Základní informace o AUDIO formátech na blu-ray

22.12.2019

Nedávno jsem se bavil s člověkem, u kterého, jakožto majitele blu-ray přehrávače a AV receiveru s reproduktorama, jsem tak nějak automaticky předpokládal, že má základní přehled o jednotlivých audioformátech, které jsou na blu-ray discích k dispozici, jak je poslat do receiveru, a co a kde nastavit, aby z toho vymáčknul maximum. Omyl, nevěl ani ň, pro něj bylo všechno surround 5.1, o datovém toku vůbec netušil, a tím naše diskuze vlastně zhasla. To byl podnět k napsání tohotu textu, kde mi zdrojem informací byl web Home Cinema Guide (thx!). Stejně jako u mého předchozího příspěvku upozorňuju, že nejsem žádný audiofil nebo hifista, takže budu rád, když můj text dopřesníte a rozšíříte o vaše znalosti.

V současnosti existuje pro formát blu-ray (a ultra HD blu-ray) 9 různých zvukových formátů, z nichž některé jsme měli tu čest poznat už v dobách DVD, a některé až později s nástupem blu-ray nosičů.

Tři z nich musí umět přímo zpracovat (dekódovat) KAŽDÝ blu-ray přehrávač, a u těch ostatních záleží jen na výrobci, jestli svůj přehrávač lepším dekodérem vybaví, nebo ne. U nadpisů jednotlivých formátů napíšu buď že je blu-ray přehrávač musí umět (uvedu jako “povinný”), nebo nemusí (uvedu jako “volitelný”). Pokud zvuk řešíte externě za použití nějakého staršího AV receiveru, který neumí zpracovat novější formáty zvuku, pak pravděpodobně budete chtít přehrávač, který bude sám o sobě umět tyto formáty dekódovat a poslat už zpracované do zesilovače a na repráky. Pokud máte novější AV receiver, může vám být do určité míry ukradené, co všechno umí nebo neumí váš přehrávač, protože KAŽDÝ přehrávač dokáže na výstup poslat surová audio data, tzv. bitstream, a nechat je zpracovat až AV receiver (v takovém případě nastavte v menu přehrávače u audio výstupu “bitstream”). Samozřejmě tady záleží na tom, co všechno umí zpracovat váš AVR, to je základní věc, kterou byste o vašem receiveru měli vědět (např. nebudu na blu-ray volit Dolby Atmos, když ho můj receiver neumí zpracovat, nebo na něj nemám dostatek kanálů/reproduktorů).

Pojďme na to.

1. Linear PCM (povinný)

Někdy též uváděný jako LPCM nebo prostě jen PCM.

PCM audio (z anglického “Pulse-code modulation”, česky “Pulzně kódová modulace”) je standard, který vznikl pro CD a DVD technologii, a používá se i pro novější média blu-ray a ultra hd blu-ray. Je to nekomprimovaný formát, který ve své specifikaci zvládne až 8 kanálů, takže může poskytnout až 7.1. Obvykle ale narazíte na stereo 2.0, nebo 5.1. Ačkoliv tento format zvládne až 24-bitovou vzorkovací frekvenci, často je na discích uložen v 16-bitu, kvůli úspoře místa.

(Pozn. Vzorkovací frekvence (hodnota uváděná v kHz) je veledůležitý údaj, který nám říká, jak kvalitně byla analogová křivka (amplituda) zvukového signálu (zjednodušeně zvuk, který vznikne v reálném světě a je zaznamenán mikrofonem) převedena pomocí A/D (analog/digital) převodníku do digitální podoby. Vezmeme-li v potaz, že analogová amplituda zvuku je plynulá, definovaná nekonečným množstvím bodů, pak její digitální verze bude “schodovitá” nebo chcete-li “hranatá”, z podstaty binárního vyjádření. Vzorkovací frekvence je tedy počet bodů, který digitální převodník vytvoří na oné křivce v čase. Tedy čím větší frekvence (větší množství bodů za stejný čas), tím jemnější schodovitost křivky a kvalitnější digitální záznam a následná reprodukce. Pro zajímavost uvedu, že vzorkovací frekvence hlasu, který posloucháme při telefonickém hovoru na našem mobilu, je 8 kHz (proto zní tak, jak zní, tedy plechově), kdežto např. na audio CD je 44,1 kHz.)

LPCM audio je bezztrátové (lossless) a není komprimované (uncompressed). Tzn. zvuková stopa uložená v LPCM bude znít stejně dobře jako Dolby TrueHD a DTS HD-Master Audio. Všechny jsou odvozené ze stejného zvukového masteru.

Šestikanálové LPCM 5.1 proleze přes jakoukoliv verzi HDMI (tedy i přes stařičkou verzi 1.0), ale přes optický nebo koaxiální výstup bude takový signal “degradovaný” (downmixovaný) na stereo 2.0.

2. Dolby Digital (povinný)

Formát známý jako Dolby AC-3, Dolby 2.0 nebo DD 5.1, a to už z dob DVD.

Dolby Digital podporuje maximálně 6 kanálů, takže v prostorovém zvuku je limitovaný na 5.1. Počet kanálů může být menší, např. stereo 2.0 a pod. Maximální vzorkovací frekvence DD je 48 kHz.

Je to ztrátový (lossy), komprimovaný formát (compressed), takže některé informace z originálního zvukového masteru se při převodu do DD prostě ztratí. Dolby Digital zvládne maximální datový tok 640 kb/s.

Dolby AC-3 proleze přes HDMI jakékoliv specifikace, stejně tak přes optiku/coax.

Na některých blu-ray můžeme najít zvukovou stopu Dolby Digital 5.1 EX. Tato verze má navíc jeden zadní střední kanál, který je maticově zakódovaný v zadním levém a v zadním pravém kanálu. V takovém rozvržení je tedy vzadu jeden reproduktor navíc, uprostřed mezi zadními surroundy.

3. DTS (povinný)

DTS je vícekanálový formát vyvinutý společností Digital Theatre System (odtud zkratka DTS). Označený bývá jako DTS 5.1 nebo DTS Surround. DTS patří ke konkurentům formátů Dolby Digital.

Stejně jako Dolby Digital, je DTS limitovaná maximálně 6 kanály a audio stopa je ztrátová a komprimovaná. Pozor, mluvím o “základním” DTS. Později zmíním i novější DTS formáty, které jsou bezztrátové.

DTS zvládne, narozdíl od Dolby Digital, větší datový tok, a to až 1500 kb/s. Bohužel, obvyklé hodnoty na blu-ray discích bývají nižší, někdy jen 768 kbit/s.

Stejně jako u Dolby Digital existuje varianta Dolby Digital 5.1 EX (EX = extra channel) se zadním středovým kanálem navíc, tak i u DTS existuje stejná varianta, nazývaná DTS-ES (ES = Extended Surround), se stejným principem kódování audiostopy.

DTS 5.1 a 7.1 je možné poslat do vašeho AV receiveru i přes optiku/coax.

4. Dolby Digital Plus (volitelný)

Taktéž známý jako DD+ nebo E-AC-3. Je rozšířením standardu Dolby Digital.

Dolby Digital Plus podporuje prostorový zvuk v konfiguraci až 7.1, ale nemálo blu-ray disků je pouze v konfiguraci 5.1. Maximální datový tok tohoto formátu se navýšil na pěkných 6 Mb/s, ale s jásáním bych nepřeháněl, protože v naprosté většině blu-ray disků je z důvodu šetření sražen na nějakých 1,7 Mb/s. Maximální vzorkovací frekvence je 48 kHz a je to ztrátový, komprimovaný formát.

Dolby Digital Plus zvládne propustit HDMI ve verzi 1.3 a vyšší. Není možné ho přenést přes optiku/coax. Pokud se o to přesto pokusíte, přehrávač ven pošle standardní Dolby Digital.

5. DTS-HD High Resolution Audio (volitelný)

Tento kodek je rozšířeným DTS a navyšuje počet kanálů na 7.1. Maximální datový tok je navýšen na 6 Mb/s, což je podstatně víc, než u DTS, ale stále se jedná o ztrátový, komprimovaný formát. Na blu-ray discích bývá na obalu někdy uváděn jako

DTS 7.1-HD HR.

DTS-HD High Resolution Audio nelze přenést přes optiku/koax. Pokud tak učiníte, přehrávač použije “obyčejný” DTS signál. Pro přenos tohoto signálu potřebujete HDMI ve verzi 1.3 a vyšší.

6. Dolby TrueHD (volitelný)

Dolby TrueHD je bezztrátový formát, který je sice na disku komprimovaný, nicméně tvoří přesnou kopii zvukového masteru studia.

Dolby TrueHD podporuje až 14 kanálů, takže 8 kanálů pro rozvržení 7.1 zvládne hravě. 7.1 podporuje až 24-bitů při vzorkovací frekvenci 96 kHz, u 5.1 zvládne 24 bitů při 192 kHz.

V porovnání s DD 5.1 nebo DD+ má tedy zvuková stopa lepší dynamiku, lepší prostorový přednes a na správné aparatuře vykouzlí větší frekvenční rozsah.

Datový tok tohoto prostorového Dolby je navýšen na 18 Mb/s, takže přenos takového signálu je možný pouze přes HDMI. Pokud ho nezpracuje přímo přehrávač, pak je zapotřebí použít HDMI ve verzi 1.3 a vyšší a nechat tento signal dekódovat AV receiver (pokud to umí, samozřejmě), což platí i pro předchozí formáty DD+ a DTS-HD HR. Pokud to přehrávač umí, pak může poslat signál jako LPCM nebo bitstream přes jakoukoliv verzi HDMI.

7. DTS-HD Master Audio (volitelný)

DTS-HD Master Audio je bezztrátová verze DTS. Má nejvyšší datový tok ze všech DTS formátů, tedy 24,5 Mb/s, zvládne 8 kanálů při 24-bitech a vzorkovací frekvenci 96 kHz (u 5.1 je to 24-bitů/192 kHz, stejně jako u Dolby TrueHD). Je to bitová kopie studiového zvukového masteru.

Pokud umí přehrávač samotný tento signál dekódovat, je možné ho poslat do AV receiveru pomocí HDMI 1.1 jako LPCM nebo bitstream. Pokud to přehrávač neumí, je nutné použít HDMI verze 1.3 a vyšší.

8. Dolby Atmos (volitelný)

Dolby Atmos je kodek, který posouvá prostorový zvuk na zcela novou úroveň. Může pojmout až 128 různých zvukových stop. Výhodou Dolby Atmos je mimo jiné i to, že zvukový signál je veden pouze jediným datovým proudem a není už předem dělen na separátní kanály, kterým musí odpovídat rozložení zvukové soustavy. Dolby Atmos tedy nepoužívá předem určené zvukové toky podle striktně nadefinovaného mixu pro jednotlivě kanály, jako u 5.1 nebo 7.1. Tento jediný datový proud je v případě technologie Dolby Atmos rozdělen až dekodérem na základě daného nastavení a konkrétního prostoru. Zvuk tak v konečném důsledku působí mnohem realističtějším dojmem a zároveň se lépe adaptuje na soustavu reproduktorů, které máte doma.

Místo jednotlivých kanálů jsou zvukové stopy definované jako “objekty”. Za objekty jsou považovány ty prvky celého zvukového mixu, které nejsou vázány na konkrétní prostor, v němž je zvuk přehráván (obvykle se „napevno“ umísťuje jen hudba a dialogy). Vše ostatní, jako např. šumění deště, projíždějící auta, padající strom, vystřelené nábojnice nebo hukot mořských vln, se stává zmíněným zvukovým objektem, jehož pozici neurčuje umístění reproduktoru, ale tzv. metadata. Tyto metadata nesou přesnou definici umístění daného objektu v prostoru. Na základě metadat pak system, který datový proud dekóduje (tedy nejčastěji AV receiver, případně soundbar), dopočítává pozici zvukového objektu v prostoru, a to podle konkrétní soustavy reproduktorů, na níž je zvuk přehráván. Nezáleží tedy na tom, jak velký sál si přejete ozvučit či jaký počet reproduktorů používáte. Objekt bude vždy přesně na tom místě, na kterém jej zvukař zamýšlel mít.

K ideálnímu poslechu Dolby Atmos budete potřebovat konfiguraci reproduktorů 5.1.2 nebo 5.1.4 (případně 7.1.2 / 7.1.4) - poslední číslo uvádí počet kanálů pro vytvoření vertikálního prostorového zvuku, zkrátka další 2 nebo 4 reproduktory na stropě - a samozřejmě také AV receiver, který tento formát dokáže zpracovat.

Dolby Atmos není na disku uložen jako samostatný komplexní audio mix, ale zvukové “objekty” jsou zakódovány do stopy Dolby TrueHD (případně do Dolby Digital Plus). K přenosu je tedy zapotřebí HDMI 1.3 a vyšší.

9. DTS:X (volitelný)

DTS:X je další prostorový formát využívající “objektové” audio stopy. Využívá existující stopu DTS-HD Master jako základ. AV receiver podporující tento formát je samozřejmostí.

Rozdíl mezi DTS:X a Dolby Atmos je ten, že DST:X nevyžaduje striktně výškové reproduktory a je možné ho poslat na stávající 5.1 nebo 7.1 konfiguraci.

Kabely! :-)

Výše u jednotlivých audio formátů upozorňuji na limitace průchodu digitálního audio signálu přes různá propojení, zkrátka přes různé kabely. Přišlo mi prospěšný to ještě jednou sepsat, tentokrát podle jednotlivých typů kabelových propojení.

"Coax", správné označení je S/PDIF (zkratka Sony/Philips Digital Interface):

Propustnost je 48 kHz/20 bitů. Přes digitální koaxiální připojení lze poslat nekomprimovaný 2.0 (stereo) signál LPCM, nebo komprimované 5.1 a 7.1 signály Dolby Digital a DTS.

"Optika", správné označení je TOSLINK (neboli zkratka Toshiba Link):

Propustnost je 48 kHz/20 bitů. Přes optiku lze poslat nekomprimovaný 2.0 (stereo) signál LPCM, nebo komprimované 5.1 a 7.1 signály Dolby Digital a DTS. Pokud se divíte, že je to stejné jako "coax", pak ano, TOSLINK vychází ze standardu S/PDIF, s tím rozdílem, že Toshiba zvolila pro přenos signálu po optice červený paprsek s maximální vlnovou délkou 650 nm.

HDMI 1.0

Propustnost dat (bandwidth) je 3.96 Gbit/s. Co se zvukových signálů týče, zvládne 8-kanálové LPCM a vzorkovací frekvenci 192 kHz při 24-bitech. Takže bez obav zvládne kromě zmíněného nekomprimovaného LPCM i komprimované formáty Dolby Digital a DTS.

HDMI 1.1

Totéž jako 1.0, jen přidává podporu DVD-audio (v rámci tohoto textu irelevantní).

HDMI 1.2

V rámci audia totéž jako předchozí spefifikace, jen přidává podporu SACD.

(HDMI ve verzi 1.2a přidává podporu CEC, jen pro úplnost)

HDMI 1.3

Propustnost dat je 8.16 Gbit/s. Zvládne navíc kromě výše uvedeného "základu" i DTS-HD High Resolution Audio, Dolby TrueHD a DTS-HD Master.

HDMI 1.4

Přidává podporu ARC, jinak audio formáty beze změny (verze 1.4 přidává mimo jiné i podporu 3D obrazu).

HDMI 2.0

Propustnost dat je 18.0 Gbit/s (hustý!). Současné audio formáty přenese všechny (hlavní deviza verze 2.0 v rámci obrazu je schopnost přenášet metadata HDR!).

HDMI 2.1

Propustnost dat je 42.66 Gbit/s, což je skoro trojnásobek než u verze 2.0 (brutál!). Protože od verze 2.0 se neobjevil žádný nový audio formát, tak v rámci zvuku je to stejné, jako u verze 2.0 (specifikace 2.1 má přínos hlavně u video signálu, je schopné přenést 4K video při 120 Hz a 8K video při 60 Hz!)

Protože do tohoto textu už brejlím pár hodin, je dost možný, že jsem se někde upsal. Takže pište, zpresňujte, doplňujte, opravujte. Díky a všem přeju hezký svátky.

Vodouch