Меню

Параметры DSD

Также прочтите DSD vs FLAC (на русском) >  

1. Параметры DSD

 
Характеристики DSD
Аббревиатура  Direct Stream Digital
Метод кодирования аудио данных сигма-дельта модуляция (читайте подробности и смотрите видео)
Битовая разрядность 1 бит или выше (читайте подробности о качестве звука)
Частота дискретизации DSD 64 (2.8 МГц), DSD 128 (5.6 МГц, double), DSD 256 (11.2 МГц, quad), etc. (читайте подробности)
Количество каналов Стерео и многоканальный
Носители SACD оптический диск, включая hybrid SACD (с CD-аудио слоем), компьютерные файлы [SACD ISO (риппинг альбомов с SACD) и DSFDFFCUE+DSF/DFF] (читайте подробности)
Спецификация “Scarlet book” (1999)
Использование Производство музыки, домашнее hifi/hiend аудио
Direct Stream Digital является обним из аудиофильских форматов высокого разрешения (high resolution audio). Он был создан для улучшения динамического диапазона  CD-аудио в слышимой частотной области звука.
Читайте далее о вопросах качества звука (шум, битовая глубина, полоса, частота дискретизации DSD audio по сравнению с PCM).
 
 

2. 1-бит и шум

  Как правило, этот формат имеет битовую глубину 1 бит. Поэтому уровнень шума значителен из-за ошибок квантования. Для снижения уровня шума в низкочастотной слышимой области используется нойз-шейпинг. Нойз-шейпинг (noice shaping, управление формой спектра шума) – это перенос энергии шума из слышимой частотной области в область ультразвука.  

Нойз-шейпинг (НШ) спектра 1-битного сигнала. Сигма-дельта модуляция

Нойз-шейпинг спектра 1-битного сигнала

  В левой части изображения спектр шума имеет уровень соизмеримый с уровнем 1-битного музыкального сигнала. Устройство (или цифровая обработка), называемое сигма-дельта модулятор, “выдавливает” энергию шума из слышимой частотной области 0 … 20 кГц в область ультразвука. Когда такая 1-битная запись проигрывается, низко-частотный фильтр вырезает “усиленный” высокочастотный шум.  

DSD DAC (декодер , демодулятор)

DSD DAC (декодер , демодулятор)

  Таким образом, уровень шума 1-битного сигнала после нойз-шейпинга (сигма-дельта модуляции) становится сравнимым с уровнем шума мультибитного сигнала  PCM (импульсно-кодовая модуляция). То есть 1-битная сигма-дельта модуляция может иметь разрешение аудио одинаковое с мультибитным сигналом. Читайте подробности и смотрите видео здесь   Читайте DSD или FLAC [Сравнение, Инфографика, Объяснение] >    

3. Частоты дискретизации

  DSD формат использует стандартный ряд частот дискретизации основанный на 44100 Гц:
  • DSD64     = 44100 *   64   =   2 822 400 Гц =   2.8 МГц
  • DSD128   = 44100 *  128  =   5 644 800 Гц =   5.6 МГц
  • DSD256   = 44100 *  256  = 11 289 600 Гц = 11.3 МГц
  • DSD512   = 44100 *  512  = 22 579 200 Гц = 22.6 МГц
  • DSD1024 = 44100 * 1024 = 45 158 400 Гц = 45.2 МГц
  • и т. д.
Также в качестве основы может быть использовано 48000 кГц. С технической точки зрения не существует ограничения на частоту дискретизации сигма-дельта модулированного сигнала. Но возможно возникновение проблем с совместимостью.    

4. Перегрузка и устойчивость

  Когда разрабатывается сигма-дельта модулятор, инженеры обращают особое внимание на:
  • уровень шума в слышимом звуковом диапазоне и
  • устойчивость к перегрузке.
Для решения этих проблем разработчики могут варьировать:
  • битовой глубиной,
  • частотой дискретизации,
  • нойз-шейпингом.
  Эти параметры должны рассматриваться в связи друг с другом.  

Битовая глубина

Увеличение битового разрешения уменьшает шумы квантования (шумы ошибки квантования).  

Нойз-шейпинг

Нойз-шейпинг “выталкивает” энергию ошибки квантования из слышимого диапазона. Для “выталкивания” большего количества энергии нужно более крутой нойз-шейпинг.
Более крутой нойз-шейпинг увеличивает вероятность срыва стабильности работы сигма-дельта модулятора при перегрузке на входе. Когда модулятор в нестабильном состоянии, на его выходе отсутствует сигнал или генерируются колебания. После срыва стабильности модулятор должен быть принудительно перезапущен.

Устойчивость сигма-дельта модулятора к перегрузке

Устойчивость сигма-дельта модулятора к перегрузке

 

Частота дискретизации

Более высокая частота дискретизации уменьшает уровень спектра ошибки квантования. Потому, что энергия шума распределяется в более широкой полосе. Это позволяет использовать более пологий нойз-шейпинг.
Энергия – это площадь фигуры, заключенной между линеей спектра и горизонтальной осью в полосе 0 … [частота дискретизации]/2.
 

Частота дискретизации и уровень шума квантования

Частота дискретизации и уровень шума квантования

  В правой и левой частях изображения площади фигур шума одинаковы. Но фигура, более растянутая по горизонтальной оси, дает более низкий уровень шума. Увеличение частоты дискретизации позволяет снизить уровень шума в полосе слышимого звука. Это позволяет уменьшить крутизну нойз-шейпинга и увеличить устойчивость модулятора к перегрузке.  

Resume

Мы можем видеть, что более низкий уровень шума и более высокая устойчивость модулятора к перегрузке на входе могут быть достигнуты разными путями. Например, лучшее качество звука – это вопрос реализации нойз-шейпинга при имеющихся битовом разрешении и частоте дискретизации. Но, с другой стороны, возможно увеличить частоту дискретизации и/или количество бит для снижения ошибки квантования (уровня шума) без улучшения метода нойз-шейпинга.    

5. DSD в цифрах

  Профессиональные аудио модуляторы имеют уровень шума в слышимом звуковом диапазоне для частот дискретизации:
  • DSD64  около -125 … -145 дБ (сравнимо с PCM 24 бит)
  • DSD128 около -165 дБ (лучше, чем PCM 24 бит)
  • DSD256 и выше около -170 … -200 дБ (сравнимо с PCM 32 бит)
Уровень шума в слышимом диапазоне почти не зависит от демодулятора. Но уровень шума должен быть максимально подавлен вне этой полосы. Так как ультразвуковой шум может привести к интермодуляционным искажениям.   Читайте о  DSD vs DSF vs DFF >    

6. DSD vs PCM

  Direct Stream Digital (сигма-дельта модуляция) очень похожа на импульсно-кодовую модуляцию (PCM), но форма спектра уровня шумов квантования изменена для уменьшения уровня шума в звуковом диапазоне. Также возможно применение нойз-шейпинга для обычной PCM. Но разница заключена в запасе полосы для “выталкивания” энергии шума из звукового диапазона.  

DSD против PCM

DSD против PCM

  PCM имеет меньший резерв полосы (выше звукового диапазона), чем сигма-дельта модуляция, и это обусловлено более высокой битовой глубиной и переходной полосой выходного фильтра  ЦАП (цифрово-аналогового преобразователя). Нойз-шейпинг также может быть использован и для импульсно-кодовой модуляции. Таким образом, формат сам по себе не имеет преимуществ. Но его реализация может иметь различия в качестве звука. Декодер сигма-дельта модуляции (демодулятор) является 2-позиционым (1 / -1) формирователем напряжения и фильтром низких частот. Он проще PCM демодулятора. Потому, что импульсно-кодовый демодулятор содержит либо резисторную матрицу для формирования напряжений (R2R) или цифровой сигма-дельта модулятор с 1-битным декодером. Таким образом у нас есть больше возможностей сделать DSD ЦАП (DAC)более дешевым и лучшим по качеству, чем мультибитный ЦАП.  
Читайте подробности здесь > Посмотрите статью с инфографикой DSD против FLAC > Читайте статью о ЦАП >
   

7. Форматы сжатия DSD

 
  1. Сигма-дельта модуляция реализована как оптический диск SACD (Super Audio CD).
  2. Этот же вид модуляции содержится в файлах DSFDFF, SACD ISO (SACD образ диска).
  3. WAV, AIFF, FLAC контейнер с DoP-упакованным  (DSD over PCM, DSD через PCM) содержимым.
SACD диск может быть конвертирован без потерь (losslessly) в SACD ISO файл [1], [2], [3]. SACD ISO файл может быть распакован без потерь в DSF или DFF файлы. Читайте подробности о файлах DSF и DFF. 1-битные аудио файлы (DSF, DFF, SACD ISO) и диски могут быть сжаты по размеру с помощью метода DST (Direct Stream Transfer). DoP –  это открытый протокол, который позволяет запаковывать 1-битное аудио в мультибитный формат для совместимости с программами и аппаратурой [4]. DoP не может быть воспроизведен как обычный PCM.   Также 1-битное аудио может вещаться через сеть. Несжатое DSD64 требует пропускную способность 2.7 Мбит/с = 44100 Гц * 64 / 1024 / 1024.  

Источники, носители Direct Stream Digital

Источники, носители Direct Stream Digital

  Также связка индексного файла CUE и DSF/DFF аудио файла может содержать 1-битный альбом.    

8. DSD проигрыватели

  Для вопроизведения DSD на компьютере используются программные аудио плееры. Они могут проигрывать один или несколько 1-битных форматов файлов. Аппаратные DSD проигрыватели могут проигрывать как оптические SACD диски, так и файлы DSF, DFF. 1-битные файлы могут быть воспроизведены непосредственно через DSD ЦАП/проигрыватель или конвертированы в PCM “на лету” для проигрывания с помощью PCM ЦАП. О конвертировании SACD читайте здесь 1-битное проигрывание может быть реализовано через специальный ASIO-драйвер (программные) под Windows, включая DoP (DSD over PCM) формат упаковки аудио (пример). Оптический SACD диск может быть проигран на аппаратном плеере. Автор не располагает информацией о доступных  SACD-приводах для обычных компьютеров, чтобы воспроизводить SACD оптические диски. Стерео проигрыватель может на лету конвертировать (downmix) многоканальный звук в стерео. Как альтернатива, многоканальные файлы могут быть предварительно конвертированы в стерео. Это позволяет сэкономить ограниченное место на жестком диска портативного проигрывателя аудио (DAP). Даунмикс является обработкой с потерями. Его качество зависит от конкретной реализации. Читайте еще об аудио плеерах здесь > и здесь >  

9. DSD конвертеры

  DSD конвертеры предназначены для: Прочитайте как работают DSD аудио конвертеры здесь >  

Список конвертеров (конвертируют все или некоторые виды DSD файлов [DSF, DFF, SACD ISO])

   

10. Редактирование DSD

  Читайте основную статью о редактировании DSD > DSD редактирование достаточно сложный процесс по причине модулирующего шума в области высоких частот. Нелинейные обработки могут привести к слышимым продуктам интермодуляционных искажений ультразвукового шума. В настоящее время автор не располагает информацией о “естественной” (native) обработке аудио 1-бит (например: изменение уровня, ресемплинг и пр.) без конвертации 1-бит в мильтибитный формат и обратно. Кроме слияния/разрезания аудио файлов.  
Читайте статью DSD против DSF против DFF >
 

Редактирование DSD

Редактирование DSD

  PCM в данном контексте может быть рассмотрено, как “мультибитное DSD”. Импульсно-кодовая модуляция не обязательно обозначает “24 бит / 352 кГц” и т.п. Автор рекоммендует использовать 32- or 64-bit float (с плавающей запятой) форматы. Рассматриваемый PCM содержит высокочастотный модуляционный шум. Но, для конвертирования этого “мультибитного DSD” в 1-бит необходима модуляция с нойз шейпингом. Потери при редактировании с 1-бит/мультибит преобразованием примерно сравнимы с ресемплингом. Звукозаписывающие студии могут распространять DSD записи без редактирования. Также существует DXD формат. Это PCM (как правило, “24 bit / 352 kHz” и т.п.) с высокими частотами дискретизации, битовыми разрешениями и “наследственным” высокочастотным шумом DSD. К сожалению, этот шум может привести к слышимым продуктам нелинейных искажений. рекомендуется вырезать (фильтровать) этот шум перед нелинейными обработками.
Смотрите видео: эксперимент в удалением высокочастотного шума

   
Читайте статьи
   

Тестовая DSD музыка (скачать)

  Формат DSD – скачать аудио семплы (музыка и тестовые сигналы):
  1. Музыка в формате DSD c сайта #1
  2. Музыкальные семплы DSD скачать c сайта #2
  3. Простые тестовые сигналы (dsf)
Посмотрите еще больше ресурсов DSD загрузок >  

Заключение

  DSD – это 1-битный hi-fi формат аудио данных, основанный на сигма-дельта модуляции. При одинаковый частоте дискретизации и битовом разрешении этот формат может иметь различное качество звука в зависимости от реализации модулятора и демодулятора. DSD цифро-аналоговый преобразователь может быть реализован проще, чем PCM ЦАП. Это, потенциально, позволяет получить лучшее качество более простым способом. DSD может быть редактирован через конверсию 1-бит в мультибит и обратно. Редактирование DSD имеет потери качества, кроме простого слияния/разрезания.   Автор: Юрий Корзунов [Google+], разработчик в Audiophile Inventory  

Читайте статьи об 1-битном формате

  1. DSD vs. PCM. Real competitors? >
  2. DSF vs PCM. What is common base? >
  3. DSD Decoder Audio >
  4. How work sigma delta modulation in audio >
  5. DSD Converter of Audio Files: What Inside? >
   
Ссылки
  1. SACD ISO ripping (way #1)
  2. SACD ISO ripping (way #2)
  3. SACD ISO ripping (way #3)
  4. DoP specification
    What is DSD audio?    
Прочтите статьи
Share

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *