Dolby Digital Plus

Dolby Digital Plus es capaz de lo siguiente:

• Tasa de bits codificada: de 0,032 a 6,144  Mbit/s
• Canales de audio: de 1.0 a 15.1 (es decir, desde mono hasta 15 canales de rango completo y un canal de efectos de baja frecuencia).
• Número de programas de audio por flujo de bits: 8
• Frecuencia de muestreo: 32, 44,1 o 48  kHz

Un servicio Dolby Digital Plus consta de uno o más flujos secundarios . Hay tres tipos de flujos secundarios:

• Subcanales independientes, que pueden contener un único programa de hasta 5.1 canales. Un flujo Dolby Digital Plus puede contener hasta ocho subcanales dependientes. Los canales presentes en un subcanal independiente se limitan a los 5.1 canales tradicionales: izquierdo (L), derecho (R), central (C), sonido envolvente izquierdo (Ls) y sonido envolvente derecho (Rs), además de un canal de efectos de baja frecuencia (Lfe).
• Las subcorrientes heredadas contienen un único programa 5.1 y corresponden directamente al contenido Dolby Digital. Como máximo, una subcorriente heredada puede estar presente en una señal DD+.
• Las subcorrientes dependientes contienen canales adicionales más allá de los canales 5.1 tradicionales. Dado que las subcorrientes dependientes tienen la misma estructura que las independientes, cada una puede contener hasta cinco canales de ancho de banda completo y un canal de baja frecuencia; sin embargo, estos canales pueden asignarse a diferentes ubicaciones de altavoces. Los metadatos de la subcorriente describen la función de cada canal incluido.

Todas las transmisiones DD+ deben contener al menos una subtransmisión independiente o una subtransmisión heredada, que contenga los primeros (o únicos) canales 5.1 del programa de audio principal. Se pueden usar subtransmisiones independientes adicionales para programas de audio secundarios, como bandas sonoras en idiomas extranjeros, comentarios o descripciones/voces en off para personas con discapacidad visual. Se pueden proporcionar subtransmisiones dependientes para programas que tengan canales de escenario sonoro adicionales más allá de 5.1.

Dentro de cada subflujo, se prevé la codificación de cinco canales de ancho de banda completo, un canal de baja frecuencia y un canal de acoplamiento. El canal de acoplamiento se utiliza para información de frecuencia media a alta común a varios canales de ancho de banda completo. Su contenido se mezcla con el de los demás canales según lo especificado en los metadatos; el decodificador no lo reproduce como un canal independiente.

Dolby Digital Plus incluye metadatos de flujo de bits completos para el control del decodificador sobre el volumen de salida (a través de dialnorm), la mezcla descendente y el control reversible del rango dinámico (a través de DRC).

Dolby Digital Plus es nominalmente un protocolo alineado a 16 bits, aunque muy pocos campos de la sintaxis respetan los límites de byte o palabra. Dado que muchos elementos de la sintaxis son opcionales o de longitud variable, incluyendo algunos cuya presencia o longitud depende de cálculos previos complejos, y existe poca redundancia en la sintaxis, analizar correctamente DD+ puede resultar extremadamente difícil, y los codificadores defectuosos pueden generar fácilmente análisis sintácticamente válidos pero incorrectos.

Una transmisión DD+ es una colección de paquetes de tramas de sincronización de longitud fija , cada uno de los cuales corresponde a 256, 512, 768 o 1536 muestras de audio consecutivas en el dominio del tiempo. (El caso de 1536 muestras es el más común y corresponde a Dolby Digital; las longitudes de subtrama más cortas están pensadas para su uso en aplicaciones interactivas como videojuegos, donde reducir la latencia del codificador es una preocupación importante). Cada trama de sincronización se puede decodificar de forma independiente y pertenece a una subtransmisión específica dentro del servicio. Una trama de sincronización consta de los siguientes elementos de sintaxis (algunos de los cuales pueden omitirse cuando un servicio Dolby Digital Plus se encapsula en otro formato o transporte):

• Una palabra de sincronización de 16 bits, que tiene el valor 0x0b77.
• Una sección de información de flujo de bits (BSI), que incluye metadatos clave como el tamaño del fotograma, el identificador de flujo de bits (que especifica la versión de la sintaxis utilizada), el modo de canal, el identificador de subflujo, el nivel de diálogo codificado (dialnorm) y metadatos para guiar la producción de una mezcla descendente por parte del decodificador.
• Una sección de trama de audio, que contiene información de decodificación común a todos los bloques de audio dentro de la trama de sincronización, incluida la información necesaria para determinar cómo se empaquetan los exponentes y las mantisas .
• Una, dos, tres o seis secciones de Bloque de Audio. Estas secciones contienen metadatos de decodificación adicionales, así como los coeficientes de frecuencia codificados y cuantificados. Cada Bloque de Audio corresponde a 256 muestras PCM en cada canal.
• Una sección final que contiene datos auxiliares definidos por el usuario, cualquier relleno necesario para producir longitudes de trama de sincronización uniformes y un código de comprobación de redundancia cíclica de 16 bits para la detección de errores.

Dolby Digital Plus, al igual que muchos códecs de audio con pérdida, utiliza una representación de la señal en el dominio de la frecuencia altamente cuantificada para lograr la ganancia de codificación ; esta sección describe el funcionamiento de la transformación base, así como varias "herramientas" opcionales especificadas por el estándar, que se utilizan para lograr una mayor compresión o para reducir los artefactos de codificación audibles. ^{[ 3 ]}

Las secuencias de bits Dolby Digital Plus no son directamente compatibles con los decodificadores Dolby Digital antiguos . Sin embargo, Dolby Digital Plus es un superconjunto funcional de Dolby Digital, y los decodificadores incluyen un componente obligatorio que convierte directamente (sin decodificar ni recodificar) la secuencia de bits Dolby Digital Plus a una secuencia de bits Dolby Digital (que funciona a 640  kbit/s) para su transmisión a través de conexiones S/PDIF antiguas (incluida S/PDIF a través de HDMI) a decodificadores externos (por ejemplo, receptores AV, etc.). Todos los decodificadores Dolby Digital Plus pueden decodificar secuencias de bits Dolby Digital.

Sin embargo, los flujos de bits Dolby Atmos están codificados para ser retrocompatibles con los decodificadores Dolby Digital Plus, por lo que pueden ser decodificados por dispositivos compatibles con Dolby Digital Plus. Dolby ha comercializado esta variante de compresión con pérdida de Dolby Atmos bajo la etiqueta "Dolby Digital Plus Atmos" para diferenciarla del original Dolby HD sin pérdida. Actualmente, la mayoría de los flujos de bits Dolby Digital Plus están codificados en Atmos.

Uno de los objetivos de diseño de DD+ es lograr una reproducción de calidad en una variedad de entornos, que van desde salas de cine en casa y otros entornos con control acústico donde es factible la reproducción de alto rango dinámico, hasta entornos portátiles y automotrices donde hay mucho ruido de fondo y puede ser necesaria la compresión del rango dinámico para que todas las partes de un programa de audio sean audibles.

DD+ proporciona los siguientes modos de funcionamiento para diferentes entornos de escucha/visualización.

Modos de funcionamiento del decodificador Dolby Digital Plus:

Nota: Todos los modos de funcionamiento del decodificador (enumerados anteriormente) están disponibles en todos los decodificadores Dolby Digital Plus. El modo de funcionamiento predeterminado depende de la categoría del dispositivo y la aplicación. En algunos dispositivos, los usuarios también pueden seleccionar (a través del menú) un modo alternativo que se ajuste a sus preferencias o a la aplicación.

Además, Dolby Digital y DD+ contienen metadatos adicionales que permiten una traducción sin errores a canales descendentes de rango restringido, como la modulación de RF, donde una amplitud excesiva de la señal de salida puede provocar una distorsión o errores de modulación significativos.

IEC 61937-3: define cómo transmitir flujos de bits Dolby Digital (AC-3) y Dolby Digital Plus (E-AC-3) a través de una interfaz IEC 60958/61937 (S/PDIF). La interfaz S/PDIF tiene suficiente ancho de banda para transportar flujos de bits Dolby Digital Plus (E-AC-3) a la  velocidad de datos de 3,0 Mbit/s especificada por HD DVD, ya que puede transportar fácilmente PCM estéreo de 24 bits y 96 kHz (equivalente a 4,6 Mbit/s), pero la compatibilidad con dispositivos de consumo ha sido escasa.

Muchos equipos de consumo, e incluso algunos profesionales, no reconocen Dolby Digital Plus como formato codificado y tratan las señales DD+ transmitidas a través de una interfaz S/PDIF o similar, o almacenadas en un archivo .WAV o formato contenedor similar, como si fueran datos PCM lineales. Esto no supone un problema si los datos se transmiten sin modificaciones, pero cualquier escalado de ganancia o conversión de frecuencia de muestreo, operaciones que son inofensivas para el sonido de los datos PCM, corromperán y destruirán una transmisión Dolby Digital Plus. (Es más probable que los códecs más antiguos, como DTS o AC-3, se reconozcan como formatos comprimidos y estén protegidos de este tipo de procesamiento).

 Según la norma IEC  61937-3, Dolby Digital Plus se puede transmitir a través de HDMI 1.3 o versiones posteriores.

Dado que la interfaz AES-3 es la analógica profesional de S/PDIF, las transmisiones Dolby Digital Plus pueden transmitirse a través de conexiones AES-3 con ancho de banda suficiente, o a través de otras interfaces que encapsulan AES-3 (como el audio integrado SMPTE 259M y SMPTE 299M). Normas adicionales promulgadas por SMPTE especifican la codificación de los transportes Dolby, incluidos Dolby Digital, Dolby Digital Plus y Dolby E (un códec exclusivamente profesional utilizado en aplicaciones de audio/vídeo) en una interfaz AES. La norma SMPTE 337 especifica la señalización y transmisión de señales que no son audio PCM a través de una interfaz AES-3, y la norma SMPTE 340-2008 especifica cómo se deben transmitir Dolby Digital Plus y Dolby Digital a través de dicha interfaz. La combinación de SMPTE 340-2008 y 337M permite almacenar y transportar el flujo de bits Dolby Digital Plus dentro de los flujos de trabajo profesionales de producción, contribución y distribución antes de su emisión a los consumidores.

El Comité de Sistemas Avanzados de Televisión (ATSC) especifica tanto DD+ como Dolby Digital como códec de audio principal para el sistema de televisión digital ATSC , y se utiliza habitualmente para otras aplicaciones de televisión digital (como la transmisión por cable y satélite) en los países que utilizan ATSC para la televisión digital.

Para su transmisión a los consumidores, el flujo de bits Dolby Digital Plus se empaqueta en un flujo elemental MPEG y se multiplexa (con vídeo) en un flujo de transporte MPEG. En los sistemas ATSC, la especificación para la transmisión de Dolby Digital Plus se describe en ATSC A/53 Parte 3 y Parte 6. En los sistemas DVB, la especificación para la transmisión de Dolby Digital Plus se describe en ETSI TS 101 154 y ETSI EN 300 468.

Dolby Digital Plus se utiliza cada vez más en sistemas de televisión digital, especialmente en sistemas de cable y satélite, como sustituto de Dolby Digital. Muchas de estas aplicaciones no aprovechan su mayor número de canales ni su capacidad para admitir varios programas independientes; en cambio, se utiliza como un códec más eficiente que AC-3.

Tanto el ya desaparecido estándar HD DVD como el Blu-ray Disc incluyen Dolby Digital Plus. Es un componente obligatorio del HD  DVD y opcional del Blu-ray. El número máximo de canales codificados discretos es el mismo para ambos formatos: 7.1. Sin embargo, el HD  DVD y el Blu-ray imponen diferentes limitaciones técnicas a los códecs de audio compatibles. Por lo tanto, el uso de DD+ difiere sustancialmente entre el HD  DVD y el Blu-ray Disc.

En HD DVD, DD+ es un códec de audio obligatorio. Una película en HD DVD puede usar DD+ como pista de audio principal (o única). Un reproductor de HD DVD debe ser compatible con audio DD+, decodificándolo y enviándolo a través de sus salidas. Almacenado en el disco, el flujo de bits DD+ puede transmitir cualquier número de canales de audio hasta el máximo permitido, con una tasa de bits de hasta 3,0  Mbit/s.

En Blu-ray Disc, DD+ es un códec opcional y se implementa como una extensión de una pista de audio AC-3 5.1 "núcleo". El núcleo AC-3 se codifica a 640  kbit/s, contiene 5 canales primarios (y 1 LFE) y se puede reproducir de forma independiente como una pista de audio de película en cualquier reproductor de Blu-ray Disc. El flujo de bits de extensión DD+ se utiliza en los reproductores que lo admiten, reemplazando los canales traseros en la configuración 5.1 con versiones de mayor fidelidad, además de proporcionar una posible extensión de canales a 6.1 o 7.1. La pista de audio completa admite una tasa de bits combinada de 1,7  Mbit/s: 640  kbit/s para el núcleo AC-3 5.1 y 1  Mbit/s para la extensión DD+. Durante la reproducción, tanto el flujo de bits del núcleo como el de extensión contribuyen a la salida de audio final, según las reglas integradas en los metadatos del flujo de bits. ^{[ 4 ]}

Por lo general, una señal Dolby Digital Plus solo se puede transmitir a través de una  conexión HDMI 1.3 o superior. Los receptores más antiguos son compatibles con versiones anteriores de HDMI o solo admiten el sistema S/PDIF para audio digital o entradas analógicas.

Para  conexiones que no sean HDMI 1.3, el reproductor puede decodificar el audio y luego transmitirlo mediante diversos métodos.

• Las versiones anteriores de HDMI, como la HDMI  1.1, admiten audio PCM , donde el reproductor decodifica el audio y lo transmite sin pérdidas como PCM a través de HDMI al receptor.
• Algunos receptores y reproductores admiten sonido envolvente analógico, y el reproductor puede decodificar el audio y transmitirlo al receptor como audio analógico.

La mayoría de los receptores y reproductores son compatibles con S/PDIF. Esta conexión digital de menor ancho de banda no es capaz de transmitir audio PCM sin pérdidas con más de dos canales, pero un reproductor puede transmitir una señal de audio compatible con S/PDIF al receptor de una de las siguientes maneras:

• Los reproductores de discos Blu-ray pueden aprovechar el flujo de bits AC-3 5.1 heredado integrado en el flujo de bits E-AC-3, transmitiendo únicamente el flujo de bits AC-3 sin modificaciones.
• Los reproductores compatibles con el estándar HD DVD pueden transcodificar el audio decodificado a otro formato. Dependiendo del método y las opciones disponibles para el reproductor, esto se puede hacer con una pérdida de calidad relativamente baja. El decodificador de referencia de Dolby, disponible para todos los licenciatarios, aprovecha la herencia común entre AC-3 y E-AC-3 al realizar la operación en el dominio de la frecuencia. La recompresión híbrida evita la descompresión de extremo a extremo innecesaria y la posterior recompresión (E-AC-3 → LPCM → AC-3). Además de AC-3, algunos reproductores HD DVD transcodifican audio compatible con S/PDIF a audio DTS  de 1,5 Mbit/s . Si bien S/PDIF puede transmitir Dolby Digital Plus, su adopción por parte de los fabricantes ha sido escasa hasta el momento.

Si el reproductor necesita decodificar el audio para un  receptor que no sea HDMI 1.3, los resultados deberían ser predecibles. La especificación DD+ define explícitamente los modos y mecanismos de mezcla descendente , por lo que cualquier campo sonoro de origen (hasta 14.1) se puede reproducir de forma predecible para cualquier entorno de escucha (incluso a nivel de un solo canal).