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Dolby Digital

Logotipo utilizado entre 2012 y 2021; introducido en 2007. Dolby Digital , originalmente sinónimo de Dolby AC-3 (véase más abajo), es el nombre de una familia de tecnologías de ...

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Logotipo utilizado entre 2012 y 2021; introducido en 2007.

Dolby Digital , originalmente sinónimo de Dolby AC-3 (véase más abajo), es el nombre de una familia de tecnologías de compresión de audio desarrolladas por Dolby Laboratories . Conocida como Dolby Stereo Digital hasta 1995 , utiliza compresión con pérdida (excepto Dolby TrueHD ). El primer uso de Dolby Digital fue para proporcionar sonido digital en cines a partir de  copias en película de 35 mm. Desde entonces, también se ha utilizado para la transmisión de televisión, la transmisión de radio vía satélite, la transmisión de vídeo digital, DVD , discos Blu-ray y consolas de videojuegos.

Dolby AC-3 fue la versión original del códec Dolby Digital. La base del estándar de codificación de audio multicanal Dolby AC-3 es la transformada discreta del coseno modificada (MDCT), un algoritmo de compresión de audio con pérdidas . [ 1 ] Es una modificación del algoritmo de transformada discreta del coseno (DCT), 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 perceptiva para desarrollar el formato de audio AC-3 para cine . El formato AC-3 se lanzó como el 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 ATRAC de Sony (1992), el estándar MP3 (1993) y AAC (1997). [ 6 ]

Cine

Batman Returns fue la primera película en ser anunciada como usando la tecnología Dolby SR-D (Spectral Recording-Digital) cuando se estrenó en todos los cines seleccionados en el verano de 1992. [ 7 ] Las bandas sonoras de cine Dolby Digital se graban ópticamente en una copia de lanzamiento de 35 mm usando bloques de datos secuenciales colocados entre cada agujero de perforación en el lado de la banda sonora de la película.Se usa una tasa de bits constante de 320 kbit/s . Un escáner de dispositivo de carga acoplada (CCD) en el proyector de imágenes toma una imagen de video 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 . 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 usando reducción de ruido Dolby SR y dichas copias se conocen como copias Dolby SR-D. La banda sonora analógica proporciona una opción de respaldo en caso de daño al área de datos o falla de la decodificación digital; También ofrece compatibilidad con proyectores que no cuentan con cabezales de sonido digital. Casi todas las copias de cine modernas son de este tipo y pueden incluir datos SDDS y una pista de código de tiempo para sincronizar los CD-ROM con bandas sonoras DTS .

Un cabezal de sonido Dolby Digital Penthouse montado en un proyector Kalee modelo 20 de mediados de la década de 1950.
Fotografía de una copia en película de 35 mm que muestra los cuatro formatos de audio (o cuatro pistas ), de izquierda a derecha: Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) (área azul a la izquierda de las perforaciones), Dolby Digital (área gris entre las perforaciones etiquetada con el logotipo Dolby Double-D en el centro), sonido óptico analógico (las dos líneas blancas a la derecha de las perforaciones) y el código de tiempo DTS (la línea punteada del extremo derecho).

La forma más sencilla de adaptar los proyectores existentes es añadir un cabezal de sonido digital tipo penthouse encima del cabezal del proyector. Sin embargo, para los proyectores nuevos, resultaba más práctico utilizar cabezales de sonido analógicos/digitales duales en la posición habitual del cabezal de sonido óptico, debajo del cabezal del proyector. Para permitir la configuración de doble cabezal de sonido, los datos se graban 26 fotogramas por delante de la imagen. Si se utiliza un cabezal de sonido tipo penthouse, los datos deben retrasarse en el procesador durante el tiempo necesario, aproximadamente 2 segundos. Este retardo se puede ajustar en pasos del tiempo entre perforaciones (aproximadamente 10,4 ms).

Dolby Digital sigue siendo compatible con cines y sistemas domésticos, pero la mayoría de los nuevos estrenos cinematográficos ahora se mezclan en Dolby Atmos , introducido en 2012 como un formato de sonido basado en objetos. [ 8 ] Dolby Atmos se ha convertido en el formato principal utilizado en producciones cinematográficas profesionales y de streaming. [ 9 ]

Versiones

Dolby Digital [ 10 ] tiene tecnologías similares, incluidas en Dolby Digital EX, [ 11 ] Dolby Digital Live, [ 12 ] Dolby Digital Plus, [ 13 ] Dolby Digital Surround EX, [ 14 ] Dolby Digital Recording, [ 15 ] Dolby Digital Cinema, [ 16 ] Dolby Digital Stereo Creator [ 17 ] y Dolby Digital 5.1 Creator. [ 18 ]

Dolby AC-3

El antiguo logotipo de Dolby Digital, titulado "Aurora", que a veces se mostraba al comienzo de emisiones, largometrajes y videojuegos.
El antiguo logotipo de Dolby Digital

Dolby AC-3 ( acrónimo inverso de Audio Codec 3, Advanced Codec 3 o Acoustic Coder 3), también conocido como ATSC A/52 (nombre del estándar) [ 20 ] o simplemente Dolby Digital ( DD ), es la versión común que contiene hasta seis canales de sonido discretos. Antes de 1996 se comercializaba como Dolby Surround AC-3 , Dolby Stereo Digital y Dolby SRD . [ 21 ]

El modo más elaborado de este códec, de uso común, incluye cinco canales para altavoces de rango normal ( 20 Hz – 20 000 Hz ) (derecho, central, izquierdo, sonido envolvente derecho, sonido envolvente izquierdo) y un canal ( audio asignado de 20 Hz a 120 Hz ) para los efectos de baja frecuencia del subwoofer . [ 22 ] También se admiten los modos mono y estéreo . AC-3 admite frecuencias de muestreo de audio de hasta 48 kHz. 

En 1991, se proyectó un lanzamiento experimental limitado de Star Trek VI: The Undiscovered Country en Dolby Digital en 3 cines de EE. UU. [ 21 ] En 1992, Batman Returns fue la primera película en ser lanzada y presentada en Dolby Digital. [ 23 ] [ 24 ] En 1995, mientras tanto en Japón, Whisper of the Heart fue la primera película japonesa en ser presentada en Dolby Digital. En 1995, la versión LaserDisc de Clear and Present Danger presentó la primera mezcla Dolby Digital para cine en casa , seguida rápidamente por True Lies , Stargate , Forrest Gump y Interview with the Vampire, entre otras. [ 25 ] [ 26 ]

Dolby Digital Surround EX

Dolby Digital Surround EX (a veces abreviado como Dolby Digital EX) es similar al formato Pro Logic anterior de Dolby , que utilizaba tecnología matricial para agregar un canal central envolvente y un único canal trasero envolvente a las bandas sonoras estéreo. [ 27 ] 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 una solución económica y retrocompatible para que las bandas sonoras 5.1 incluyan un sexto canal de sonido envolvente central trasero, lo que mejora la localización de los efectos. Este canal adicional se codifica mediante matriz en los canales discretos de sonido envolvente izquierdo y derecho de la mezcla 5.1, de forma similar 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 adicionales. Varios DVD incluyen la opción de audio Dolby Digital Surround EX.

La versión para cines de Dolby Digital Surround EX se presentó en 1999. Dolby Laboratories colaboró ​​con THX , una división de Lucasfilm Ltd. , para crear el nuevo sistema de sonido Dolby Digital Surround EX ™ para el estreno de Star Wars: Episodio I – La amenaza fantasma . [ 23 ] [ 28 ] Desde entonces, Dolby Digital Surround EX se ha utilizado en los lanzamientos en DVD de las trilogías de precuelas y originales de Star Wars . [ 28 ]

Un distintivo de cine en casa Dolby en una computadora portátil

Dolby Digital Live

Dolby Digital Live (DDL) es una tecnología de codificación en tiempo real para medios interactivos como los videojuegos. Convierte cualquier señal de audio en una PC o consola de juegos a un  formato Dolby Digital de 5.1 canales, 16 bits/48 kHz a 640 kbit/s y lo transporta a través de un solo cable S/PDIF . [ 29 ] Una tecnología similar conocida como DTS Connect está disponible por el competidor DTS . Una ventaja importante de esta tecnología es que permite el uso de sonido multicanal digital con tarjetas de sonido de consumo, que de otro modo están limitadas a estéreo PCM digital o sonido multicanal analógico porque S/PDIF a través de RCA, BNC y TOSLINK solo puede admitir PCM de dos canales, audio multicanal Dolby Digital y audio multicanal DTS. Posteriormente se introdujo HDMI , que 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 chipsets de audio de varios fabricantes. La SoundStorm , utilizada en la consola de juegos Xbox y en ciertas placas base nForce2 , utilizaba una versión temprana de esta tecnología. DDL está disponible en placas base con códecs como el ALC882D, [ 30 ] ALC888DD y ALC888H de Realtek . Otros ejemplos incluyen algunas tarjetas de sonido PCI de C-Media 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 la compatibilidad con Dolby Digital Live en sus placas base debido al coste de las regalías, dejando un vacío en el mercado de las tarjetas de sonido. En junio de 2005, Auzentech , con su tarjeta PCI X-Mystique, ofreció la primera tarjeta de sonido para el consumidor con compatibilidad con Dolby Digital Live.

Inicialmente, ninguna tarjeta de sonido Creative X-Fi admitía DDL (2005-2007), pero una colaboración entre Creative y Auzentech dio como resultado el desarrollo de la Auzentech Prelude, la primera tarjeta X-Fi que admitía DDL. Originalmente se planeó extender la compatibilidad con DDL a todas las tarjetas de sonido X-Fi (excepto la línea 'Xtreme Audio', que no es capaz de implementar hardware DDL), pero el plan se abandonó porque la licencia de Dolby habría requerido el pago de regalías por todas las tarjetas X-Fi y, problemáticamente, por las que ya se habían vendido. [ 31 ] En 2008, Creative lanzó la serie de tarjetas de sonido X-Fi Titanium que admite completamente Dolby Digital Live, mientras que todas las versiones PCI de Creative X-Fi siguen sin admitir DDL.

Desde septiembre de 2008, todas las tarjetas de sonido Creative basadas en X-Fi admiten DDL (excepto la 'Xtreme Audio' y sus derivados, como la Prodigy 7.1e, que no es compatible con DDL por hardware). El caso de X-Fi es diferente.

Mientras se olvidaban del plan, el programador Daniel Kawakami causó revuelo al volver a aplicar el módulo Auzentech Prelude DDL a las tarjetas Creative X-Fi disfrazando la identidad del hardware como Auzentech Prelude. [ 32 ]

Creative Labs alegó que Kawakami violó su propiedad intelectual y le exigió que dejara de distribuir sus controladores modificados. [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]

Finalmente, Creative llegó a un acuerdo con Dolby Laboratories respecto a las regalías de la licencia Dolby, estipulando 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 Creative. [ 31 ] Con base en este 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 pueden comprar y descargar desde Creative. Posteriormente, Creative agregó su paquete DTS Connect al paquete DDL sin costo adicional. [ 36 ]

Dolby Digital Plus

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 [ 38 ] en el futuro) y técnicas de codificación mejoradas (solo a bajas tasas de datos) para reducir los artefactos de compresión , lo que permite tasas de datos más bajas que las admitidas por AC-3 (por ejemplo, audio de 5.1 canales a 256 kbit/s ). No es retrocompatible con el 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 admite E-AC-3. [ 39 ] El sistema HD DVD descontinuado admitía directamente E-AC-3. El formato Blu-ray Disc ofrece E-AC-3 como opción para añadir canales adicionales a una señal AC-3 5.1 , así como para la reproducción de contenido de audio secundario (por ejemplo, comentarios del director) que se mezclará con la banda sonora principal en el reproductor Blu-ray Disc.

Dolby AC-4

Dolby AC-4 es un estándar de compresión de audio que admite múltiples canales de audio y/o objetos de audio. La compatibilidad con audio de 5.1 canales es obligatoria y los canales adicionales hasta 7.1.4 son opcionales. [ 40 ] AC-4 proporciona una reducción del 50 % en la tasa de bits con respecto a AC-3/ Dolby Digital Plus . [ 40 ]

Dolby TrueHD

Dolby TrueHD, desarrollado por Dolby Laboratories, es un códec de audio avanzado sin pérdidas basado en Meridian Lossless Packing . La compatibilidad con este códec era obligatoria para HD DVD y es opcional para 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 (actualmente, los estándares de HD DVD y Blu-ray Disc limitan el número máximo de canales de audio a ocho). Admite metadatos, incluyendo normalización de diálogos y control de rango dinámico.

Configuraciones de canales

Aunque comúnmente se asocia con la configuración de 5.1 canales, Dolby Digital permite varias selecciones de canales diferentes. Las opciones son:

  • Dolby Digital 1/0 – Mono (solo el canal central)
  • Dolby Digital 2/0: estéreo de 2 canales (izquierdo + derecho), con opción de Dolby Surround matricial.
  • Dolby Digital 3/0 – Estéreo de 3 canales (izquierdo, central, derecho)
  • Dolby Digital 2/1: estéreo de 2 canales con sonido envolvente mono (izquierdo, derecho, envolvente).
  • Dolby Digital 3/1: estéreo de 3 canales con sonido envolvente mono (izquierdo, central, derecho, envolvente).
  • Dolby Digital 2/2 – Cuadrafónico de 4 canales (izquierdo, derecho, sonido envolvente izquierdo, sonido envolvente derecho)
  • Dolby Digital 3/2 – Sonido envolvente de 5 canales (izquierdo, central, derecho, sonido envolvente izquierdo, sonido envolvente derecho)

Estas configuraciones incluyen opcionalmente el canal adicional de efectos de baja frecuencia (LFE), pero solo si hay al menos tres canales presentes. [ 41 ] Las dos últimas con sonido envolvente estéreo pueden usar opcionalmente la codificación de matriz Dolby Digital EX para agregar un canal de sonido envolvente trasero adicional, indicado mediante una bandera de 2 bits.

Muchos decodificadores Dolby Digital incorporan la función de mezcla descendente para distribuir los canales codificados a los altavoces. Esto incluye funciones como la reproducción de sonido envolvente a través de los altavoces frontales si no hay altavoces de sonido envolvente disponibles, y la distribución del canal central a los altavoces izquierdo y derecho si no hay un altavoz central disponible. Al enviar la señal a equipos independientes mediante una conexión de 2 canales, un decodificador Dolby Digital puede codificar la salida opcionalmente con Dolby Surround para preservar la información de sonido envolvente.

El '.1' en 5.1, 7.1, etc., se refiere al canal LFE, que también es un canal discreto.

Aplicaciones

El audio Dolby Digital se utiliza en DVD-Video y otros soportes puramente digitales, como el cine en casa. En este formato, el flujo de bits AC-3 se intercala con los flujos de bits de vídeo y control.

El sistema se utiliza en aplicaciones con ancho de banda limitado distintas a DVD-Video, como la televisión digital. El estándar AC-3 permite una tasa de bits codificada máxima de 640 kbit/s .  Las copias en película de 35 mm utilizan una tasa fija de 320 kbit/s , que es la misma que la tasa de bits máxima para MP3 de 2 canales . Los discos DVD-Video están limitados a 448 kbit/s , aunque muchos reproductores pueden reproducir correctamente flujos de bits de mayor velocidad (que no cumplen con la especificación de DVD). HD DVD limita AC-3 a 448 kbit/s , al igual que los estándares ATSC y de cable digital. 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 las escenas cinemáticas pre-renderizadas.

Dolby forma parte de un grupo de organizaciones involucradas en el desarrollo de AAC (Advanced Audio Coding), que forma parte de las especificaciones MPEG y se considera 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.

Tecnologías Dolby en formatos de medios empaquetados

AC3RF

En el mundo del LaserDisc, AC3RF es el término que se suele colocar en los conectores de los reproductores que admiten Dolby Digital. [ 42 ] Algunos demoduladores y receptores de la era del LaserDisc (desde la década de 1990 hasta principios de la década de 2000) también incluyen este término en sus conectores. [ 42 ]

Los títulos en LaserDisc con pistas Dolby Digital suelen llevar el logotipo THX en sus portadas.

Detalles técnicos

La estructura de datos de AC-3 se describe mediante un lenguaje simplificado similar a C en las especificaciones oficiales. Un flujo AC-3 es una serie de tramas; el código de tamaño de trama se utiliza junto con el código de frecuencia de muestreo para determinar el número de palabras (de 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 única transformada discreta del coseno modificada , o cortos, en cuyo caso se realizan dos transformadas de media longitud sobre el bloque. A continuación se muestra una cabecera AC-3 simplificada. Una descripción detallada se encuentra en la norma ATSC "Compresión de audio digital (AC-3) (E-AC-3)" , sección 5.4.

Licencia

AC3 estaba protegido por patentes que expiraron en marzo de 2017. Se exigió a los desarrolladores el pago de una licencia comercial para poder publicar legalmente una aplicación que decodificara AC3. Esto llevó a algunos desarrolladores de aplicaciones de audio a prohibir AC3 en sus aplicaciones, aunque el reproductor multimedia de código abierto VLC admitía audio AC-3 sin haber pagado una tarifa de licencia de patente. [ 43 ]

En los documentos S-1 originales y enmendados que Dolby presentó ante la SEC en 2005, Dolby reconoció que "las patentes relacionadas con nuestras tecnologías Dolby Digital expiran entre 2008 y 2017". [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]

La última patente que cubría el AC-3 expiró el 20 de marzo de 2017, lo que lo hace de libre uso. [ 47 ] [ 48 ]

Implementación de código abierto

El decodificador de flujo ATSC A/52 (AC3) gratuito, liba52 , está disponible bajo la Licencia Pública General de GNU . Tanto FFmpeg como el reproductor multimedia VLC incluyen código para el manejo de AC-3.

Véase también

  • C-Media – fabricante de chipsets de audio DDL utilizados en muchas tarjetas de sonido y placas base.
  • Dialnorm : parámetro de metadatos Dolby Digital que controla la ganancia del decodificador.
  • Dolby Laboratories : historia de la empresa y desarrollo tecnológico.
  • Sistema de reducción de ruido Dolby : grabación analógica en cinta magnética, incluidas las cintas de casete compactas.
  • Dolby Stereo : primer formato de sonido envolvente analógico de matriz activa.
  • Dolby SR : proceso de grabación, reducción de ruido y expansión con fidelidad superior a la de los sistemas tipo A anteriores.
  • Dolby Surround : nombre comercial del formato de sonido envolvente analógico Dolby Stereo para cines.
  • Dolby Pro Logic : sistema de decodificación de matriz activa 2:4 de referencia utilizado en bandas sonoras Dolby Stereo y Dolby Surround [después de 1987].
  • Dolby TrueHD : códec sin pérdidas para discos HD DVD y Blu-ray.
  • Dolby E : permite comprimir de 6 a 8 canales de audio en un flujo de audio digital AES3.
  • DTS (sistema de sonido) – anteriormente Digital Theater Systems
  • cine en casa
  • Altoparlante
  • SoundStorm : un codificador AC-3 en tiempo real incluido en ciertas placas base nForce2.
  • Gracias

Referencias

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  • Estándares ATSC
  • Estándar de compresión de audio digital (AC-3, E-AC-3) en el sitio web de ATSC.