Direct Stream Digital ( DSD ) je proces pro ukládání zvukových signálů na digitální média používaný zejména na disku Super Audio CD, který v roce 1999 zahájily společnosti Sony a Philips .
Konkuruje přímo s PCM s vysokým rozlišením (kódování zvuku používané pro kompaktní disky ), které se nachází na DVD-Audio , které bylo komerčně spuštěno krátce po Super Audio CD.
Když byl proces převodu Sigma-Delta poprvé popsán ve specifikaci CC Cutler 2 927 962 v roce 1954 (ale byl tak pojmenován pouze v článku H. Inose, Y. Yasuda a J. Murakami v roce 1962), decimace neexistovala a záměrem bylo přenést převzorkovaná data tak, jak jsou.
Bylo to v roce 1969, kdy DJ Goodman ve svém článku „The Application of Delta Modulation of Analog-to-PCM encoding“ navrhl vůbec poprvé v historii zvuku, aby zdecimoval nadměrně vzorkovaná data Sigma-Delta a poté je převedl do kódované pulzní modulace (anglicky PCM , zkratka pro Pulse Code Modulation ).
Pouhých třicet let později, v roce 1999, společnosti Sony a Philips znovu použily princip „Delta-Sigma Direct“ pro svůj nový typ zvukových dat s názvem Direct Stream Digital a spojily jej s formátem Super Audio CD , jehož cílem je následovat Compact Disc a pokud je komerčně úspěšný, nahraďte jej.
DSD je metoda ukládání signálu Sigma-Delta před aplikací decimátoru, který jej převádí na PCM .
Jeho technologie spočívá v kódování zvuku při velmi vysoké vzorkovací frekvenci , 64krát vyšší než vzorkování PCM na kompaktním disku , tj. 64 fs (1 fs = 44100 Hz , tedy 44 100 Hz × 64 = 64 fs = 2,822 4 MHz ). Je kvantován na 1 jediný bit , což umožňuje šířku pásma až 80 kHz nebo dokonce 100 kHz a dynamický rozsah 120 dB ; Proto je mnohem vyšší, než je doporučená teorém vzorkování z Nyquist-Shannon . Protože tento proces nepotřebuje decimátor a interpolační filtry , zajišťuje vysokou věrnost reprodukce původního signálu a dobrou fázovou koherenci .
Analogově-digitální převodník a digitálně analogový jsou tak zjednodušeny, poskytuje zvýšenou kvalitu převodu signálu pro nižší výrobní náklady. Kromě dosud používané stereofonie také umožňuje vícekanálovou spatializaci .
Pro zvýšení záznamové kapacity disku Super Audio CD prochází digitální zvukový proud bezztrátovou kompresí zvanou DST ( (en) Direct Stream Transfer ), která umožňuje až 80 minut záznamu kombinovaných stereofonních a vícekanálových stop DSD.
Techniky použité pro tento účel používají tvarování šumu nebo tvarování kvantizačního šumu, kterým je šum tlačen zpět do frekvenčních rozsahů mimo užitečnou oblast . Tyto frekvence jsou pro lidské ucho neslyšitelné , ale čtenáři je často zeslabují pomocí filtru s vysokým řezem, protože na oplátku riskují poškození (někdy fatálně) výškových reproduktorů, které nejsou super-výškovými reproduktory, tj. Nejsou určeny k reprodukci ultrazvuku .
1bitová modulace (vše nebo nic) není novinka: je obdobou pulzní šířkové modulace ( Pulse Width Modulation používaná v invertorech , zesilovačích třídy D , světelných ventilových zařízeních: mikro - DMD zrcadla atd. ), U nichž se mění pracovní cyklus podle amplitudy přepisovaného signálu (viz srovnávací diagram vpravo). 1bitový digitální stream (DSD) však musí sledovat vynucenou taktovací frekvenci (která odpovídá převzorkované frekvenci), toto se nazývá PDM ( Pulse Density Modulation ) nebo modulace pulzní hustoty. Všechny jednotky CD-A a DVD-A mají výhodu „jednobitového“ modulátoru, který umožňuje najít z proudu PCM (16, 20 nebo 24 bitů) proud typu DSD (1 bit), který lze velmi snadno převést analogové (dolní propust nízkého řádu). Při přehrávání proudu DSD Super Audio CD proto není nutné používat převodník Sigma Delta .
CD s vzorkovací frekvencí 44,1 kHz, v těsné blízkosti horní hranice Hi-Fi frekvenční rozsah (20 kilohertzů), vyžaduje filtr s ostrým mezní frekvence ve vysokých frekvencích ( 20 db / oktávu ). Takové filtrační zničí hodně bohatství a jemnost některých nahrávek (nejen výšek) : Tento problém byl identifikován brzy a první generace přehrávačů CD byly opatřené interpolace obvody v . Aby se oversample na digitální signál , a tím omezit destrukci harmonických a vysokých frekvencí.
Aby se tento nedostatek překonal, byl DSD nastaven na vysokou vzorkovací frekvenci (viz výše) a jeho princip modulace umožňuje pomocí jednoduchého filtru prvního řádu ( 6 db / oktávu ) „nedrvat“ harmonické. Vzhledem ke své vzorkovací frekvenci a způsobu provozu není disk CD například schopen správně reprodukovat obdélníkový signál (bohatý na harmonické) 10 kilohertzů, jehož výsledek je blíže sinusoidu (vyšší harmonické na 2 jsou vyloučeny), a to navzdory převzorkování. Zpracování signálu provozovaného s SA-CD umožňuje zachovat harmonické a získat signál respektující zdroj, a proto velkou jemnost detailů.
Vzorkování zpočátku zachována pro CD byla založena na technologických kritérií, kvalita reprodukce harmonických, které nebyly považovány za nezbytné před imperativy času. 44,1 kHz vzorek frekvence se dědí z metody digitálně převedení zvukový signál na video signál pro nahrávání videokazety.
| CD | SACD | |
|---|---|---|
| Formát | 16 bitů PCM | 1 bit DSD |
| Vzorkovací frekvence | 44 100 Hz | 2 822 400 Hz |
| Dynamický rozsah | 96 dB | 120 dB v celém frekvenčním rozsahu |
| Frekvenční rozsah | 20 Hz –20 kHz | 20 Hz –50 kHz typicky , do 100 kHz u některých přehrávačů |
| Kapacita disku | 700 MB | 7,95 GB |
| Stereo | Ano | Ano |
| Vícekanálový zvuk | Ne | Ano |
Aby se snížil požadovaný úložný prostor a požadovaná šířka pásma , používá se metoda bezztrátové komprese s názvem Direct Stream Transfer (DST). Je to povinné pro vícekanálový program , ale pouze volitelné pro stereofonní program . Kompresní faktor je mezi dvěma a třemi, což umožňuje, jak je vidět výše, kombinovat 80 minut stejného programu ve stereu a ve více kanálech.
Přímý přenos dat se v roce 2005 stal zejména jedním z technických bodů standardu zvuku MPEG-4 (také nazývaného MP4) ( ISO / IEC 14496-3: 2001 / pozm. 6: 2005 - bezztrátové kódování převzorkovaného zvuku). definice DSD a DST, jak je popsáno ve specifikacích Super Audio CD .
MPEG-4 DST poskytuje bezztrátové kódování převzorkovaných zvukových signálů. Referenční implementace MPEG-4 DST byla publikována jako ISO / IEC 14496-5: 2001 / Amd.10: 2007 v roce 2007.
DSD pro účely Super Audio CD obsahuje několik opatření na ochranu dat, která znemožňují přímé kopírování, stejně jako konvenční 700megabajtová vrstva CD hybridních disků . To zahrnuje 80bitové šifrování zvukových dat pomocí klíče zakódovaného ve speciální oblasti disku, který může číst pouze licencovaný přehrávač Super Audio CD. Vrstva SA-CD s vysokým rozlišením nemůže být přečtena z CD / DVD přehrávače počítače, stejně jako není možné vytvořit Super Audio CD jinak než ve dvou speciálně schválených výrobních závodech, které jsou umístěny v Shizuoka a Salzburgu .
Kromě výše zmíněných bezpečnostních opatření Super Audio CD najdeme hlavně PSP nebo Pit Signal Processing ( jáma ve francouzštině znamená „jáma“ nebo „příkop“, v kontextu digitálního disku se to překládá jako „zářez“), fyzická stopa, která spočívá v modulaci hloubky zářezů disku (data jsou uložena v délce zářezů jako na kompaktním disku ). Optický senzor musí mít speciální obvod, aby jej mohl detekovat a interpretovat, a poté je porovnán s informacemi na disku, aby byla zajištěna jeho platnost (jedná se tedy o šifrování dvou klíčů ). Ačkoli většina přehrávačů DVD , DVD Audio a DVD-Rom může teoreticky číst data z disku Super Audio CD (stejný disk, stejná hustota gravírování a čtecí laser), nemůže je interpretovat, protože nejsou vybaveny potřebným dekódovacím obvodem a proto je nepoznávejte.
U hybridních disků Super Audio CD se zpracování signálu Pit Pit vztahuje pouze na vrstvu SA-CD s vysokou hustotou, nikoli na vrstvu CD.
Řada novějších přehrávačů Super Audio CD je vybavena IEEE 1394 (také známými jako FireWire nebo i.Link) nebo digitálními výstupy HDMI přenášejícími data DSD (k nimž patří některé modely rané éry Sony PS3), kde by to bylo možné získat surový stream DSD. Použitý ochranný mechanismus je DTCP ( ochrana digitálního přenosu obsahu ) a lze jej vyžádat v režimech „Kopírovat jednou“ nebo „Nikdy nekopírovat“.
Společnost se sídlem ve Švýcarsku, DVD Upgrades , navrhla koncem roku 2000 upravený výstupní tištěný obvod, který bere digitální signál z datového proudu těsně před krokem digitálně / analogového převodu , stejně jako S / port. PDIF používá ke sběru Stream DSD dříve převedený na PCM . To umožnilo získat digitální signál bez DRM ze Super Audio CD i DVD Audio .
Po příchodu stahování souborů DSD na počítačech, které bylo přenosné pomocí kabelu S / PDIF nebo Toslink na převodník, počátkem roku 2010 , byly pokusy obejít zabezpečení disku v očích hackerů zbytečné . Tato stahování účinně nabízejí alternativu jednoduchých kopií souborů, která obchází veškerou ochranu disku SA-CD.
Vzhledem k rozsáhlému komerčnímu neúspěchu disku Super Audio CD , který byl vydán o něco více než pro audiofilní účely , ale stabilním tempem, se DSD nezdá být odsouzeno stát se hlavním budoucím formátem, jinak by zůstalo ve špičkové audio a pro širokou veřejnost neznámé.
Kvalita sestavení Super Audio CD je lepší než u jednoduchého CD (samotné fyzické médium je hustší a o něco těžší než jednoduché CD).
Pouze Sony má kompatibilní lisovací továrny na jejich výrobu podle velmi přesného výrobního procesu, včetně rakouského Sony DADC.
Společnost Sony uvedla na trh koncem ledna 2014 kapesní digitální rekordér PCM-D100 kompatibilní s formátem DSD (2,8 MHz / 1 bit).
V dubnu 2014 představil AudioFEEL projekt, který navrhuje spojit princip DSD s mediální podporou polovodičového typu ( SD karta ). Cílem je vytvořit nový „populární“ formát schopný následovat stárnoucí optické formáty: CD, SA-CD, DVD atd.
Tváří v tvář nedostatku zájmu, který vzbudil příliš „exkluzivní“ formát DSD, bude tento projekt konečně přejmenován na DA [SD]. První navrhovaný přehrávač (d-play) bude kompatibilní s DSD64 (2,8 MHz), DSD128 (5,6 MHz) a PCM / Flac od 16 bitů / 44,1 kHz do 24 bitů / 192 kHz .
Korg MR-1000 je rekordér digitální 1-bitový kalibrován na odběr vzorků z 5,644,800 bitů za sekundu (běžně zjednodušené o 5,6 MHz ), nebo dvakrát vzorkovací DSD aktuálně existující. Nazývá se také DSD128, protože normální rychlost je 64 fs (1 fs = vzorkování CD = 44,1 kHz), je zde zdvojnásobena na 128 fs. Očekává se, že duální sazba DSD bude provozována jinými značkami a bude brzy používána, ale v menší míře než klasická DSD (viz předchozí část).
Od konce roku 2010 jsou nahrávací studia stále více vybavena převaděči a stanicemi MAO schopnými zdvojnásobit DSD a výkon byl úspěšný v květnu 2013, kdy bylo dosaženo symfonického záznamu s frekvencí 11 289 600 bitů za sekundu (obvykle zjednodušeno na 11,2 MHz). nebo 256 fs).