3.2.8. Реализация цифрового многоканального звука, поддерживаемая стандартом mpeg-2

MPEG-2 специфицирует различия режима передачи многоканального звука, в том числе пятиканальный формат, семиканальный звук с двумя дополнительными динамиками, применяемыми в кинотеатрах с очень широким экраном, расширения этих форматов с низкочастотным каналом. Соответствующее расположение громкоговорителей показано в таблице 3.4 [14]. В данном случае в числителе дроби указывается число фронтальных каналов, в знаменателе – число каналов, излучаемых сзади.

Одной из разновидностей многоканального звука является многоязычное звуковое сопровождение. Оно может осуществляться либо передачей отдельного цифрового потока для каждого языка, либо добавлением нескольких (до 7) языковых каналов 64 кбит/с к многоканальному потоку 384 кбит/с. Возможна передача дополнительных звуковых каналов для людей с ухудшением зрения и слуха (с описанием сцены в первом случае и отдельным каналом диалогов во втором). В кодере MPEG-2 сначала с помощью матрицы формируются комбинированный двухканальный сигнал, совместимый с обычным стереосигналом, и набор вспомогательных сигналов, несовместимых с ним и служащих для восстановления многоканального сигнала в декодере MPEG-2 (рис. 3.18, а). При кодировании двухканальный сигнал укладывается в структуру пакетированного элементарного потока звука и может прочитываться соответствующим декодером. Остальные компоненты после кодирования размещаются в других структурных единицах цифрового потока и также доступны только декодеру MPEG-2.

Таблица 3.4

Иерархия многоканальных звуковых систем согласно Рекомендации bs.775

Система	Каналы	Обозначение	Расположение громкоговорителей
Моно	М	1/0
Моно + моно	М	1/1
Двухканальная стерео	L/R	2/0
Двухканальная стерео + 1 окружающий	L/R/Ms	2/1
Двухканальная стерео + 2 окружающих	L/R/Ls/Rs	2/2
Трехканальная стерео	L/C/R	3/0
Трехканальная стерео + 1 окружающий	L/C/R/Ms	3/1
Трехканальная стерео + 2 окружающих	L/C/R/Ls/Rs	3/2

Учитывая широкое распространение в мире системы Dolby Pro Logic и совместимость ее с обычным стереоканалом, разработчики звукового стандарта MPEG-2 заложили в алгоритм формирование стереосигнала в таком виде, как его формирует указанная система. Владельцы декодера Dolby Pro Logic могут теперь получить многоканальный сигнал двумя способами: либо непосредственно с выхода декодера MPEG-2, либо подав комбинированный стереосигнал (stereo downmix) на вход декодера Pro Logic, который выделит из него многоканальный сигнал (рис. 3.18, б). Соответствующий интерфейс определен в стандарте IEC61937, он основан на линейной передаче звукоданных с ИКМ и скоростью до 1536 кбит/с.

Таким образом, в соответствии с форматом пространственного звука на стороне передачи формируются пять звуковых сигналов (см. рис. 3.18):

• левый L (несет, в основном, информацию о левой фронтальной части звукового поля первичного помещения, например, телевизионной студии);

Рис. 3.18. Обработка многоканального звукового сигнала в кодере и декодере MPEG-2:

а) кодер; б) декодер

• правый R (несет, преимущественно, информацию о правой фронтальной части звукового поля студии);

• фронтальный С (несет информацию о фронтальной части звукового поля студии);

• левый эффектный тыловой Ls (несет, в основном, информацию о реверберирующих звуках левой тыловой части звукового поля студии);

• правый эффектный тыловой Rs (несет, в основном, информацию о реверберирующих звуках правой тыловой части звукового поля студии).

С помощью матрицы на передающей стороне из этой совокупности сигналов формируются левый (T₀ = L₀) и правый (T₁ = R₀) базисные сигналы стереопары по следующему правилу [28]:

T₀ = L + 0,7071C + 0,7071Ls; T₁ = R + 0,7071C + 0,7071Rs.

Заметим, что сигналы T₀ и T₁ образуют совместимый стереосигнал, их сумма дает полноценный монофонический сигнал

M = T₀ + T₁.

На стороне передачи с помощью матрицы, кроме сигналов T₀, T₁, формируются еще сигналы T₂, T₃, T₄ (всего формируется пять звуковых сигналов):

T₂ = 0,7071C; T₃ = 0,7071Ls + 0,7071Rs; T₄ = 0,7071Ls – 0,7071Rs.

При цифровой передаче сигналы T₀, T₁, T₂, T₃, T₄ объединяются в MPEG-кодере в два отдельных цифровых потока, один из которых (основной) представляет собой базисный сигнал стереопары T₀/T₁ обычной стереофонии, а другой служит для передачи дополнительных: фронтального T₂ и пространственных эффектных сигналов T₃ и T₄ (цифровой поток так называемого многоканального расширения T₂/T₃/T₄). В эту группу добавляются также сигналы управления процессом декодирования и сигналы идентификации формата передачи и воспроизведения, если таковые имеются.

Формат «5.1» предполагает наличие пяти полноценных (с полосой 20…20 000 Гц) каналов звука (L, R, C, Ls, Rs) плюс шестой канал с ограниченной полосой частот до 125 Гц. Этот канал получил название канала низкочастотных звуковых эффектов (LFE – Low Frequency Effects, то есть отдельный канал басовых эффектов). С помощью данного канала передается дополнительная низкочастотная информация для усиления эффекта от некоторых сцен, например, такие как взрывы, раскаты грома и т.д.

Процедура декодирования сигналов T₀, T₁, T₂, T₃, T₄ на приемной стороне цифровой телевизионной системы представлена ниже. После матрицы приемного устройства (см. рис. 3.18) имеем:

L = T₀ – T₂ – 0,5T₃ – 0,5T₄; R = T₁ – T₂ – 0,5T₃ + 0,5T₄; C = 1,4142 T₂; Ls = 0,7071T₃ + 0,7071T₄;

Rs = 0,7071T₃ – 0,7071T₄.

Восстановленные сигналы подводятся к соответствующим громкоговорителям цифрового приемного телевизионного устройства.