Матричный декодер - Matrix decoder

Матричное декодирование аудиотехнология, в которой небольшое количество дискретных аудиоканалы (например, 2) декодируются в большее количество каналов при воспроизведении (например, 5). Каналы обычно, но не всегда, организованы для передачи или записи кодером и декодируются для воспроизведения декодером. Функция состоит в том, чтобы разрешить многоканальный звук, например квадрофонический звук или объемный звук кодироваться в стереофонический сигнал и, таким образом, воспроизводиться как стерео на стереофоническом оборудовании и как объемное звучание на оборудовании объемного звучания - это «совместимый» многоканальный звук.

Обработать

Матричное кодирование делает не позволяют кодировать несколько каналов в меньше каналов без потери информации: нельзя уместить 5 каналов в 2 (или даже 3 в 2) без потери информации, так как это теряет Габаритные размеры: декодированные сигналы не независимый. Идея состоит скорее в том, чтобы закодировать что-то, что будет как приемлемым приближением объемного звука при декодировании, так и приемлемым (или даже превосходным) стерео.

Обозначение

Обозначение для матричного кодирования состоит из количества исходных дискретных аудиоканалов, разделенных двоеточием, от количества кодированных и декодированных каналов. Например, четыре канала, закодированные в два дискретных канала и декодированные обратно в четыре канала, будут обозначены:

4:2:4

Некоторые методы извлекают новые каналы из существующих без специального кодирования источника звука. Например, пять дискретных каналов, декодированных в шесть каналов, будут записаны:

5:5:6

Такие производные "декодеры" канала могут использовать преимущества Эффект Хааса, а также звуковые подсказки, присущие исходным каналам.

Разработано множество методов матричного кодирования:

Матрица Dynaquad (2: 2: 4) / (4: 2: 4)

В Dynaquad матрица, введенная в 1969 г., была основана на Схема Хафлера для получения обратных каналов из обычной стереозаписи (2: 2: 4) эта матрица также использовалась для определенного кодирования 4 звуковых каналов в некоторых альбомах (4: 2: 4).^[1]

Матрица кодирования

Матрица	Левый фронт	Правый передний	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	1.0	0.25	1.0	-0.5
Право Всего	0.25	1.0	-0.5	1.0

Матрица декодирования

Матрица[2]	Левый фронт	Спереди справа	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	1.0	0.0	0.64	-0.36
Право Всего	0.0	1.0	-0.36	0.64

Electro-Voice Stereo-4 матрица (2: 2: 4) / (4: 2: 4)

Матрица Stereo-4 была изобретена Леонард Фельдман и Джон Фикслер, представленные в 1970 году и проданные Электро-Голос и Radio Shack. Эта матрица использовалась для кодирования 4 звуковых каналов на многих альбомах записи (4: 2: 4).^[3]

Матрица кодирования

Матрица	Левый фронт	Правый передний	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	1.0	0.3	1.0	-0.5
Право Всего	0.3	1.0	-0.5	1.0

Матрица декодирования

Матрица[2]	Левый фронт	Правый передний	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	1.0	0.2	1.0	-0.8
Право Всего	0.2	1.0	-0.8	1.0

Матрица SQ, "Stereo Quadraphonic", CBS SQ (4: 2: 4)

Матрица	Левый фронт	Правый передний	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	1.0	0.0	k0,7	0.7
Право Всего	0.0	1.0	-0.7	j0,7

${\displaystyle j=+90^{\circ }}$ сдвиг фазы, ${\displaystyle k=-90^{\circ }}$ сдвиг фазы

Базовая матрица SQ имела аномалии моно / стерео, а также проблемы с кодированием / декодированием, которые сильно критиковались Майкл Герзон и другие.^[4]

Попытка улучшить систему привела к использованию других кодировщиков или методов захвата звука, но матрица декодирования осталась неизменной.

Датчик положения

Кодер N / 2, который кодировал каждую позицию в круге на 360 ° - у него было 16 входов, и каждый мог быть набран в желаемом точном направлении, генерируя оптимизированный код.

Прямо-ориентированный кодировщик

Матрица	Левый фронт	Спереди справа	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	1.0	0.0	0.7	k0,7
Право Всего	0.0	1.0	k0,7	0.7

${\displaystyle j=+90^{\circ }}$ сдвиг фазы, ${\displaystyle k=-90^{\circ }}$ сдвиг фазы

Прямо-ориентированный кодировщик заставлял центральную заднюю часть кодироваться как центральную переднюю и был рекомендован для использования в прямом эфире для максимальной совместимости с моно - он также оптимальным образом кодировал центральный левый / центральный правый и оба диагональных разделения. -канальные стереозаписи и создают «синтезированный SQ», который при воспроизведении через декодер Full-Logic или Tate DES SQ демонстрирует синтезированный квад-эффект на 180 ° или 270 °. Многие стереофонические FM-радиостанции, транслирующие SQ в 1970-х годах, использовали для этого свои Forward-Oriented SQ encoder. Для SQ декодерыКомпания CBS разработала схему, которая обеспечивала увеличение на 270 ° с использованием фазовращателей на 90 ° в декодере. Сансуи Кодеры QS и декодеры QS Vario-Matrix обладают аналогичными возможностями.

Обратно-ориентированный кодировщик

Матрица	Левый фронт	Правый передний	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	k1.0	0.0	k0,7	0.7
Право Всего	0.0	j1.0	-0.7	j0,7

${\displaystyle j=+90^{\circ }}$ сдвиг фазы, ${\displaystyle k=-90^{\circ }}$ сдвиг фазы

Обратно-ориентированный кодировщик был противоположностью прямому-ориентированному кодировщику - он позволял оптимально размещать звуки в задней половине комнаты, но приносил в жертву моно-совместимость. При использовании со стандартными стереозаписями он создавал «сверхширокое» стерео. со звуками вне динамиков.

Некоторые микшеры кодирования имели полосы каналов, переключаемые между ориентированным вперед и назад кодированием.

Лондонский бокс

Он закодировал центральную заднюю часть таким образом, что он не отменялся при монофоническом воспроизведении, поэтому его выход обычно смешивался с выходным сигналом кодировщика положения или кодировщика с прямой ориентацией. После 1972 года подавляющее большинство альбомов с кодировкой SQ было микшировано либо с помощью позиционного кодировщика, либо с помощью прямого кодировщика.

Гентский микрофон

Кроме того, CBS создала микрофон SQ Ghent, который представлял собой пространственную микрофонную систему с использованием Neumann QM-69 микрофон. Сигналы от QM-69 были дифференцированы, а затем преобразованы по фазе в 2-канальный SQ.^[5]С микрофоном Ghent SQ был преобразован из матрицы в ядро, и можно было получить дополнительный сигнал для обеспечения производительности N: 3: 4.

Универсальный SQ

В 1976 г. Бен Бауэр интегрированная матрица и дискретные системы в USQ или Universal SQ. Это была иерархическая дискретная матрица 4-4-4, которая использовала матрицу SQ в качестве основной полосы для дискретных квадрофонический FM вещает с использованием дополнительных разностных сигналов, называемых «Т» и «Q». Для вещания USQ FM дополнительная модуляция "T" была размещена на частоте 38 кГц в квадратуре к стандартному разностному стереосигналу, а модуляция "Q" была размещена на несущей на частоте 76 кГц. Для стандартных 2-канальных широковещательных передач SQ Matrix CBS рекомендовала разместить дополнительный пилот-сигнал на частоте 19 кГц в квадратуре к обычному пилот-тону, чтобы указать сигналы, закодированные SQ, и активировать логический декодер слушателей.

CBS утверждала, что система SQ должна быть выбрана в качестве стандарта для квадрофонической FM, потому что в тестах прослушивания FCC различных предложений четырехканального вещания система 4: 2: 4 SQ, декодированная с помощью декодера CBS Paramatrix, превосходила 4: 3: 4 (без логики), а также все другие протестированные системы 4: 2: 4 (с логикой), приближаясь к производительности дискретной мастер-ленты с очень небольшим запасом.^[6] В то же время «сворачивание» SQ в стерео и моно было предпочтительнее стерео и моно «сворачивания» 4: 4: 4, 4: 3: 4 и всех других систем кодирования 4: 2: 4.

Декодер Tate DES

Система улучшения направленности, также известная как Tate DES, была усовершенствованным декодером, который улучшал направленность базовой матрицы SQ.

Сначала он матрично преобразовал четыре выхода SQ-декодера для получения дополнительных сигналов, затем сравнил их огибающие для определения преобладающего направления и степени доминирования. Секция процессора, реализованная за пределами микросхем Tate IC, применила переменную синхронизацию атаки / затухания для управления сигналов и определил коэффициенты матриц "B" (Blend), необходимые для повышения направленности. На них действовали настоящие аналоговые умножители в ИС матричного умножителя, чтобы умножить входящую матрицу на матрицы «B» и получить выходы, в которых была усилена направленность всех преобладающих звуков.

Поскольку DES мог распознавать все три направления энергетической сферы одновременно и улучшать разделение, он имел очень открытое и «дискретное» звуковое поле.

Кроме того, улучшение было сделано с достаточной дополнительной сложностью, чтобы все недоминантные звуки сохранялись на должном уровне.

Dolby использовала микросхемы Tate DES IC в своих кинотеатральных процессорах примерно до 1986 года, когда они разработали систему Pro Logic. К сожалению, задержки и проблемы удерживали Tate DES IC от рынка до конца 1970-х годов, и только два потребительских декодера когда-либо использовали их, Audionics Space & Image Composer и Fosgate Tate II 101A. В Fosgate использовалась более быстрая обновленная версия ИС, названная Tate II, и дополнительные схемы, которые обеспечивали усиление разделения во всем звуковом поле 360. В отличие от более ранних логических декодеров с полным согласованием волн для SQ, которые изменяли выходные уровни для повышения направленности, Tate DES отменил перекрестные помехи сигнала SQ в зависимости от преобладающей направленности, сохраняя недоминантные звуки и реверберацию в соответствующих пространственных положениях в их правильный уровень.

Матрица QS, «Обычная матрица», «Квадрафонический звук» (4: 2: 4)

Матрица	Левый фронт	Спереди справа	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	0.92	0.38	j0.92	j0,38
Право Всего	0.38	0.92	k0,38	к0.92

${\displaystyle j=+90^{\circ }}$ сдвиг фазы, ${\displaystyle k=-90^{\circ }}$ сдвиг фазы

Матрица H (4: 2: 4)

Матрица H Матрица[7]	Левый фронт	Спереди справа	Левый защитник	Обратно
Осталось Всего	-j0,94	-l0,34	+ к0,94	+ m0,34
Право Всего	+ l0,34	+ j0,94	-m0,34	-k0,94

j = 20 ° сдвиг фазыk = 25 ° сдвиг фазыl = 55 ° сдвиг фазыm = 115 ° сдвиг фазы

Ядро Ambisonic UHJ (3: 2: 4 или больше)

Матрица	W (сигнал давления)	X (передний-задний сигнал)	Y (сигнал влево-вправо)
Осталось Всего	0,470 + к0,171	0,093 + j0,255	+0.328
Право Всего	0,470 + j0,171	0,093 + к0,255	-0.328

${\displaystyle j=+90^{\circ }}$ сдвиг фазы, ${\displaystyle k=-90^{\circ }}$ сдвиг фазы

Дальнейшая информация: Формат Ambisonic UHJ

Dolby Stereo и Dolby Surround (матрица 4: 2: 4)

Dolby Stereo и Dolby Surround также известны как Dolby MP, Dolby SVA и Pro Logic.

Матрица Dolby SVA - это оригинальное название матрицы кодирования Dolby Stereo 4: 2: 4.

Термин «Dolby Surround» относится как к кодированию, так и к декодированию в домашних условиях, тогда как в кинотеатре он известен как «Dolby Stereo», «Dolby Motion Picture matrix» или «Dolby MP». «Pro Logic» относится к декодеру. не используется специальная матрица кодирования Pro Logic.

В Ультра стерео Система, разработанная другой компанией, совместима и использует матрицы, аналогичные Dolby Stereo.

Стерео матрица Dolby проста: четыре исходных канала: левый (L), центральный (C), правый (R) и объемный (S), объединены в два, известных как левый общий (LT) и правый общий. (RT) по этой формуле:

Dolby Stereo Mix	Осталось	Правильно	Центр	Окружать
Осталось Всего	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}}$	${\displaystyle +j{\frac {1}{\sqrt {2}}}}$
Право Всего	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}}$	${\displaystyle -j{\frac {1}{\sqrt {2}}}}$

где j = 90 ° сдвиг фазы

Информация о центральном канале переносится как LT, так и RT в фазе, а информация канала объемного звука как LT, так и RT, но не в фазе. Канал объемного звучания - это единственный ограниченный частотный диапазон (7 кГц фильтр нижних частот^[8]) тыловой моно канал, динамически сжимаемый и размещенный с меньшей громкостью, чем остальные. Это позволяет лучше разделить сигналы.

Это обеспечивает хорошую совместимость как с монофоническим воспроизведением, так и с воспроизведением L, C и R из монофонического динамика с уровнем C на 3 дБ выше, чем L или R, но информация объемного звука отменяется. Это также обеспечивает хорошую совместимость с двухканальным стереофоническим воспроизведением, где C воспроизводится как из левого, так и из правого динамиков, образуя фантомный центр, а объемное звучание воспроизводится из обоих динамиков, но диффузным образом.

Простой 4-канальный декодер может просто послать суммарный сигнал (L + R) на центральный динамик, а разностный сигнал (L-R) - на окружающие. Но такой декодер обеспечит плохое разделение каналов соседних динамиков, поэтому все, что предназначено для центрального динамика, также будет воспроизводиться через левый и правый динамики только на 3 дБ ниже уровня центрального динамика. Точно так же все, что предназначено для левого динамика, будет воспроизводиться как из центрального динамика, так и из динамика объемного звучания, опять же всего на 3 дБ ниже уровня в левом динамике. Однако существует полное разделение между левым и правым, а также между центральным и объемным каналами.

Чтобы преодолеть эту проблему, кинодекодер использует так называемую «логическую» схему для улучшения разделения. Логическая схема определяет, какой канал динамика имеет самый высокий уровень сигнала, и дает ему приоритет, ослабляя сигналы, подаваемые на соседние каналы. Поскольку между противоположными каналами уже существует полное разделение, нет необходимости ослаблять их, фактически декодер переключается между приоритетом L и R и приоритетом C и S. Это накладывает некоторые ограничения на микширование для Dolby Stereo и гарантирует, что микшеры звука правильно микшируют саундтреки, они будут контролировать микширование звука через кодировщик Dolby Stereo и декодер в тандеме. В дополнение к логической схеме канал объемного звучания также запитывается через задержку, регулируемую до 100 мс, чтобы соответствовать аудиториям разного размера, чтобы гарантировать, что любая утечка программного материала, предназначенного для левого или правого динамика, в канал объемного звука всегда слышна первой. от предполагаемого динамика. Это эксплуатирует "Эффект приоритета "локализовать звук в заданном направлении.

Матрица Dolby Pro Logic II (5: 2: 5)

Матрица	Осталось	Правильно	Центр	Задний левый	Задний правый
Осталось Всего	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle {\sqrt {\frac {1}{2}}}}$	${\displaystyle j{\frac {\sqrt {3}}{2}}}$	${\displaystyle j{\frac {1}{2}}}$
Право Всего	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle {\sqrt {\frac {1}{2}}}}$	${\displaystyle k{\frac {1}{2}}}$	${\displaystyle k{\frac {\sqrt {3}}{2}}}$

${\displaystyle j=+90^{\circ }}$ сдвиг фазы, ${\displaystyle k=-90^{\circ }}$ сдвиг фазы

Матрица Pro Logic II обеспечивает стереофонические полночастотные тыловые каналы. Обычно канал сабвуфера управляется простой фильтрацией и перенаправлением существующих низких частот исходной стереодорожки.

Смотрите также

• Формат Ambisonic UHJ
• Dolby Digital
• Dolby Pro Logic
• Эффект Хааса
• Квадрафонический звук
• Объемный звук

использованная литература

1. Фельдман, Леонард (1973). Четырехканальный звук (1-е изд.). Индианаполис IN: Howard W. Sams & C. Inc., стр. 49–51. ISBN  0-672-20966-7.
2. Паттерсон, Табл. «Кодирование SQ дома». Получено 13 августа, 2018.
3. Фельдман, Леонард (1973). Четырехканальный звук (1-е изд.). Индианаполис IN: Howard W. Sams & C. Inc., стр. 44–49. ISBN  0-672-20966-7.
4. Герзон, Майкл (8 декабря 1977 г.). «Не говори четырехугольник - говори психоакустика». Новый ученый. С. 634–636. Прямо-ориентированный кодер - это один из по крайней мере шести различных вариантов кодирования, предлагаемых SQ, так что производители могут сами решить, какой набор ошибок они предпочитают.
5. Бауэр, Бенджамин Б .; Луи А. Аббагнаро; Даниэль В. Граверо; Тревор Дж. Маршалл (январь – февраль 1978 г.). «Гентская микрофонная система для квадрофонической записи и вещания SQ». Журнал Общества звукорежиссеров. AES. 26 (1/2): 2–11.
6. «Субъективная оценка систем воспроизведения FM Quadraphonic - тесты на прослушивание» Федеральная комиссия по связи, офис главного инженера, лабораторный отдел, Лорел, Мэриленд. Номер проекта 2710-1, август 1977 г.
7. P.S. Гаскелл; П.А. Рэтлифф (февраль 1977 г.). «КВАДРАФОНИЯ: достижения в области декодирования Matrix H» (PDF). Исследовательский отдел, Инженерный отдел. Британская радиовещательная корпорация. BBC RD 1977/2. В архиве (PDF) из оригинала 2 октября 2009 г.. Получено 13 августа, 2018.
8. «Принципы работы декодера Dolby Surround Pro Logic II» (PDF). Dolby Laboratories. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-01-28. Получено 2009-12-04.