Follow
Audiophile Inventory on Facebook Audiophile Inventory on Google+ Audiophile Inventory on Twitter Audiophile Inventory on Instagramm Audiophile Inventory on Pinterest Audiophile Inventory on Telegram Audiophile Inventory on Telegram Audiophile Inventory on YouTube

DSD формат аудио | Простое объяснение | Прочтите это сейчас >

Share 
Audio Basis - educational articles
DSD  (Direct Stream Digital) - это формат аудио записей высокого разрешения. Читайте о сравнении качества звука DSD и PCM, ЦАП/DAC ► проигрывателях ► конвертерах ► форматах файлов ► редактировании ► и других вопросах...
 
 
ПРОЧТИТЕ ВНИМАТЕЛЬНО:
• Входные DSF, DFF, ISO (1-бит аудио) поддерживаются в Audiophil-E, PROduce-R и конфигурируемом Modula-R
• Выходные DSF, DFF поддерживаются в максимальном PROduce-RD и конфигурируемом Modula-R
• Для DSF, DFF, треков ISO с длительностью более 3 минут FREE demo делает 2 секунды тишины в середине выходного файла
• DVD ISO НЕ поддерживается
Посмотрите и поделитесь: Что такое DSD аудио? Видео-объяснение (русские субтитры)
Смотрите и делитесь: сравнение DSD vs FLAC (русские субтитры)

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 DSF, DFF, CUE+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 DSF, DFF, 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 [], 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 

Авторское право © Yuri Korzunov
["Audiophile Inventory" (since 2011), "AudiVentory", "Audiophile Inventory by AudiVentory.com".
Также "Audiophile Inventory by AudiVentory.com" (прежде "Audiophile Inventory") охраняемое коммерческое обозначение],
2010-2018. Все права защищены.

Site map      Terms and Conditions