Добро пожаловать, Гость! Авторизоваться или зарегистрироваться.
  Ваша корзина пуста!
Рубрики
Голосования
15 ноября 2013

Что такое аудио формат DSD


 

 
DSD (Direct Stream Digital) — однобитный аудиоформат, разработанный компаниями Sony и Philips, в котором используется кодирование плотностно-импульсной модуляции Pulse Density Modulation (PDM), разновидность сигма-дельта-модуляции и применяется для хранения звукозаписей на оптическом носителе SACD (Super Audio CD).
 
Изначально SACD предполагался как архивный формат звукозаписывающей компании Sony Music для перевода музыкального архива в цифровой формат.
 
Аналоговый звуковой сигнал конвертируется в цифровой с помощью дельта-сигма модуляции при частоте дискретизации 2 822,4 кГц (в 64 раза больше, чем у CD Audio при частоте 44,1 кГц), но с разрешением 1/16 от разрешения в 16 бит. Для снижения уровня шумов в пределах частного диапазона полезного сигнала используется технология «Формирование шума» (перемещение частотного спектра шума дискретизации в верхнюю или нижнюю октавы за пределы слышимого диапазона) реализуется посредствам использования супердискретизации сигнала 64х для уменьшения шума и искажений, вызванных погрешностью квантования аудиосигнала до одного бита.
 
Избыточное семплирование имеет большое значение при устранении шумов квантования, вносимых квантователем. Поскольку сигнал передискретизирован, соседние отсчеты коррелируют друг с другом. В итоге так называемого «сетевого эффекта» мощность шума в частотном диапазоне, занимаемом полезным сигналом, уменьшается пропорционально повышению частоты дискретизации. Таким образом, отношение сигнал/ шум увеличивается, когда частота дискретизации становится больше. Передискретизация позволяет избежать необходимости предварительного фильтрования и сохраняет гармоники в их первоначальном состоянии. Фазовая характеристика становится более схожей с высокочастотной характеристикой аналоговых систем.
 
Положительное изменение амплитуды будет представлено всеми «1». Отрицательное — всеми «0». Нулевая точка будет представлена сменой двоичного числа. Поскольку значение амплитуды аналогового сигнала в каждый момент представлено в виде плотности импульсов, этот метод иногда называют плотностно-импульсной модуляцией Pulse Density Modulation (PDM).
 
 
 

Преимущества формата DSD

  • превосходные частотные и фазовые характеристики
  • помехоустойчивость
  • более простая обработка и коммутация
  • снижение влияния ошибок
  • возможность усовершенствования без ущерба для совместимости носителей
  • oднобитный формат DSD не нуждается в кадровой структуре и не требует многоразрядных шин, что дает несколько важных технических преимуществ:
  • соединение осуществляется одной парой проводников (как в аналоговой технике)
  • нет необходимости создания буфера для хранения многоразрядного слова. Поскольку система одноразрядная, нет также необходимости усложнять её синхронизацией
  • эффекты задержек отсчетов (джиттер) незначительны, поскольку задержка нескольких отсчетов при передискретизации оказывает на аудиосигнал минимальное влияние, так как даже при самой высокой частоте сигнала составляет малую часть периода; в многоразрядных системах задержка на один отсчет будет равняться уже половине периода высокочастотных компонентов сигнала.
  • блоки обработки и микросхемы имеют меньше соединений и могут использовать последовательный интерфейс.
  • DSD способен обеспечить динамический диапазон 120 дБ от 20 Гц до 20 кГц. Значительное повышение уровня шума происходит за границей слышимого диапазона свыше 20 кГц
 

Применение технологии DSD

Используется в носителях SACD
DSD-диск — оптический диск (DVD-R, DVD+R, DVD-RW или DVD+RW), содержащий файлы DSD с расширением *.DSF, который может проигрываться на компьютере или другом оборудовании, поддерживающем воспроизведение этих файлов. Содержит аудиофайлы высокого разрешения с частотой дискретизации 2822,4 кГц. Качество аудиозаписи на DSD-диске такое же, как на SACD, с тем отличием, что на первом не может быть записан многоканальный сигнал. Фирмой Sony разработана спецификация под названием DSD Disc Format, которой пользуются некоторые звукозаписывающие фирмы для выпуска DSD-дисков. Этот формат является открытым, и при наличии специального ПО такой диск может быть подготовлен в бытовых условиях и содержать файлы DSD, полученные, например, через Интернет. Фирма Mytek Digital выпускает отличные ЦАП способные напрямую обрабатывать DSD поток, очень популярен их продукт Mytek Digital Stereo192-DSD DAC Black Preamp Version.
 
С 2010 года в Интернете стали распространяться аудиофайлы DSD, имеющие расширение DSDIFF или DSF. С помощью специального ПО и ЦАПа они могут воспроизводиться на компьютере, либо могут быть преобразованы в ИКМ-файлы для последующего прослушивания.
 

Сравнение DSD с PCM

Звук SACD сохраняется в формате, называемом Direct Stream Digital (DSD), который отличается от обычного PCM (Импульсно-кодовая модуляция - ИКМ) используемого в компакт-дисках или в обычных компьютерных аудио системах.
Рекордер Direct Stream Digital (DSD) использует модуляцию сигма-дельта. Разрешение DSD составляет 1 бит с частотой сэмплирования 2,8224 МГц. Выходной сигнал рекордера DSD чередуется между уровнями положений "включено" и "выключено" и представляет собой двоичный сигнал - bitstream. Долгосрочный средний коэффициент этого сигнала пропорционален исходному сигналу. В DSD используются методы формирования шума для того, чтобы вывести шумы за пределы слышимого диапазона. В принципе, сохранение потока bitstream в DSD позволяет проигрывателю SACD использовать базовую (однобитную) схему ЦАП, которая включает в себя аналоговый фильтр низкого порядка. Формат SACD способен передавать динамический диапазон 120 дБ от 20 Гц до 20 кГц и расширенный частотный диапазон до 100 кГц, хотя большинство имеющихся в настоящее время плееров заявляют верхний предел 80-90 кГц, а 20 кГц является верхним пределом восприятия человеческого слуха.
 
 
 
Процесс создания сигнала DSD концептуально походит на использование 1-битного аналогово- цифрового (A/D) преобразователя дельта-сигма и исключения decimator (прореживателя), который преобразует 1-битный поток bitstream в многобитный PCM. Вместо того, чтобы записывать напрямую 1-битный сигнал, теоретически требуется только низкочастотный фильтр для восстановления исходного аналогового сигнала. На самом деле это сложнее, и аналогия является неполной при таком 1-битном преобразовании сигма-дельта, и в наши дни имеет довольно редкое применение, одна из причин заключается в том, что 1-битный сигнал не может быть должным образом дитерингован: большинство современных преобразователей сигма-дельта являются многобитными.
 
Из-за характера преобразователей сигма-дельта, прямое сравнение между DSD и PCM не представляется возможным. Однако возможно некоторое приближение, если преобразовать DSD в некоторых аспектах сопоставимый с форматом PCM, который имеет разрядность 20 бит и частотную дискретизацию 96 кГц. Дискретизация PCM - 24 бит обеспечивает (теоретически) дополнительный динамический диапазон 24 дБ.
 
 
Ввиду того, что было чрезвычайно трудно осуществить DSP операции (например работу с эквализацией, балансом, панорамированием и другими изменениями в цифровом виде) в 1- битной среде, а также распространенности студийного оборудования, такого как Pro Tools, которое исключительно работает на основе PCM, подавляющее большинство дисков SACD – в особенности рок и современная музыка, которая опирается на многоканальную технику – фактически микшировались в PCM (или микшировалась в аналоге, а записывались на PCM рекордеры), а затем преобразовывалась в DSD для мастеринга в SACD.
 
Для решения некоторых подобных проблем, был разработан новый студийный формат, как правило, его называют «DSD-wide», который сохраняет высокую частоту дискретизации стандартного DSD, но использует 8-бит, а не однобитовый digital word length, при этом в значительной мере опирается на принцип «формирования шума». Он становится почти таким же, как PCM (его иногда пренебрежительно называют "PCM - narrow"), но имеет дополнительные преимущества и более практичен при DSP операциях в студии. Главное отличие в том, что "DSD-Wide" по-прежнему сохраняет частоту дискретизации 2,8224 МГц (64Fs) в то время как самая высокая частота РСМ - 352,8 кГц (8FS). Затем сигнал "DSD-Wide" преобразуется с понижением в обычный DSD для мастеринга SACD. В результате этой технологии и других улучшений, в настоящее время существует несколько цифровых аудио рабочих станций (DAWs), которые работают или могут работать в области DSD, в частности Pyramix и некоторые системы SADiE.
 
 
Другой формат для редактирования DSD это DXD (Digital eXtreme Definition), формат PCM с 24- битным разрешением дискретизации 352,8 кГц (или как вариант 384 кГц).
 
Обратите внимание, что PCM высокого разрешения (DVD-Audio, HD DVD и Blu-ray Disc) и DSD (SACD) все еще могут технически отличаться на высоких частотах. Фильтры восстановления обычно используются в системах декодирования PCM, таким же образом как и раньше, поэтому обычно используются ограничивающие фильтры пропускной способности в системах кодирования PCM. Любые ошибки или нежелательные объекты привносимые такими фильтрами, как правило, влияют на конечный результат. Явное преимущество DSD, заключается в том, что подобная фильтрация не используется. Динамический диапазон DSD быстро спадает при частотах свыше 20 кГц благодаря использованию системы подавления шумов, а также во всех плеерах SACD используется дополнительный фильтр низких частот 50 кГц для обеспечения безопасности, в  ситуациях, когда усилители или колонки не будут выдавать искаженный выходной сигнал, если в сигнале присутствует шум свыше 50 кГц.
 

Схематичное объяснение DSD

 
 

Схема PCM  (Pulse Code Modulation) Импульсно-кодовая модуляция - ИКМ

 

 

 

 

Схема DSD (Direct Stream Digital)


 

 

 

Модуляция Дельта-Сигма

 

Спектральный DSD vs. PCM

 

DSD как формат кодирования

 

 

 

DSD как формат кодирования

 

DSD как формат кодирования

 

Результат кодирования PCM 1FS

 

Результат кодирования PCM 2FS

 

Результат кодирования DSD

 

 

Записи DSD

  • Существует много записей, которые были преобразованы из оригинальных записей PCM
  • Лейблы Audiophile имеют большие библиотеки записей DSD, которые используется для SACD
  • Записи DSD все более доступны для скачивания через Интеренет 
 

Показатели скорости загрузки

  • Размеры файлов для 3 минутной песни и время загрузки (при условии скорости подключения к Интернет 5 мб/сек)
 
Redbook (16/44.1kHz)   32 мб   1 мин.
24/88.2kHz    95 мб. 2.6 мин.
24/96kHz  103 мб. 2.8 мин.
24/176.4kHz 190 мб. 5 мин.
DXD (24/352.8kHz) 380 мб. 10 мин.
DSD   127 мб.   3.4 мин.
 
                   
 

Оборудование для проигрывания DSD

  • Cуществует много ЦАПов, в которых используются стандартные готовые чипы, которые либо не понимают DSD, либо конвертируют поток DSD через PCM для преобразования в аналоговый звук
  • Есть производители, которые создают ЦАПы, способные конвертировать DSD в аналог напрямую без обходных путей
  • Уже имеется много программ способных проигрывать как DSD так и PCM файцлы на Mac и PC  
 

Открытый стандарт DSD-over-PCM (DoP)

  • Обеспечивает отправку данных DSD по стандартным интерфейсам PCM (например AES/ EBU, SPDIF, USB и т.д.)
  • Без преобразования в PCM!
  • Поддерживается наибольшим количеством производителей ЦАП и программного обеспечения для воспроизведения 

Ссылки на внешние ЦАП

 
Благодаря DoP (DSD через PCM) любой стандартный интерфейс PCM может использоваться для DSD, а именно:

 

AES / EBU

  • Плюсы: длинный кабель, синхронизация  
  • Минусы: ограниченная частота дискретизации, требуется второй канал для мастер клока

 

S / PDIF

  • Плюсы: синхронизация  
  • Минусы: короткие кабеля, ограниченная частота дискретизации, требуется второй канал для мастер клока
 

HDMI

  • Плюсы: синхронизация, DSD
  • Минусы: ограниченная частота дискретизации, ограниченная длина кабеля, дороговизна, нет настройки мастер клока
 

USB

  • Плюсы: стандартный на всех компьютерах, поддержка стандартных операционных систем, открытость (может поддерживать DSD или любые будущие форматы), нет ограничения по частоте дискретизации, не требуется второй канал для мастер клока
  • Минусы: ограниченная длина кабеля, асинхронность
 

Firewire

  • очень похож на USB, но все менее и менее популярен среди производителей компьютеров 

RustGL

Вернуться назад

© 2009-2017. Интернет-портал профессионального музыкального оборудования.
Телефон: +7 (916) 705-09-59   E-mail: info@proitems.ru   605-186-939
При копировании материалов с сайта обязательна ссылка на источник. Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации.