Cum lucreaza Dolby Digital
La sistemul Compact Disc Digital Audio gama dinamica a semnalului audio este de 96.32 dB (adica raportul dintre cel mai puternic si cel mai slab sunet redat). Acest lucru este datorat faptului ca reprezentarea esantioanelor se face pe 16 biti. La 44100 Hz frecventa de esantionare se creaza un debit de informatie prea mare pentru a fi stocat si transmis economic, mai ales daca sunt necesare mai multe canale.
Ca rezultat noi tipuri de codari au fost folosite pentru a reduce debitul de date pana la limita cand acest fapt ar influenta calitaea semnalului audio. Aceste tipuri de codari se numesc codari perceptuale sau psihoacustice.
Dolby AC-3 este primul algoritm de codare perceptual special conceput pentru a coda semnalul audio cu mai multe canale. Este dealtfel singurul algoritm care beneficiaza know-how-ul dobandit din dezvoltarea Dolby AC-1 si AC-2 si de experienta dobandita in codarea perceptuala analogica a sistemelor de reducere a zgomotului Dolby NR.
Sistemele de reducere a zgomotului lucreaza in sensul reducerii zgomotului atunci cand semnalul audio nu este prezent iar cand semnalul audio este prezent actioneaza in sensul maririi puterii semnalului util pentru a acoperi sau a masca zgomotul. Se tine seama de avantajul fenomenului psihoacustic cunoscut ca mascare prin putere. Chiar atunci cand semnalul audio este prezent in anumit parti a spectrului Dolby NR reduce zgomotul in celelalte parti facand in asa fel incat per total zgomotul sa ramana imperceptibil. Aceasta deoarece semnalul audio poate masca numai zgomotul care apare in imediata apropiere a benzii ocupate de acesta.
AC-3 a fost proiectat astfel incat sa profite la maximum de avantajul sistemului auditiv uman de mascare prin putere. Urechea umana percepe sunetele utilizand benzi critice. Ea analizeaza sunetul prin intermediul unor benzi de frecventa centrate in jurul frecventei sunetului. Latimea de banda a benzii critice creste cu frecventa de la aproximativ 100 Hz pentru valori su 500 Hz la 2500 Hz pentru 10 kHz. Drept urmare orice algoritm de codare psihoacustic trebuie sa opereze tinand cont de benzile critice.
Deci AC-3 divide spectrul audio al fiecarui canal in benzi de frecventa apropiate de latimi diferite optimizate in asa fel incat sa respecte caracteristica de selectivitate in frecventa a urechii umane.
Aceasta face posibila impartirea in benzi fine a spectrului si in acest fel zgomotul este fortat sa ramana foarte aproape in frecventa fata de frecventa componentei audio utile fiind deci mascat prin putere. Eliminand si zgomotul din bezile unde nu exista semnal audio util care sa-l mascheze calitatea semnalului original poate fi subiectiv mentinuta. Din acest punct de vedere algoritmul de codare AC-3 este foarte puternic in reducerea zgomotului.
Bitii sunt distribuiti in benzile critice acolo unde este nevoie de ei (in functie de gama dinamica a semnalului si de spectrul de frecvente prezent in acele benzi). Un model predefinit al fenomenului de mascare este folosit de codor pentru asigurarea unui numar suficient de biti pentru a descrie senmalul audio din fiecare banda si pentru a masca complet zgomotul. Fiind dat un numar de biti (debit) codorul AC-3 decide cum sa distribuie bitii intre canalele audio. Aceasta tehnica permite canalelor cu un continut mai bogat de informatie audio sa primeasca mai multi biti pentru o codare mai eficienta.
Modelul sofisticat de mascare si impartirea debitului de biti sunt facori cheie ai alocarii eficiente a spectrului de frecvente. Mai mult, avand in vedere ca alti algoritmi de codare folosesc un numar considerabil (si pretios) de biti pentru a stoca instructiuni de decodare, AC-3 utilizeaza acesti biti pentru reprezentarea semnalului util ceea ce ii ofera o calitate ridicata a sunetului reconstituit, la acelasi debit de date.
Tehnic vorbind, AC-3 poate procesa cel putin un semnal cu o gama dinamica de 20 biti intr-o banda de frecventa de la 20 Hz la 20 kHz cu o liniaritate de 0.5 dB (-3 dB la 3 Hz si la 20.3 kHz). Canalul de frecvente joase (subwoofer channel) acopera banda de la 20 Hz la 120 Hz cu o liniaritate de 0.5 dB (-3 dB la 3 Hz si la 121 Hz).
Rata de esantionare poate fi de 32, 44.1 sau 48 kHz. Debitul de date variaza de la 32 kbit/s pentru un singur canal monofonic la 640 kbit/s acoperind o mare gama de necesitati. Aplicatiile tipice cu 5.1 canale au un debit de 384 kbit/s iar cele doua canale au 192 kbit/s.