A filmgyártásban a hangfelvételek minősége legalább annyira fontos, mint a kép. A HD korszak beköszöntével a hangminőség javítása (vagy legalábbis nem lerontása) is előtérbe került, mert nyilvánvalóvá vált, hogy - hasonlóan a tv-k képminőség javításának szükségességéhez a képméret növekedésével - a mai hangkeltő eszközök, házimozi rendszerek igénylik a változást. A legfőbb cél a master audio verzióhoz legjobban hasonlító mozis, DVD-s, BD-s hang keverése lett, hogy ezeket a néző úgy élvezhesse, ahogyan azt a készítéskor megalkották.
Nem is annyira régen még maximum 16 biten és 48KHz-en (rövidebben: 16/48) élvezhettük a hangokat, mert így készültek a master és moziba szánt felvételek – tulajdonképpen most is így van még a DVD-ken azzal a különbséggel, hogy a master ma már nem 16 bites. Az igény azonban ennél régebbi, hogy végre 24 bites hangsávokat hallhassanak az igazán „white fülű” rajongók. Nem hangzik túl bonyolultnak a dolog, de a helyzet koránt sem ilyen egyszerű…
Kis esti elmélet – nagy vonalakban
Minden hang analóg hullámok formájában terjed, de természetesen így nem lehet digitális adathordozón tárolni, ezért mintavételezéssel digitális jelfolyammá kell alakítani. Ez úgy oldható meg, hogy az analóg jelet szabályos, megfelelően kicsi időszeletenként mintavételezzük és így állítjuk össze az eredetihez lehető legjobban közelítő jelfolyamot. Teoretikusan kimondja a szabály, hogy a veszteség elkerülése végett minimum kétszer akkora frekvenciával kell megválasztani a mintavételező jelet, mint az eredeti jel. Látható tehát, hogy lehetséges olyan mintavételezést végrehajtani, ami annyira kicsi veszteséget produkál, mit már nehezen tudnánk magunk mérni, hallani.
Az egyik ilyen eljárás az LPCM (Linear Pulse Code Modulation), amely a PC-ken használt első számú eljárásnak számít. Tömörítetlen hangot tárol és többnyire wav vagy aiff formátumba teszik. A CD Red Book szabványa szerint a lossless (veszteségmentes) hangkódolás alapvető formája (tehát nem csak az eljárás megnevezésére használják, hanem codec elnevezésére is). A DVD és BD szabványoknak is része és a HDMI szabvány is alkalmazza.
A 16 és 24 bit közötti különbséget jól példázza a következő két grafikon (szakik kedvéért):
Musical Fidelity Tri-Vista, waveform of undithered 1kHz sinewave at -90.31dBFS, 16-bit LPCM data.
/Forrás: www.stereophile.com/
Musical Fidelity Tri-Vista, waveform of undithered 1kHz sinewave at -90.31dBFS, 24-bit LPCM data.
/Forrás: www.stereophile.com/
Egy hangsáv bitrátájának kiszámítására egy egyszerű képlet szolgál:
Bitmélység * mintavételezési frekvencia * csatornák száma = bitráta
Példa:
16bits * 48,000Hz * 6 csatorna = 4,608,000 bit/másodperc = 4.6Mbps.
LPCM, sávszélesség és az alternatívák
Az LPCM lehet 8, 16, 20, 24 bit mintánként (bit per sample) 8 audio csatornát (7.1) támogat. A mintavételezési frekvencia általában 48 KHz (DVD), de audio CD-k esetén 44.1 KHz, de használható 96, illetve 192 KHz is és audio csatornánként 6.144Mbps sebességet érhet el legfeljebb. A DVD-k legtöbbje 16/48-at ismer, de a BD lejátszók többségénél már 24/48 és a nagyon drága lejátszók esetén 24/96 is lehet. A DVD-audio 24/192-t használ lejátszásra.
Mivel az LPCM tömörítetlen formátum, elég nagy a helyigénye. A stúdiók ezért a master hangsávokat BD kiadásakor 24/48-ról 16/48-ra konvertálják le. Az LPCM-mel kiadott lemezek nagy hányadán 16 bites hangsávokban van az LPCM (helytakarékossági szempontok miatt) és ez a sávszélesség, helyigény miatt korlátot jelent a közeljövőre nézve is.
Erre a problémára (is) megoldás a tömörítés, ám nem mindegy, hogyan tömörítjük a hangot. Ha veszteségmentes tömörítésre van szükség, akkor az eddig használt eljárások nem mindegyike jöhet számításba (DTS-HD HR, DD+). A Dolby és a DTS két megoldást kínál: TrueHD és DTS-HD MA. Ezekkel az eljárásokkal tulajdonképpen zip tömörítést lehet végrehajtani az eredeti hangsávon és mivel teljesen veszteségmentes tömörítést garantálnak, a lejátszó vagy a HDMI 1.3 által kicsomagolt hang bitek szintjén egyezni fog az eredetivel. Így helyet spórolhatnak meg a gyártók és megtartható a 24 bites master audio.
A TrueHD és a DTS-HD MA is változó bitrátájú, de azért általánosságban elmondható, hogy fele annyi helyen is elfér, mint az LPCM, fele annyi átlagos bitrátával, ugyanolyan minőségben.
TrueHD/DTS-HD MA
A TrueHD jellemzője, hogy 24/96-ot tud 8 csatornán vagy 192Khz-et 6 csatornán, maximum 18Mbit-en (a gyakorlatban 5Mbit alatt mozog a tömörítés miatt). A Blu-Ray szabvány opcionális codec-ként jelölte meg, ám használatakor különálló AC3 hangsávnak is kell lennie a lemezen a régebbi lejátszók miatt. Természetesen minden TrueHD képes eszköznek is tudnia kell 2 csatornába downmix-elni a hangot több csatornáról.
A DTS-HD MA kicsit más utat járt be, de ma már szintén részét képezi a legtöbb lejátszónak a codec. Alapjai a DTS++ és az azt követő DTS-HD, amelyek veszteséges codec-ek, ám a DTS-HD MA (Master Audio) már veszteségmentesen tömörít.
A TrueHD és a DTS-HD MA HDMI 1.3 kimeneten keresztül továbbítható, mert nincs megfelelő protokoll az 1.1-es verzióban hozzájuk. Az LPCM továbbítható 1.1 és 1.3 HDMI csatolófelületen is.
Érdemes tudni, hogy a TrueHD és DTS-HD MA formátunok használata kizárja az olyan haladó funkciók használatát, mint a PiP kommentárok. Ha számítógépen játszunk le filmeket PiP kommentárral, akkor a szoftver (pl.: PowerDVD) fogja kicsomagolni a hangot és LPCM-ként továbbítani.
Gyakorlati példák
Az LPCM egyik nagy hátránya, mint láthattuk, a tárhely pazarlása. Gyakorlatilag egy 6.9Mbps LPCM 6.9Mbit-et fog használni intenzív robbanásoknál, szintén 6.9Mbit-et egyszerű dialógusoknál és csendnél is. Ez pazarlás. A tömörített formátumok a csendesebb, kevésbé igényes részeket jobban, míg a sávszélességre igényesebbeket kevésbé tömörítik, vagyis változó bitrátát használnak.
A Pókember 3 BD kiadásán például a TrueHD hangsávok 3.45Mbps bitrátát használnak, míg az LPCM 6.9Mbps, vagyis a tömörítés 2:1 arányú. A film 139 perces és 6 csatornát használ, így hangsávok helyigénye:
24/48 TrueHD @ 3.45Mbs = 3.6GB
16/48 LPCM @ 4.6Mbps = 4.8GB
És ez még csak a 16 bites, 6 csatornás LPCM! 24 bites esetén még több helyet foglalna (7.2GB), nem is beszélve a 8 csatornás változatról, ami 9.2GB-ot. Ez mind az extrák, a PiP és akár a film minőségének rovására menne.
A mai BD filmek egy része még mindig MPEG-2 tömörítést használ, ami szintén eléggé helyigényes és általában BD25, vagyis 25 GB-os lemezeken adják ki sokukat. A tendencia szerint kezd egyre jobban teret hódítani a BD50 és az AVC (H.264 AVC) + TrueHD kombináció használata, ami mellett azért már több extra és a PiP kommentár is elfér. Az LPCM mellett tehát valóban van létjogosultsága a tömörített formátumoknak.
Adott egy BD50 7.1-es 24/48 LPCM hanggal, összesen 48Mbps adatsebességgel, MPEG-2 tömörítéssel. A film 139 perces. Ha levonjuk a hangot, akkor marad 38Mbps. Általában mindig van 2-3 másik nyelv is, jellemzően 640Kbps Dolby Digital minőségben, ezeket is vonjuk le. Egy PiP kommentár általában 6Mbps-t foglal el, vonjuk le ezt is és az interaktív tartalmakat, így marad nagyjából 30Mbps a filmre. Ha ez a film AVC tömörítéssel kerül ki, akkor lényegesen jobb minőség érhető el ugyanilyen bitsebesség mellett és akkor még extra nincs is a lemezen. Egy hosszabb filmnél pedig már jelentősebb a minőségvesztés LPCM-et használni.
Néhány jellemző hangsávbeállítás összehasonlítása:
LPCM
2 óra @ 5.1 16/48 LPCM = 4.14GB @ 4.6Mbps (a legtöbb LPCM-et használó BD kiadás ezt a beállítást használja helytakarékosság miatt)
2 óra @ 7.1 16/48 LPCM = 5.52GB @ 6.13Mbps
2 óra @ 5.1 24/48 LPCM = 6.21GB @ 6.9Mbps (BD50 + AVC kiadások egy része)
3 óra @ 5.1 24/48 LPCM = 9.32GB @ 6.9Mbps
2 óra @ 7.1 24/48 LPCM = 8.28GB @ 9.2Mbps
3 óra @ 7.1 24/48 LPCM = 12.42GB @ 9.2Mbps
2 óra @ 7.1 24/96 LPCM = 16.56GB @ 18.4Mbps
3 óra @ 7.1 24/96 LPCM = 24.84GB @ 18.4Mbps
Dolby TrueHD/DTS-HD MA
2 óra @ 5.1 16/48 TrueHD = 1.26GB @ 1.4Mbps ABR
2 óra @ 5.1 24/48 TrueHD = 3.06GB @ 3.4Mbps ABR
3 óra @ 5.1 24/48 TrueHD = 4.59GB @ 3.4Mbps ABR
2 óra @ 7.1 24/48 TrueHD = 4.23GB @ 4.7Mbps ABR
3 óra @ 7.1 24/48 TrueHD = 6.35GB @ 4.7Mbps ABR
Mindenképp érdemes megjegyezni, hogy a 16 bit nem jelent veszteséget a 24 bittel szemben, mert tartalmilag pontosan megegyezik a kettő, csupán minőségükben különböznek!
DTS/ Dolby formátumok, korlátok:
• DTS HD egészen 6.0Mbps-ig BD/ HDMI1.3/
• DTS csak 768Kbps DVD (korlátozva, mert 1.5Mbps a maximum bitrátája)
• DD csak 448Kbps DVD, 640Kbps BD (az idegen nyelveknél alkalmazzák)
• DTS MA egészen 24Mbps-ig BD /HDMI1.3/
• Dolby TrueHD 18Mbps-ig BD /HDMI 1.3/
• Dolby Digital Plus 6Mbps-ig BD /HDMI 1.3/
• LPCM egészen 40Mbps-ig
A hardvergyártók fájdalma és a szoftvergyártók álmatlan éjszakái
HDCP, PAP/PAVP
A HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection) az Intel fejlesztése a digitális tartalmak másolásvédelmére és szükséges licenc kell a DVI, HDMI, GVIF és UDI csatlakozókon történő védett tartalmak lejátszásához. A hangsávok továbbításáról vonatkozóan a következőképpen rendelkezik a szabvány.
A zárt, külön áramköri megvalósítást és annak kódolását eddig a hardvergyártók nem tudták 100%-osan teljesíteni, így ma nincs olyan VGA, ami erre képes. Emellett a szoftvergyártók is csapdában vannak a hibák miatt, így kénytelenek lesznek összefogni, hogy ezt a problémát orvosolni tudják. Az AACS-kódolt tartalmak HDMI-n keresztüli továbbításához PAP/PAVP (Protected Audio Path/Protected Audio/Video Path) szükséges, mert ennek hiányában csupán 16 /48 a maximum, ami kimehet (downsample) és ugyanígy a TrueHD és DTS-HD MA továbbításához is szükséges ennek megléte.
A PAP-hoz kapcsolódik még egy fogalom, a bitstreaming, vagyis a bitfolyamot közvetlenül és érintetlenül a vevő oldalra továbbítása. Ennek a TrueHD/DTS-HD MA átvitelében van szerepe, mert így nem kell LPCM-be átkódolni, "kicsomagolni" az átvitelhez, ergo nincs szükség szoftveres interakcióra.
Hardverek lejátszáshoz - All-In-One
Nézzük, milyen hardverek, milyen mértékben kínálnak megoldást HD-s kép- és hangtovábbításra egybe integrálva.
A PAP/PAVP megvalósításában az Intel G45 integrált chipset ígérte a legtöbbet bejelentéskor, de sajnos nem tökéletes a megoldás, így a bitstreaming, mint folyamat el is felejthető. Viszont ez még mindig jobb, mint az előd, a G35. Az AMD alapokra építkező nVidia 8200/8300 chipkészlet ennél sokkal jobban teljesít, igaz nincs még nyoma sem a PAP-nak benne, de sokak véleménye szerint egy Phenom X3 kíséretében tökéletes HTPC építhető vele. Intel-es verziója, a 9300/9400 még kiadás előtt áll, de hasonló teljesítményre számíthatunk itt is.
Összehasonlításként itt egy diagram az integrált chipset-ek képességeiről (Spider Man 3 Dolby TrueHD 7.1 és LPCM 5.1 hangsávokkal):
A tömörített formátum lejátszása csupán néhány százalékkal ugyan, de jobban megterheli a processzort. Az is látszik, hogy a G35 nem igazán alkalmas választás.
Az ATI HD 4000 sorozat a diszkrét VGA-kat képviseli a mezőnyben, ám legnagyobb hátránya ennek a kártyának is a PAP hiánya, így szoftveres beavatkozásra kényszerül. Ezt leszámítva kiváló teljesítménnyel bír és HD lejátszás mellett játékra is nyugodtan használhatóak. Támogat 8 csatornás LPCM továbbításat integrált hangkeltő eszközén keresztül. PAP hiányában TrueHD és DTS-HD MA formátumokat nem tud bitstream-ben továbbítani, így mindenképp szoftveres beavatkozásra van szükség, így viszont csupán 16 biten mennek ki a hangsávok.
Feltűnt még a piacon két hangkártya, amelyek tulajdonságai között fellelhető a HDMI-n keresztüli PAP/PAVP továbbítás támogatása. Az első az Asus Xonar HDAV, amely sajnos fiaskó lett, mert a béta driverek és az igen kevés beállítási opció eléggé riasztó hatásúak. Csak az Arcsoft TMT-vel működik együtt. A másik kártya az Auzentech X-Tension HDMI, amelyről igen kevés gyakorlati információ, tapasztalat áll még rendelkezésre, de annyit lehet tudni biztosan, hogy a PowerDVD-vel fog együttműködni, illetve a marketing szöveget:
"We developed the Auzen X-Tension HDMI 1.3 board before entering into agreements with Creative, Cyberlink and Silicon Image. These agreements have made the impossible, possible -- by uniting the technologies necessary to fully support HDMI 1.3 in compliance with HDCP and AACS," said Stephane Bae.
Reméljük, jobban indul majd a bevezetése, mint az Asus termékének.
És itt van ugye a jó öreg Sony PS3. Alkalmas bitstreaming-re is, vagyis képes a hangot érintetlenül kiküldeni a vevő felé. Választható PCM és bitstream mód aszerint, hogy milyen formában szeretnénk továbbítani a hangot.
Mint látható, a másolásvédelem hardveres, szoftveres implementálása egyelőre gondot jelent minden szereplőnek. Van honnan kiindulni és van hova fejlődni mindenkinek. Ami a hangsávok hatékony tömörítését illeti, az eszköz a kezünkben van a TrueHD és DTS-HD MA formájában, már csak hardver és szoftver kell, ami képes az ezekkel járó védelmi rendszer minden kritériumát teljesíteni. Sokan túlzónak tartják ezeket a védelmi eljárásokat, mert kikerülhetőek, viszont az implementálásuk nem egyszerű feladat.
És legvégül itt egy link, ahol a BD-n kiadott lemezeket gyűjtik:
Blu-ray Statistics
