Direct Stream Digital ( DSD ) er en proces til lagring af audiosignaler på digitale medier, der især anvendes på Super Audio CD, der blev lanceret i 1999 af Sony og Philips .
Den konkurrerer direkte med high definition PCM (lydkodning brugt til Compact Discs ), der findes på DVD-Audio , som blev lanceret kommercielt kort efter Super Audio CD.
Da Sigma-Delta-konverteringsprocessen først blev beskrevet i CC Cutlers specifikation 2.927.962 i 1954 (men det blev kun navngivet i artiklen af H. Inose, Y. Yasuda og J. Murakami i 1962), eksisterede der ikke decimering , og hensigten var at overføre data, der blev udtaget af stikprøver, som de var.
Det var i 1969, at DJ Goodman i sin artikel "The Application of Delta Modulation of Analog-to-PCM encoding" for første gang i lydhistorien foreslog at decimere over-samplede Sigma-Delta-data for derefter at konvertere dem ind i kodet pulsmodulation (engelsk PCM , som står for pulskodemodulation ).
Bare tredive år senere, i 1999, genbrugte Sony og Philips princippet 'Delta-Sigma Direct' til deres nye type lyddata kaldet Direct Stream Digital og forbandt det med Super Audio CD- formatet , hvis mål er at lykkes med Compact Disc, og hvis den kommercielt vellykket, skal du erstatte den.
DSD er en metode til lagring af et Sigma-Delta- signal, inden der anvendes en decimator, der konverterer det til PCM .
Dens teknologi består af kodning af lyd ved en meget høj samplingsfrekvens , 64 gange større end PCM-sampling af Compact Disc , dvs. 64 fs (1 fs = 44100 Hz , så 44100 Hz × 64 = 64 fs = 2,822 4 MHz ). Det kvantificeres på 1 enkelt bit , hvilket giver en båndbredde på op til 80 kHz eller endda 100 kHz og et dynamisk område på 120 dB ; det er derfor meget højere end det, der anbefales af sætningen om prøveudtagning af Nyquist-Shannon . Da denne metode ikke har brug for decimator- og interpolationsfiltre, sikrer den høj reproduktion trofasthed af det originale signal samt god fasekohærens .
Den analog-digitale konvertering og digital til analog forenkles således, hvilket giver øget signalkonverteringskvalitet til lavere produktionsomkostninger. Det tillader også flerkanals spatialisering ud over den hidtil anvendte stereofoni .
For at øge optagekapaciteten på Super Audio CD'en undergår den digitale lydstrøm tabsfri kompression kaldet DST ( (en) Direct Stream Transfer ), der giver mulighed for op til 80 minutters optagelse af kombinerede stereo- og flerkanals DSD-spor.
De teknikker, der er involveret til dette formål, bruger støjformning eller formning af kvantiseringsstøj, hvormed støj skubbes tilbage i frekvensområderne uden for det nyttige område . Disse frekvenser er ikke hørbare for det menneskelige øre , men dæmpes ofte af læserne ved hjælp af et high-cut filter, fordi de til gengæld risikerer at beskadige (undertiden fatalt) diskanthøjttalere, der ikke er super-tweeter, det vil sige ikke designet til at gengive ultralyd .
1-bit-modulation (alt eller intet) er ikke nyt: det svarer til pulsbreddemodulation ( Pulse Width Modulation, der anvendes i invertere , klasse D-forstærkere , lysventilenheder: mikro - DMD-spejle osv. ), Hvor arbejdscyklussen varierer i henhold til amplituden på det signal, der skal transskriberes (se sammenligningsdiagram til højre). 1-bit digital stream (DSD) skal dog følge en pålagt klokfrekvens (som svarer til den oversamplede frekvens), dette kaldes PDM ( Pulse Density Modulation ) eller pulsdensitetsmodulation. Alle CD-A- og DVD-A-dæk drager fordel af en "one bit" -modulator, der gør det muligt at finde fra en PCM-stream (16, 20 eller 24 bit) en DSD-type stream (1 bit), som er meget let at konvertere til analog (lavordens lavpasfiltrering). Det er derfor ikke nødvendigt at bruge en Sigma Delta-konverter, når du afspiller DSD-stream på Super Audio CD.
Den CD med sin samplingsfrekvens på 44,1 kHz, meget tæt på den øvre grænse af Hi-Fi frekvensområde (20 kilohertz), kræver en filter med en pludselig afskæringsfrekvens i de høje frekvenser ( 20 db / oktav ). Sådanne filtrering ødelægger meget af den rigdom og finesse af visse optagelser (ikke bare i diskanten) : dette problem blev identificeret tidligt og de første generationer af CD-afspillere blev udstyret med interpolation kredsløb i . For at oversample det digitale signal og dermed begrænse ødelæggelsen af harmoniske og høje frekvenser.
For at overvinde denne mangel blev DSD sat til en høj samplingshastighed (se ovenfor), og dens moduleringsprincip tillader med et simpelt førsteordensfilter ( 6 db / oktav ) for ikke at "knuse" harmonerne. I betragtning af dens samplingsfrekvens og dens driftsform er CD'en for eksempel ude af stand til korrekt at gengive et rektangulært signal (rig på harmoniske) på 10 kilohertz, resultatet er tættere på en sinusoid (den højere ordens harmoniske til 2 elimineres), på trods af oversampling. Behandlingen af signalet, der betjenes med SA-CD'en, gør det muligt at bevare de harmoniske og opnå et signal, der respekterer kilden og derfor en stor finesse af detaljer.
Den oprindeligt bevarede prøveudtagning for cd'en var baseret på teknologiske kriterier, hvor kvaliteten af gengivelsen af de harmoniske ikke blev betragtet som væsentlig foran tidens imperativer. Den 44,1 kHz prøve rate blev nedarvet fra en fremgangsmåde til digitalt at konvertere et audiosignal til et videosignal til videobåndoptagelse.
| CD | SACD | |
|---|---|---|
| Format | 16 bit PCM | 1 bit DSD |
| Samplingsfrekvens | 44 100 Hz | 2.822.400 Hz |
| Dynamisk rækkevidde | 96 dB | 120 dB over hele frekvensområdet |
| Frekvensområde | 20 Hz –20 kHz | 20 Hz –50 kHz typisk , op til 100 kHz med nogle afspillere |
| Disk kapacitet | 700 MB | 7,95 GB |
| Stereoanlæg | Ja | Ja |
| Multikanal lyd | Ingen | Ja |
For at reducere den krævede lagerplads og båndbredde anvendes en tabsfri komprimeringsmetode kaldet Direct Stream Transfer (DST). Det er obligatorisk for multikanalprogrammet , men kun valgfrit for det stereofoniske program . Kompressionsfaktoren er mellem to og tre, hvilket gør det muligt, som vist ovenfor, at kombinere 80 minutter af det samme program i stereo og i multikanal.
Direct Stream Transfer er især blevet et af de tekniske punkter i MPEG-4 Audio-standarden (også kaldet MP4) ( ISO / IEC 14496-3: 2001 / Amd 6: 2005 - Tabsfri kodning af oversamplet lyd) i 2005. Dette inkluderer definitioner af DSD og DST som beskrevet i Super Audio CD-specifikationerne .
MPEG-4 DST giver tabsfri kodning af oversamplede lydsignaler. En referenceimplementering af MPEG-4 DST blev offentliggjort som ISO / IEC 14496-5: 2001 / Amd.10: 2007 i 2007.
DSD, med henblik på Super Audio CD , inkluderer adskillige databeskyttelsesforanstaltninger, der gør det umuligt at kopiere direkte, ligesom det traditionelle 700 megabyte CD-lag af hybriddiske . Dette inkluderer 80-bit lyddatakryptering ved hjælp af en nøgle kodet i en speciel region på disken, der kun kan læses af en licenseret Super Audio CD-afspiller. High Definition-laget på en SA-CD kan ikke læses af en computer-CD / DVD-afspiller, ligesom det er umuligt at oprette en Super Audio CD, bortset fra på to specifikt godkendte produktionssteder, der ligger i Shizuoka og Salzburg .
Ud over de ovennævnte Super Audio CD- sikkerhedsforanstaltninger finder vi hovedsagelig PSP eller Pit Signal Processing ( pit betyder "pit" eller "grøft" på fransk, i sammenhæng med en digital disk det oversætter til "hak"), et fysisk fodaftryk som består af en modulering af dybden af indhakene på disken (dataene er gemt i længden af indhakene som på en Compact Disc ). Den optiske sensor skal have et specielt kredsløb for at detektere og fortolke det og sammenlignes derefter med informationen på disken for at sikre dens gyldighed (så det er en dobbeltnøglekryptering ). Selvom størstedelen af DVD- , DVD Audio- og DVD-Rom-afspillere teoretisk kan læse data fra en Super Audio CD (samme disk, samme graveringstæthed og læselaser), kan de ikke fortolke dem, da de ikke er udstyret med det nødvendige dekodningskredsløb, og genkender dem derfor ikke.
For Hybrid Super Audio CD'er gælder pit-signalbehandling kun SA-CD-laget med høj densitet, ikke CD-laget.
Et antal nyere Super Audio CD-afspillere er udstyret med IEEE 1394 (også kendt som FireWire eller i.Link) eller HDMI- digitale udgange, der bærer DSD-data (hvoraf nogle modeller fra Sonys tidlige PS3-æra er en del), hvor det ville være muligt at få den rå DSD-strøm. Den anvendte beskyttelsesmekanisme er DTCP ( Digital Transmission Content Protection ) og kan rekvireres i tilstandene "Kopi én gang" eller "Kopier aldrig".
Et firma med base i Schweiz, DVD Upgrades , foreslog i slutningen af 2000'erne et modificeret output-printkredsløb, der tager det digitale signal fra datastrømmen lige inden det digitale / analoge konverteringstrin samt en S / port. PDIF plejede at indsamle DSD-strømmen, der tidligere er konverteret til PCM . Dette gjorde det muligt at opnå et ikke-DRM digitalt signal fra både Super Audio CD og DVD Audio .
Efter ankomsten i begyndelsen af 2010'erne af downloads af DSD-filer, der kunne læses på computere og overføres via S / PDIF eller Toslink- kabel til en konverter, blev forsøg på at omgå disksikkerhed ubrugelig i hackernes øjne . Disse downloads tilbyder effektivt alternativet til enkle filkopier, der omgiver al beskyttelsen af SA-CD-disken.
På grund af den store kommercielle svigt af Super Audio CD , da den kun er lidt redigeret til audiofile formål , men med en jævn hastighed, synes DSD ikke at være dømt til at blive et større fremtidigt format, ellers at forblive i high-end lyd og ukendt for offentligheden.
Byggekvaliteten af en Super Audio CD er bedre end en simpel CD (det fysiske medium i sig selv er tættere og lidt tungere end en simpel CD).
Kun Sony har de kompatible pressefabrikker til at fremstille dem efter en meget præcis fremstillingsproces, inklusive den med base i Østrig, Sony DADC.
Sony lancerede i slutningen af januar 2014 en digital digitaloptager, PCM-D100, kompatibel med DSD-formatet (2,8 MHz / 1 bit).
I april 2014 præsenterede AudioFEEL et projekt, der foreslog at forbinde DSD-princippet med en mediestøtte af solid state- typen ( SD-kort ). Ideen er at skabe et nyt 'populært' format, der er i stand til at efterkomme aldrende optiske formater: CD, SA-CD, DVD osv.
I lyset af den manglende interesse, der vækkes af det for 'eksklusive' DSD-format, vil dette projekt endelig blive omdøbt til DA [SD]. Den første foreslåede spiller (d-play) vil være kompatibel med DSD64 (2,8 MHz), DSD128 (5,6 MHz) og PCM / Flac fra 16 bit / 44,1 kHz til 24 bit / 192 kHz .
Den Korg MR-1000 er en optager digital 1-bit kalibreret på en sampling af 5,644,800 bit per sekund (almindeligvis forenklet ved 5,6 MHz ) eller det dobbelte af prøveudtagning DSD øjeblikket eksisterende. Det kaldes også DSD128, da den normale hastighed er 64 fs (1 fs = CD-sampling = 44,1 kHz), er den her fordoblet til 128 fs. Dual rate DSD forventes at blive drevet af andre mærker og vil snart blive brugt, men i mindre grad end den klassiske DSD (se forrige afsnit).
Siden slutningen af 2010 er optagestudier blevet udstyret mere og mere med konvertere og MAO- stationer, der er i stand til DSD med dobbelt hastighed, og præstationen lykkedes i maj 2013 med at opnå en symfonisk optagelse, der var uret til 11.289.600 bits pr. Sekund (almindeligvis forenklet til 11,2 MHz eller 256 fs).