недостатки

• Потери качества: сжатие с потерями, особенно заметное на низких битрейтах.
• Ограничение по каналам: базовый AC-3 не поддерживает более 5.1 (без расширений).
• Устаревшая психоакустическая модель: по сравнению с современными кодеками (AAC, Opus, Dolby Digital Plus) AC-3 менее эффективен.
• Задержка кодирования: при использовании Dolby Digital Live возникает задержка (латентность) около 30–100 мс, что может быть критично для игр.

Интересные факты

• Логотип Dolby Digital с двумя перевёрнутыми буквами «D» был разработан как стилизация букв «D» и «D» (Digital Dolby).
• В некоторых ранних DVD-плеерах отсутствовала поддержка Dolby Digital, что требовало внешнего декодера.
• Dolby Digital был первым форматом, который позволил разместить 5.1-звук на одном носителе без использования дополнительных кассет или дисков.
• В стандарте ATSC Dolby Digital является обязательным, в то время как в европейском DVB он лишь опционален (часто используется MPEG-1 Audio Layer II или AAC).

Источники

• Dolby Laboratories. «Dolby Digital — Technical Specifications» (1995).
• ITU-R BS.775-3. «Multichannel stereophonic sound system with and without accompanying picture» (2012).
• EBU Tech 3306. «Dolby E and Dolby Digital in Broadcasting» (2005).
• Thompson, J. «Understanding Dolby Digital: A Technical Overview» (Audio Engineering Society, 1997).
• Wikipedia. «Dolby Digital» (англоязычная версия, проверено 2023).