Procesory DSP w sprzęcie A/V

W ostatnich latach liczba produktów korzystających ze specjalizowanych procesorów DSP dramatycznie wzrosła. Obecnie, procesory DSP odgrywają główną rolę w nowoczesnych produktach konsumenckich takich jak odtwarzacze DVD czy amplitunery A/V. W artykule pt. „DVD-Audio od podstaw” wspominałem o procesorach DSP, które nie są w stanie podołać obliczeniom podczas manipulowania strumieniem cyfrowego dźwięku wysokiej rozdzielczości (m.in. cyfrowe filtrowanie, wprowadzanie opóźnień poszczególnych kanałów, itp.). Na pewno dla wielu brzmi to dziwnie i zaskakująco tym bardziej, że żyjemy w czasach, kiedy prawie każdy komputer wyposażony jest w niezwykle szybkie procesory typu Pentium 4 czy PowerPC (G4). Najpierw przyjrzyjmy się, czym są procesory DSP, jaką pełnią rolę, oraz jakie są im stawiane wymagania.

Czym jest procesor DSP?

DSP to skrót od Digital Signal Processing, co oznacza Cyfrowe Przetwarzanie Sygnałów. Jak wskazuje sama nazwa, operujemy tutaj na cyfrowych sygnałach, których analogowa postać została wcześniej poddana próbkowaniu i kwantowaniu przy pomocy przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC).

Jednym z podstawowych zadań procesora DSP jest filtracja cyfrowa sygnałów audio. Dzięki programowalnym filtrom cyfrowym można w każdej chwili całkowicie zmienić charakterystyki amplitudowe i fazowe filtru (np. z dolnoprzepustowego zrobić górnoprzepustowy), a nawet modyfikować jego parametry „w locie”, podczas pracy urządzenia.

Istnieją dwa podstawowe rodzaje filtrów cyfrowych:

• Filtry FIR (Finite Impulse Response – o skończonej odpowiedzi impulsowej)
• Filtry IIR (Infinite Impulse Response – o nieskończonej odpowiedzi impulsowej)

Filtry FIR charakteryzują się tym, że ich odpowiedź impulsowa ma skończoną długość. Dzięki temu można je zaprojektować tak, aby miały idealnie liniową charakterystykę fazową – co jest bardzo pożądane w audio, ponieważ nie wprowadzają one zniekształceń fazowych (nie „rozmazują” sygnału w czasie). Są powszechnie stosowane m.in. do symulacji wczesnych odbić, rewerberacji, korekcji pomieszczenia oraz precyzyjnego zarządzania niskimi częstotliwościami (bass management, crossover).

Filtry IIR z kolei mogą osiągnąć pożądaną charakterystykę amplitudową (np. stromiznę spadku) przy znacznie mniejszym nakładzie obliczeniowym niż FIR. Są więc bardzo popularne w equalizacji, korekcji tonalnej oraz w funkcjach takich jak THX Re-Equalization. Ich wadą jest nieliniowa charakterystyka fazowa, co może wprowadzać pewne przesunięcia fazowe zależne od częstotliwości.

Matematycznie filtr FIR jest realizowany jako suma iloczynów próbek wejściowych i współczynników filtru (tzw. operacja MAC – Multiply-Accumulate). Oznacza to, że procesor DSP wykonuje sekwencyjnie operacje mnożenia i dodawania – dokładnie te operacje, w których specjalizują się układy DSP.

Na samym początku lat 80-tych, procesory uniwersalne takie jak Intel 8080, 8088 czy 8086 wykonywały operacje mnożenia bardzo wolno. Na wykonanie jednej operacji mnożenia potrzebowały wielu cykli maszynowych (taktów zegara napędzającego procesor). W celu przyspieszenia częstego wykonywania tego typu operacji powiązanych dodatkowo z akumulacją wyników, stworzono specjalizowany procesor DSP, który wykonywał operacje mnożenia w jednym cyklu maszynowym. Był to 16-bitowy procesor TMS32010 wyprodukowany przez Texas Instruments na początku lat 80., który uznano za procesor DSP pierwszej generacji. Dodatkowo, specjalizowane procesory zostały wyposażone w specjalne zestawy instrukcji, oraz umożliwiono im bardzo szybkie adresowanie. Pamiętajmy – już pierwsze procesory DSP wykonywały najważniejsze instrukcje w pojedynczych cyklach zegarowych, więc niezbędne było wprowadzenie odpowiednio szybkich magistral danych i adresowych, które potrafiłyby w pojedynczym cyklu zegarowym dostarczyć instrukcje dla procesora oraz dane do przetworzenia.

Przez dwie dekady procesory DSP ewoluowały osiągając coraz większy stopień wyrafinowania i szybkości, między innymi poprzez wprowadzenie szerszych magistral danych oraz bardziej wyrafinowanej architektury. Obecnie dostępne są procesory 32-bitowe, które mogą przetwarzać dane w 32-bitowych porcjach. Co to oznacza dla świata techniki audio? W profesjonalnych studiach praktycznie zawsze stosowane było cyfrowe przetwarzanie dźwięku z rozdzielczością (precyzją) 20 bitów, 24 bitów, a nawet i wyższą, dlatego ważne jest, aby procesor mógł w szybki i prosty sposób przetwarzać dane w postaci 24-bitowych słów. Dzisiaj rozdzielczość 24 bitów jest także standardem konsumenckim (np. DVD-Audio), co jest dość ważnym rozszerzeniem, nie tylko ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej dynamiki dźwięku z płyty DVD-Audio. Chodzi tutaj także o minimalizację cyfrowego przetwarzania sygnału w studio, gdzie normalnie dźwięk jest miksowany z rozdzielczością 24 bitów, a później dodatkowo konwertowany na 16 bitów na użytek zwykłych konsumenckich płyt CD-Audio. To prawda że jeśli mamy dźwięk w postaci cyfrowej, to łatwiej nim operować w takiej postaci zachowując jego wysoką jakość. Jednak algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów nie są idealne i trzeba powiedzieć, że i one wprowadzają relatywnie dość duże zniekształcenia (czy są one słyszalne czy nie – nie będę się nad tym rozwodzić). Czyli istnienie konsumenckiego formatu 24-bitowego sprawia, że realizatorzy w studio mają tym samym możliwość pominięcia dodatkowego przetwarzania dźwięku. Innymi słowy w nasze konsumenckie rączki wpada „studyjny produkt”.

Specjalizowane procesory DSP vs. procesory uniwersalne.

Sytuacja dzisiejszych procesorów jest inna niż 20 lat temu. W całej tej ewolucji nie tylko zwiększano częstotliwości zegara taktującego. Wielkim przeobrażeniom uległa sama architektura procesorów. Przez te lata, praktycznie wszystkie procesory przetwarzają najczęściej wykonywane instrukcje w czasie jednego cyklu zegarowego – szybciej już nie można. Jednak gdyby nie można było szybciej, to człowiek nie byłby człowiekiem. Dlaczego nie wykonać kilku instrukcji równolegle w czasie jednego cyklu? Dzisiaj wszystkie procesory (nawet te zgodne z x86) mają wewnętrzny pipeline mikro-operacji przypominający RISC. W przypadku procesorów DSP coraz częściej korzysta się z architektury VLIW, która bazuje na 32-bitowych (lub dłuższych) instrukcjach, złożonych z kilku drobnych rozkazów przeznaczonych dla jednostek wykonawczych. Różnica pomiędzy architekturą superskalarną a VLIW polega m.in. na tym, że programista piszący w asemblerze – niskopoziomowym języku będącym symboliczną reprezentacją kodu maszynowego – określa w architekturze VLIW, które instrukcje mają być wykonywane równolegle. W przypadku typowych procesorów supersklarnych, decyzje o równoległym wykonywaniu instrukcji podejmuje specjalizowany układ w procesorze, który może za każdym razem taką samą grupę instrukcji wykonać w inny sposób, co byłoby niepożądane w procesorze DSP służącym najczęściej do wykonywania swej pracy w czasie rzeczywistym.

Ponadto we wszystkich procesorach wykorzystuje się specjalne rozwiązania umożliwiające wykonywanie tej samej operacji arytmetycznej (mnożenie, dzielenie, dodawanie lub odejmowanie) na kilku parach operandów (liczbach) jednocześnie (czyli SIMD: Single-Instruction, Multiple-Data).

Dzisiaj procesory których używamy w komputerach osobistych, upodobniły się do wyrafinowanych procesorów DSP, wykonując bardzo szybko (a nawet o wiele szybciej) zadania typowe dla specjalizowanych układów, ale także wykonując bardzo szybko wszelkie inne zadania. W takim razie można zapytać, po co produkować i wykorzystywać układy DSP? Przyczyn jest wiele. Priorytety stawiane układom DSP nie zmieniły się od czasów ich powstania. Są to:

• zwiększenie szybkości
• zmniejszenie poboru prądu
• zmniejszenie wielkości używanej pamięci
• zmniejszenie kosztów produkcji

To wszystko zapewniają nam układy DSP. Popatrzmy chociażby na telefony komórkowe: one składają się praktycznie z jednego specjalizowanego układu DSP, który jest niesamowicie energooszczędny, tani i co najważniejsze – jest w pełni funkcjonalny z punktu widzenia użytkownika telefonu. Czy można sobie wyobrazić taki telefon z najnowszym procesorem Pentium czy PowerPC? Sam radiator schładzający układ byłby większy od telefonu nie wspominając o dużym poborze energii!

Programowanie DSP

Programowanie układów DSP nie należy do najłatwiejszych zadań. Jeszcze nie tak dawno, gdy procesory DSP i kody aplikacyjne nie były tak rozbudowane jak dzisiaj, jedynym językiem programowania był kod maszynowy, czyli po prostu asembler – język najniższego poziomu. Podstawową przyczyną bezpośredniego manipulowania rejestrami procesora, jest pełna kontrola nad kodem, dzięki czemu procedury algorytmów zajmują mało pamięci i wykonują się optymalnie szybko wykorzystując pełen potencjał procesora. Przypomnijmy sobie czasy świetności komputerów typu ZX Spectrum czy chociażby Commodore 64 i ATARI. Wtedy jedynym sposobem na wyciśnięcie z maszyny wszystkich potów był właśnie asembler, a dobra znajomość wnętrza komputera była czymś oczywistym. Dzisiaj trudno znaleźć ludzi programujących w asemblerze, ponieważ jest to język, który wymaga od programisty praktycznie wszystkiego: znajomości rejestrów i ich przeznaczenia, listy rozkazów procesora, trybów adresowania, kanałów wejścia/wyjścia, biegłego operowania systemem dwójkowym, szesnastkowym, itp., itd.
Obecnie programuje się w językach wysokiego poziomu, ponieważ programy stały się bardzo rozbudowane. Pisanie dużego programu w asemblerze zajęłoby zbyt dużo czasu, po którym mogłoby się okazać, że nowo stworzony program jest już przestarzały.

W ostatnich latach także w dziedzinie programowania DSP zaczęto używać języków wyższego poziomu, – np. C. Programowanie jest o wiele łatwiejsze, jednak optymalizacji na szybkość wykonywania i minimalne użycie pamięci wciąż dokonuje się ręcznie przy pomocy asemblera. Także często wykonywane procedury są pisane w asemblerze. Jeśli ktoś jest zainteresowany asemblerem to mogę polecić na początek książkę Jeff’a Dunteman’a pt. „Zrozumieć Asembler”, opisującą podstawy asemblera procesorów 80×86. Jeśli chcesz wiedzieć więcej o działaniu komputerów i procesorów, to ta książka jest dla Ciebie. Później, kto wie, może zaczniesz programować proste procesory DSP (oczywiście poznając wcześniej takie pojęcia jak FFT, IIR, FIR, itp. – na końcu podaję przydatną literaturę).

Cyfrowe układy w sprzęcie A/V

Specjalizowane układy DSP w urządzeniach A/V takich jak np. amplitunery do domowego kina, nie tylko pełnią rolę cyfrowych filtrów, ale także dekoderów popularnych kinowych systemów dźwięku jak i innych pożytecznych funkcji, – ale o tym trochę później. Zastosowanie odpowiedniego układu DSP (lub zestawu układów) w urządzeniu jest bardzo często kluczową kwestią, ponieważ od tego będzie później zależeć funkcjonalność i jakość urządzenia. Zresztą łatwo można zauważyć w recenzjach popularnych pism poświęconych tematyce A/V, że recenzenci sprzętu podają rodzaje i modele układów cyfrowych, ukrytych we wnętrzach testowanych urządzeń. Po co się to robi? Z pewnością można taką recenzje urozmaicić, ale robi się to także po to, aby „z grubsza” ocenić możliwości danego urządzenia. Prawdą jest niestety to, że popularne urządzenia z tego samego przedziału cenowego, brzmią bardzo podobnie, i w wielu przypadkach nie można stwierdzić – polegając tylko na słuchu – które urządzenie jest „lepsze”. Tak naprawdę o wszystkim decyduje funkcjonalność, oraz techniczna poprawność wykonania. Jeśli chodzi o funkcjonalność, to tutaj pole do popisu mają inżynierowie, którzy projektując urządzenie, decydują się na zastosowanie konkretnych układów realizujących niezbędne funkcje. Czasem bywa tak, że zastosowany układ nie wykorzystuje pełni swych możliwości. Jest kilka przyczyn takiego stanu rzeczy, ale o tym później.

Na początek przyjrzyjmy się prostemu schematowi blokowemu typowych układów stosowanych w popularnych amplitunerach.

Zgodnie z powyższym schematem, aby sekcja cyfrowa naszego amplitunera mogła funkcjonować, musi się w niej znaleźć kilka podstawowych układów:

• interfejs S/PDIF lub przetworniki analogowo-cyfrowe,
• procesor z dekoderami kinowych systemów, pełniący również funkcję filtrów (np. dla zarządzania niskimi częstotliwościami),
• post-procesor (opcjonalnie) z dodatkowymi funkcjami (np. z funkcjami THX),
• przetworniki cyfrowo-analogowe wraz z układami kontroli głośności,
• Pamięć EPROM, SRAM, lub Flash

Interfejs S/PDIF

Zadaniem interfejsu S/PDIF jest odebranie cyfrowego sygnału z zewnętrznego urządzenia takiego jak np. odtwarzacz DVD, CD, lub z każdego innego urządzenia wysyłającego dane zgodnie ze standardem IEC958. Standard IEC958 od momentu powstania w 1989 roku, został zmodyfikowany. Oprócz przesyłania próbek dźwięku PCM w formacie 16- lub 24-bitowym, można przesyłać także dane nie będące strumieniem PCM, i co ważniejsze, mogą one być łatwo identyfikowane przy pomocy specjalnych bitów, które określają, co dokładnie jest przesyłane do odbiornika. Obecnie produkowane układy potrafią odbierać i identyfikować strumień danych PCM, AC3, DTS i innych popularnych formatów. Jeśli strumieniem danych jest PCM, to dane te powędrują bezpośrednio do przetworników cyfrowo-analogowych lub do procesora DSP w celu dalszej obróbki. W innym przypadku, dane (np. strumień AC3, DTS, MPEG Multichannel), zostaną zawsze skierowane do odpowiedniego układu dekodującego, który użyje właściwego kodu aplikacyjnego w celu rozkodowania strumienia bitów.

Funkcje DSP w sprzęcie A/V

Jest sporo firm produkujących procesory DSP z przeznaczeniem dla sprzętu A/V. Do najpopularniejszych z pewnością należą: Crystal Semiconductors/Cirrus Logic, Motorola, Analog Devices, AKM i Zoran. Możliwości tych układów są bardzo duże, tym bardziej, że zdecydowana większość z nich to układy w pełni programowalne, tzn. takie, które po wprowadzeniu nowego kodu aplikacyjnego (czyli zwyczajnie mówiąc programu) mogą pełnić zupełnie nową funkcję. Oczywiście w tym przypadku nie ma nic za darmo. Algorytmy kodowania/dekodowania dźwięku wszelakiego rodzaju, są chronione prawami. Aby móc skorzystać z danego kodu aplikacyjnego realizującego konkretny algorytm, należy dokonać opłaty za korzystanie z pracy i wysiłku inżynierów, którzy dany algorytm stworzyli. W świecie rzeczywistym, takich opłat licencyjnych dokonuje się np. na konto firm Dolby, DTS, Harman International, Lexicon i Lucasfilm Ltd. (jeśli mówimy o popularnych amplitunerach). Kiedyś dość ciekawym przypadkiem było wypuszczenie na rynek amplitunera Nakamichi AV-8. Urządzenie to miało wbudowany układ DSP/dekoder Crystal Semiconductors CS4926, który standardowo miał wczytany kod aplikacyjny dla systemu AC3 oraz DTS. Niestety producent – czyli firma Nakamichi – aby maksymalnie obniżyć koszt urządzenia nie opłacił licencji za używanie systemu DTS (przynajmniej tak to tłumaczyli przedstawiciele firmy Nakamichi), tym samym blokując dostęp do kodu aplikacyjnego DTS. Takie sytuacje zdarzają się nagminnie, szczególnie, gdy światło dzienne ujrzy nowy system kodowania dźwięku. Weźmy pod uwagę ostatnie osiągnięcia: Dolby Pro Logic 2, Virtual Dolby Surround, SRS Truesurround, Logic 7, DTS Neo oraz AAC (Advanced Audio Coding). Mimo że praktycznie wszystkie amplitunery posiadają układy wraz z odpowiednim oprogramowaniem to niestety nie korzystają z tego. Opłacenie wszystkich możliwych licencji może faktycznie podnieść cenę urządzenia. Jednak jest w tym sporo czystego marketingu. Po co natychmiast zaopatrzyć urządzenie w najnowsze nowinki techniczne, skoro starsze modele wciąż dobrze się sprzedają? Nowinki zazwyczaj wprowadza się w momencie, gdy sprzedaż spada.

Rola post-procesora

Implementacja użytecznych funkcji THX takich jak Re-Equalization, Timbre Matching, Adaptive Decorrelation, THX Surround EX itp. zazwyczaj wymaga użycia dodatkowego procesora DSP, choć ostatnio zaczynają się pojawiać układy zintegrowane z dekoderami (patrz ramka obok).

Mimo wszystko, nadal w sprzęcie A/V korzysta się z połączenia: procesor DSP/Dekoder + Post Procesor. Ciekawym przykładem są tu z pewnością amplitunery marki Denon z certyfikatem THX (AVC-A1SE oraz AVC-A11SR), które wyraźnie w specyfikacjach chwalą się dwoma procesorami DSP marki Analog Devices ADSP-21065L (jeden procesor stanowi dekoder, a drugi post-procesor).
Urządzenia innych marek korzystają najczęściej z tandemu układów stanowiących połączenie typowego dekodera systemów kinowych (np. układy Crystal Semiconductors z serii CS4932xx), oraz typowego układu przeznaczonego do obróbki zdekodowanego dźwięku – np. CS49330.
W roli post-procesora THX (THX Surround EX) dość popularny jest także układ marki AKM oznaczony jako AK7706. Układ AK7706 jest 24-bitowym procesorem DSP, któremu na wejście podawane jest sześć kanałów zdekodowanych wcześniej np. dekoderem CS4932xx. Na wyjściu AK7706 otrzymujemy już osiem kanałów w trybie THX: L, C, P, LS, RS, SBL, SBR, LFE.

Przetworniki ADC/DAC i cyfrowe regulatory głośności

Ostatnią drogą cyfrowego sygnału dźwiękowego jest naturalnie przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC). Głównymi parametrami przetworników są rozdzielczość i częstotliwość przetwarzania. Także i w tego rodzaju układach wyraźnie czuć tendencję do integracji. W tym przypadku, przetworniki cyfrowo-analogowe integruje się z przetwornikami analogowo-cyfrowymi a także z układami pełniącymi funkcję cyfrowej regulacji głośności. Co oznacza cyfrowa regulacja głośności? Kiedyś, gdy technika cyfrowa nie była popularna, w roli regulatora głośności stosowano potencjometr, czyli rezystor, który pod wpływem kręcenia gałką zmieniał swoją rezystancję. Niestety potencjometry są elementami mechanicznymi, i dość szybko ulegają zniszczeniu, co objawia się szumami i trzaskami wydobywającymi się z głośników podczas kręcenia gałką siły głosu. Każde nowoczesne urządzenie jest pozbawione tego problemu dzięki układom scalonym. Takie układy zawierają w sobie tzw. drabinkę rezystorów o dobrze dopasowanych wartościach. Dzisiaj kręcąc gałką wzmacniacza, tak naprawdę sterujemy układem logicznym, który odpowiednio przełącza rezystory. Oczywiście regulacja odbywa się w sposób skokowy i typowe układy tego typu umożliwiają regulację ze skokiem co 0.5dB. Należy podkreślić, że układy cyfrowej regulacji wzmocnienia nie są układami DSP i nie przetwarzają cyfrowego sygnału. Innymi słowy, cyfrowe jest tylko sterowanie, natomiast sama regulacja dokonywana przez układ, odbywa się dzięki zwykłym rezystorom, przez które płynie nasz analogowy sygnał dźwiękowy w kierunku końcówki mocy.

Funkcjonalność, wygoda i ekonomia ponad wszystko

Tak jak powiedziałem wcześniej, wykupienie licencji na wszystkie systemy reprodukcji dźwięku jest mało ekonomiczne. Zazwyczaj urządzenia produkuje się dla konkretnego rodzaju odbiorcy. Nastały czasy, kiedy każdy zapragnął oglądać filmy we własnym domowym zaciszu, ale nie każdy ma warunki do tego, aby zainstalować wszystkie komponenty będące atrybutami prawdziwego kina. Co zrobić, jeśli użytkownik okazjonalnie ogląda filmy i nie chce instalować wszystkich głośników surround i/lub głośnika centralnego? Co zrobić, aby nie przeszkadzać sąsiadom, podczas gdy chcemy późnym wieczorem obejrzeć dynamiczny film akcji, którego ścieżka dźwiękowa potrafi wprawić w wibracje pół bloku mieszkalnego? Dzięki odpowiednio zaprogramowanemu procesorowi DSP możemy w jakimś stopniu rozwiązać te problemy. Jest wiele systemów tworzenia wirtualnych pól dźwiękowych przy pomocy tylko dwóch głośników, a także istnieją specjalne algorytmy przedstawiania dźwięku przestrzennego, korzystając ze zwykłych stereofonicznych słuchawek.

Poza tym, gdy korzystamy ze źródeł dźwięku słabej jakości takich jak np. radio, kaseta magnetofonowa, czy nawet telewizja, pożyteczną funkcją amplitunera A/V może być cyfrowa redukcja szumów realizowana w czasie rzeczywistym, której efektywność działania jest wprost magiczna (rozwiązanie powszechnie stosowane w amplitunerach marki Pioneer).

Wirtualna przestrzeń

Czasami ze względów estetycznych bądź budżetowych, konsumenci rezygnują z kupowania pełnego zestawu głośników używanych w kino-domowej rozrywce, pozostając tym samym przy systemie stereofonicznym. Kilka firm zadbało także o takich konsumentów, tworząc algorytmy pozwalające w poprawny sposób zaprezentować przestrzenne efekty dźwiękowe przy pomocy tylko dwóch głośników. Kiedyś laboratoria mocno eksperymentowały z uprzestrzennianiem dźwięku dwukanałowego. Dzisiaj w erze dźwięku 6 kanałowego, zadaniem algorytmów wirtualizacyjnych jest odpowiednie przetworzenie 6 kanałów na postać dwukanałową przeznaczoną dla stereofonicznych słuchawek lub zwyczajnych kolumn. Dla przykładu, system Virtual Dolby Digital bazuje na zwykłym dekoderze Dolby Digital, połączonym z modułem wirtualizacyjnym, stworzonym albo przez samą firmę Dolby, lub przez inne firmy. W praktyce oprócz Dolby są to: SRS Labs ze swym modułem SRS TrueSurround, oraz Harman International dzięki modułowi o nazwie VMAx Virtual Theater. Wszystkie te moduły działają bardzo podobnie wykorzystując technikę HRTF (Head Related Transfer Function), która bazuje na danych z pomiarów rozpraszania dźwięku wokół ludzkiej głowy, odbić dźwięku od ramion, oraz odbić dźwięku od małżowiny usznej. Oprócz Virtual Dolby Digital mamy także system DTS Virtual 5.1, który jest niczym innym jak połączeniem zwykłego dekodera DTS z modułem wirtualizacyjnym firmy SRS Labs czyli SRS TrueSurround. W przypadku telewizorów, dla których źródłem dźwięku jest sygnał stereofoniczny, bardzo często aplikuje się system dźwięku Virtual Dolby Surround, który bazuje na dekoderze Dolby Pro Logic. W tym przypadku dwukanałowy dźwięk jest dekodowany przez dekoder Dolby Pro Logic na cztery kanały (Lewy, Centralny w trybie phantom, Prawy i Surround), a następnie moduł wirtualizacyjny przetwarza zdekodowany kanał surround, i wynik w postaci dwóch sygnałów miksuje w kanały lewy i prawy. Dla formalności tylko wspomnę, że patenty firmy Yamaha o nazwie Silent Cinema (dla słuchawek) oraz Virtual Cinema DSP (dla dwóch głośników), działają w ten sam sposób korzystając także z techniki HRTF.

We wszystkich przypadkach otrzymujemy dość przekonujące efekty przestrzenne przy pomocy dwóch głośników lub słuchawek, jednak nic nie zastąpi sześciu czy siedmiu głośników. Wadą systemów z wirtualizacją jest bardzo wąskie pole odsłuchu. W praktyce, tylko jedna osoba siedząca dokładnie na środku przed głośnikami może odebrać efekty przestrzenne. Co więcej, wystarczy odwrócić głowę w lewo lub w prawo i efekt wirtualnego pola znika. W przypadku słuchawek oczywiście słuchacz ma całkowitą swobodę wykonywania ruchów głowy.

Zakończenie

Cóż, mam nadzieję że ten tekst przybliżył choć trochę temat cyfrowych układów, oraz to jak ważne są opłaty licencyjne za korzystanie z algorytmów przetwarzania dźwięku. Z własnych obserwacji dostrzegam wiele nieporozumień, ponieważ wiele osób myśli, iż wystarczy w urządzenie zamontować najnowszej generacji układ DSP i korzystać z wszelkich najnowszych standardów dekodowania i obróbki dźwięku. Nie jest to prawda. Dobrym przykładem może tutaj być implementacja kinowej re-equalizacji praktycznie we wszystkie nowoczesne amplitunery przeznaczone do instalacji domowego kina. Kiedyś taką funkcją chwaliły się tylko urządzenia z certyfikatem THX. Dzisiaj mają to prawie wszystkie urządzenia. Czy to oznacza, że funkcji THX można używać za darmo? Oczywiście nie. Współczynniki filtrów re-eualizacji wypracowane przez zespół THX nie są publikowane. To, co obecnie mamy w urządzeniach bez certyfikatu THX pod nazwą Cinema EQ, to filtracja sygnału taka sama jak filtracja THX, tyle że współczynniki filtru pochodzą od innego zespołu inżynierów, którzy swą pracę ofiarują na zasadzie public-domain – czyli bez żadnych licencji i opłat. Inne firmy takie jak Yamaha czy Sony, wypracowały współczynniki filtracji dzięki pracy własnych inżynierów, i oczywiście wyniki swych prac ładnie nazwały. Wszystkie funkcje kinowej re-equalizacji będą działać podobnie, ale nie tak samo, ponieważ nikt nie ma prawa korzystać z czyichś współczynników (wyjątkiem są wyniki pracy objęte statusem public-domain).

Można rzec, że im więcej popularnych znaczków na panelu czołowym urządzenia, tym urządzenie więcej potrafi i jest praktyczniejsze. Owszem, ale takie urządzenie będzie też więcej kosztować. Czy większe koszta są spowodowane jedynie przez licencje? Raczej nie. Opłaty licencyjne stanowią tutaj ułamek procenta ceny urządzenia. Jednak producenci są świadomi że nowości dobrze się sprzedają, dlatego dodatkowo podwyższają cenę urządzenia. Warto przemyśleć sprawę wyboru odpowiedniego urządzenia pod względem oferowanych funkcji. Każdy potrzebuje czegoś innego. Jeśli chcemy oglądać i słuchać filmów z płyt DVD poprzez sprzęt stereo, to lepiej kupić urządzenie z modułem wirtualizacyjnym. Jeśli wolimy słuchać przez słuchawki a posiadamy odtwarzacz DVD bez wirtualizera, wtedy całkiem sensowny może być wybór rozwiązania zaproponowanego przez markę Yamaha dzięki funkcji Silent Cinema wbudowanej w każdy amplituner. Nie ma produktów uniwersalnych, i może się okazać, że nawet najdroższe urządzenie nie spełni naszych oczekiwań.

Ciekawe odnośniki oraz literatura:

http://www.analog.com/ – Analog Devices, Inc.
http://www.asahi-kasei.co.jp/ – ASAHI KASEI MICROSYSTEMS CO.,LTD
http://www.cirrus.com/ – Cirrus Logic
http://www.bdti.com/ – Berkeley Design Technology, Inc.
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer
Przetwarzanie sygnałów metodami analogowymi i cyfrowymi K. G. Beauchamp
Digital Signal Processing B. Mulgrew, P. Grant, J. Thompson
Elementy syntezy filtrów cyfrowych A. Wojtkiewicz