Formatos de Audio

Formatos de audio

Enrique Alexandre (@e_alexandre)

¿Con o sin pérdidas?

• Codificadores con pérdidas (mp3, aac, wma, etc.):

• Utilizan modelos perceptuales para eliminar la información irrelevante.

• Es imposible reconstruir exactamente la señal original a partir de la codificada.

• Codificadores sin pérdidas (.flac, .alac, .ape, etc.):

• Se limitan a eliminar la información redundante.

• Se puede reconstruir de forma exacta la señal original a partir de la codificada.

ATC

ATC-ABS PXFMOCF

ATAC ASPECMUSICAM

Layer I, Layer II Layer III

ATRAC PASC

AC-3

TWIN-VQ

PAC

ASC

MPEG-2 AAC

MPEG-4 AUDIO

1977

1992

1994

1995

1997

1999

Análisis tiempo/frecuencia

Análisis psicoacústico

Cuantificación y codificación

Asignación de bits

Codificación entrópica

MUX

Estructura genérica de un codificador de audio

La familia MPEG

MPEG-1MPEG-2 BCMPEG-2 NBC (AAC)MPEG-4

ISO/IEC MPEG-1

• Estándar “semi-abierto”:

• Partes normativas e informativas.

• Uno o dos canales:

• Un solo canal monofónico

• Dos canales monofónicos independientes

• Dos canales stereo

• Joint-stereo

• Frecuencias de muestreo: 32 kHz (broadcast), 44.1 kHz (consumer) y 48 kHz (professional).

• Bitrates: 32-192 kbps (mono) y 64-384 kbps (stereo).

ISO/IEC MPEG-1

• Tres capas independientes con distintas complejidades:

• Capa I:

• Proporciona transparencia a 384 kbps.

• Complejidad media-baja.

• Aplicaciones: Philips Digital Compact Cassette (DCC).

• Capa II:

• Proporciona transparencia a 256 kbps.

• Complejidad media.

• Aplicaciones: DAB, DVB, radiodifusión

ISO/IEC MPEG-1

• Capa III (mp3)

• Proporciona transparencia a 192 kbps.

• Complejidad alta.

• Aplicaciones: ISDN (RDSI), Internet.

Nuevas variantes

• mp3PRO

• Proporciona el doble de rendimiento que el mp3

• Compatible hacia atrás con mp3

• mp3HD

• Codificador sin pérdidas compatible hacia atrás con mp3

mp3: Licencias

Codificación estéreo

• Objetivo: aprovechar las posibles redundancias (parecido) entre los dos canales de audio.

• Herramientas disponibles en el modo Joint Stereo:

• Mid/Side Stereo (M/S): Se transmite suma y diferencia en lugar de los canales originales.

• Intensity Stereo: Se transmite la energía y la panorámica. Funciona a altas frecuencias (>3kHz).

ISO/IEC MPEG-2 BC

• Ampliación compatible hacia atrás con MPEG-1.

• Características añadidas:

• Frecuencias de muestreo mitad (24, 22.05 y 16 kHz) para aplicaciones con menor ancho de banda.

• Codificación multicanal (5.1).

• Existe un MPEG-2.5, formato propietario del Fraunhofer, que permite frecuencias de muestreo inferiores (8, 11.025 y 12 kHz).

ISO/IEC MPEG-2 NBC / AAC

• Nuevo esquema, no compatible con los anteriores, que proporciona mejor rendimiento de codificación.

• Tres modos de operación:

• LC (Low Complexity)

• Main Profile

• SSR (Scalable Sampling Rate)

• Proporciona transparencia a 128 kbps (stereo) y 320 kbps (5.1)

• Aplicaciones comerciales:

• Apple iTunes, Sony PSP, Operadoras móviles (Movistar, Orange, etc,), DRM (Digital Radio Mondiale), DVB, etc.

Variante: HE-AAC ó aacPlus

• La misma idea que el mp3PRO

• Buena calidad de sonido estéreo a 48 kbps

ISO/IEC MPEG-4

• No es un nuevo esquema de codificación en sí, sino un conjunto de codificadores ya existentes unificados bajo un mismo estándar.

• Un fichero MPEG-4 puede contener audio, video, audio sintético, etc.

• Extensiones .mp4, .m4a y .3gp

Otros codificadores

Ogg VorbisMusepackOtros

Ogg Vorbis

• Codificador de audio libre

• Proporciona una calidad muy parecida a un MPEG-2 AAC

• Soporta frecuencias de muestreo desde 8kHz hasta 192 kHz

• Soporta desde 1 canal hasta 255

Musepack

• Codec basado en MPEG-1 Capa II

• Pensado para proporcionar muy alta calidad de audio a tasas binarias elevadas

• Extensión: .mpc

Otros codecs propietarios

• Windows Media Audio (WMA)

• Free Lossless Audio Codec (FLAC)

• RealAudio

Resumen: codificadores con pérdidas

Formato Año Gratis Bitrate Canales Latencia

mp3 1993 No 8-320 kbps 2 > 100ms

AAC 1997 No 8-529 kbps 48 20-405ms

AC-3 1992 No 32-640kbps 6 40.6 ms

Musepack 1997 Si 3-1300 kbps 8 ?

Vorbis 2000 Si Variable 255 > 100ms

WMA 1999 Si (Windows) 8-768 kbps 2 > 100ms

Resumen: codificadores sin pérdidas

Formato Velocidad Compresión Híbrido (c/ pérdidas)

Código abierto Multicanal

Wavpack Muy rápido 58% Si Sí Sí

ALAC Rápido 58.5% No Sí (decod) Sí

FLAC Muy rápido 58.7% No Sí Sí

Monkey’s Rápido 55.5% No Sí Sí

• Formatos estándar

• .aif: AIFF, Audio Interchange File Format

• .wav: Waveform Audio

• . bwf: Broadcast wave (extensión al .wav)

• .raw: Raw audio file (Como un .wav pero sin cabecera)

Diccionario de extensiones

Diccionario de extensiones

• Codificadores con pérdidas:

• .mp3: MPEG-1 Capa III

• .mp4: MPEG-4 (audio y/o video)

• .m4a: MPEG-4 audio

• .m4p: Ficheros del iTunes con DRM

• .m4v, .mp4v, .cmp, .divx, .xvid: MPEG-4 Video

• .3gp, .3g2: MPEG-4 en móviles

• .wma: Windows Media Audio

• .ogg: Ogg Vorbis

Diccionario de extensiones

• Codificadores sin pérdidas

• .flac: FLAC, Free Lossless Audio Coder

• .m4a: Apple Lossless audio coder

Sonido surround

• Un poco de historia:

• El sonido surround lleva utilizándose desde los años 30 (3 canales frontales para el cine, desarrollados por Bell Labs)

• En 1941 se añadieron los canales traseros, para la película Fantasía de Walt Disney. Era el sistema de sonido Fantasound, también utilizado para el Cinemascope de la Fox.

• En los 60 el sistema Dolby Surround se convirtió en el estándar de facto, con 4 canales.

• En los 70 se creo el sistema Quad, para música, que acabó desapareciendo por falta de compatibilidad.

Ventajas del surround

• El sonido es más claro

• No hay un sweet spot

• La posición de los altavoces no es tan crítica

• Más posibilidades para la mezcla

Dolby AC-3

• Creado en 1991 para la película “Batman returns”.

• Es un codificador pensado desde el principio para la industria del cine (audio multicanal), que acabó adaptándose para aplicaciones domésticas (home theater)

• Es el estándar para la televisión de alta definición en EEUU y DVD-Video

• Velocidades binarias soportadas: desde 32 hasta 640kbps

• Frecuencias de muestreo: 32, 44.1 y 28 kHz

Dolby AC-3

• Principales características

• Protección de copyright

• Marcas de tiempo

• Down-mixing

• Identificadores de los idiomas

• Múltiples tramas auxiliares

• Control del margen dinámico

Tecnologías Dolby (consumo)

Codificación sin pérdidas, hasta 8 canales 24bits/96kHz

Codificación con pérdidas, hasta 7.1 canales a 6 Mbps

Codificación con pérdidas, hasta 6.1 canales

Codificación con pérdidas, hasta 5.1 canales

Tecnologías Dolby (consumo)

Versión para consumo del Dolby analógico

Codificador MPEG-2/4 AAC

Codificador sin pérdidas para el DVD-Audio

Sistema analógico matricial para 5.1

Igual que el pro logic II pero hasta 7.1

Añade canales frontales en altura

Tecnologías Dolby

Blu-rayBlu-ray DVDDVD

Codec Canales Bitrate Canales Bitrate

5 . 1 640 kbps 5 . 1 448 kbps

7 . 1 1.7 Mbps

8 18 Mbps

Tecnologías Dolby (cine)

Audio analógico para cines

Codificación con pérdidas. Igual que el de consumo.

Extensión a 7.1

Sistema de imagen 3D

Añade un canal trasero central al 5.1

Un canal por altavoz en el cine

Tecnologías DTS (consumo)

Codificación sin pérdidas, hasta 7.1 canales

Codificación con pérdidas, hasta 5.1 canales

Equivalente al Prologic II de Dolby

Extensión del Neural Surround hasta 11.1

SDDS

• Es una tecnología exclusiva para salas de cine

• Ofrece hasta 8 canales de sonido

• La información se graba en los bordes externos de la película

Dolby AC-3

Dolby AC-3

Dolby AC-3

Dolby AC-3, DTS y SDDS

• Pueden existir fallos de sincronismo

• El ratio de compresión es menor que en AC-3

• Se suele coincidir en que es el formato más fiel al sonido del master

• La instalación es más barata

Ventajas e inconvenientes de DTS

Ventajas e inconvenientes de Dolby AC-3

• Usa un ratio de codificación elevado

• Puede haber problemas con los cambios de rollo, aunque se puede evitar

• Es el formato más extendido

• El audio va sobre la película para evitar problemas de sincronismo

Ventajas e inconvenientes de SDDS

• Tiene el ratio de codificación más bajo de todos (creo)

• Proporciona 8 canales de sonido, aunque no hay demasiados cines que soporten esto

• Está muy ligado a Sony y sus estudios (Columbia, Tristar, etc.)

• Es el sistema más caro de instalar

THX

• Es un sistema de certificación de la calidad creado en 1983 para asegurar que la película “El retorno del Jedi” se escuchase igual en los mejores cines.

• THX viene de Tomlinson Holman’s eXperiment.

• THX impone unos requisitos muy estrictos para los cines:

• Suelo flotante

• Paredes tratadas acústicamente

• Pantalla perforada

• Ruido de fondo NC-30

• Ángulo de visión

• Calidad de la imagen

Altavoces frontales empotrados

Aislamiento entre salas

Control de la reverberación

Posición de la pantalla

Proyección de la película

THX

• Criterios de certificación para cines:

• Ruido de fondo (NC-30)

• Aislamiento acústico

• Reverberación

• Ángulo de visión

• Calidad de la imagen

• Equipamiento

• Instalación de los equipos

¿Cómo coloco los altavoces en casa? Estéreo

¿Cómo coloco los altavoces en casa? Estéreo

Colocación de los altavoces

5.1 7.1

Colocación de los altavoces

Dolby True HD Ordenador