Cinema Digital Sound

Кіріспе

Кинодағы кинофильмдер үшін қолданылатын аудио форматы Cinema Digital Sound (CDS) - 1990-шы жылдардың басында кинофильмдер үшін қолданылатын көп арналы аудио форматы. Жүйені Eastman Kodak және Optical Radiation Corporation компаниясы әзірледі. CDS жылдам Digital Theatre Systems (DTS) және Dolby Digital форматтарымен алмастырылды. CDS 35 мм және 70 мм пленкадағы аналогты дыбыс жолдарын 5.1 дискретті дыбыспен ауыстырды. 5.1 тректер 16 биттік PCM аудионы дельта модуляциялы сығылу арқылы кодталды, нәтижесінде 4:1 қысылу деңгейі пайда болды. CDS-дегі дыбыс арналары сол, орталық, оң, сол жақ айнала, оң жақ айнала және LFE-мен қазіргі 5.1 жүйелерінің көпшілігі сияқты орналастырылған. Дик Трейси (1990) - CDS-пен кодталған алғашқы фильм. CDS саундтректері бар барлық фильмдер 5.1 арналарды қолданған жоқ; кейбіреулері, мысалы Эдвард Scissorhands (1990), Dolby Stereo қолдауы бар 4 арнаны ғана қолданды. Universal Soldier (1992) - CDS-пен кодталған соңғы фильм. Цифрлық ақпарат Dolby Digital және SDDS сияқты фильмге басылды. Алайда, осы форматтардан айырмашылығы, 35 мм-де аналогтық оптикалық резервтік көшірме және 70 мм-де магниттік резервтік көшірме болмаған, яғни егер цифрлық ақпарат қандай да бір жолмен бұзылса, дыбыс мүлдем болмайды. Бұл оның жойылуына ықпал еткен факторлардың бірі болды; сол кездегі жаңа Dolby Digital форматы өзінің ақпаратын басқа аймаққа (фильмнің тік тік тесіктерінің арасына) көшіріп, оптикалық жолдарды сақтады.

Даму және техникалық аспектілер

Cinema Digital Sound-ты әзірлеуге дейін, индустрияның көпшілігі үшін ПКМ цифрлық кодтауды пайдаланатын алты тректі, оптикалық оқылатын, кинодағы дыбыс мүмкін емес деп саналды. Алайда, үш жыл бойы бірлескен күш-жігермен және жалпы инвестициясы 5 миллион долларға жеткен Кодак алдыңғы фильмдерге қарағанда көбірек ақпаратты ұстай алатын арнайы ұсақ түйірлі, жоғары ажыратылатын негативті фильмді жасады және Optical Radiation Corporation арнайы аудио кодтау мен қателерді түзету жүйесін жасады, нәтижесінде Cinema Digital Sound жүйесі пайда болды. Алғашқы сынақтар Kodak-тың жаңа жоғары ажыратылатын негативті пленкасын қолдану арқылы жоғары сенімділіктегі цифрлық дыбыс пен Compact Disc форматына ұқсас қателік деңгейін алу үшін қажетті қатпарлылықты қамтамасыз ету мүмкін екенін және қалыпты ойнату кезінде пленканың тозуы маңызды емес екенін дәлелдеді. Бірде дау туды (ORC инженерлері оған қарсы күресті, бірақ басқару оларды жоққа шығарды), жаңа CDS цифрлық аудио және деректік жолдар үшін 35 мм оптикалық және 70 мм магниттік фильм стандарттарында дыбыс үшін арнайы бөлінген аумақты пайдалануға шешім қабылданды. Алты аудио арналар іске асырылды; Бес толық жолақты аудио арналар (үш экранның артында және екі жан-жақты арналар) 44.1 кГц үлгілік жылдамдықпен жүйеге сызықтық 16 бит үлгілер ретінде енгізілген. Үлгілер Дельта модуляциясы арқылы 12 бит сөздерге сығылған, әр 32 үлгінің біреуі өзінің бастапқы сызықтық 16 бит нысанын сақтап, әр 726 мкм дәл анықтама беру үшін. Субвуфердің (1 төменгі жиіліктегі эффекттер) арнасы Delta модуляциясын қолданған жоқ. Оның орнына 44,1 кГц үлгі алу жиілігі 1378 Гц-ке дейін төмендетілді, бұл 114 Гц жоғарғы дыбыс жолағын берді, ал қалған жиілік диапазонында антиалиазинг және анти-бейнелеу стратегиялары қолданылды. Алты цифрлық аудио арнадан басқа, үш дерек/басқару арнасы ұсынылды. Бір SMPTE уақыт коды каналы және MIDI басқару сигналдары үшін басқа канал театрдың автоматтандырылуын немесе жабдықтың сыртқы синхрондалуын орындау үшін икемділік ұсынды. Үшінші дерек арнасы - идентификациялық жол - пленкаға тән пайдаланушы анықтаған әр түрлі параметрлерді (мысалы, перделерді ашу/жапу, орындықтардың қозғалысы немесе жарық эффектілері) жазу үшін пайдаланылуы мүмкін. CDS жүйесі нарықтан толық шығарылғанға дейін екі жыл ғана қол жетімді болғандықтан, SMPTE уақыт кодын немесе MIDI арналарын ешқашан қолданған емес. Деректер жылдамдығы секундына 5,8 миллион бит болғандықтан, қателерді анықтау және түзету қажет болды. Қателерді түзету үшін қосымша CRC таңбаларымен бірге арнайы жасалған Рид Соломонның блок коды қолданылды. Бір-біріне жұп және тақ дыбыс үлгілерін араластыру жарылыс қателерінен қорғау үшін орындалды. Аудиотаспа машиналарында сияқты, кернеу, жетекші және жеткізу және қабылдау катушкаларымен тасымалдау проблемалары тік немесе көлденең тоқуды тудыруы мүмкін, ал бит мөлшері тек 14 мкм болғандықтан, дәл уақыт пен бақылау өте маңызды болды, сондықтан CDS жүйесі арнайы проектордың модификацияларын орнатуды талап етті. Алайда кейіннен проекторларды өзгертудің қажеті жоқ екендігі және CDS жүйесінің фильмнің дұрыс емес жылдамдығына сезімтал болуы CDS декодер модуліне дұрыс орнатылмаған диодтың әсерінен екендігі анықталды. Горизонталды бақылау 76 МГц цифрлық сервомен қамтамасыз етілді, ал вертикальді уақыт есептеу деректердің форматына жазылған алгоритммен жүзеге асырылды. Деректер қатары көлденең түрде сканерленді, сондықтан қателерді түзету үшін автосағаттайтын, ұзақтығына шектелген код қолданылды. Кодтау кезінде 6 - 8 бит картасы әр 8 бит сөздің дәл төрт нүктені қамтитынына көз жеткізу үшін орындалды. Паритиліктің бұл түрі кодтау кезінде қателерді түзетуде жақсы жұмыс істеді.

Prior to the development of Cinema Digital Sound, a six track, optically read, sound on film system using PCM digital encoding was thought, by most in the industry, to be impractical. However, in a joint effort over a three year period, and with a $5 million total investment, Kodak developed a special fine grained, high resolution negative film capable of holding more information than previous films and Optical Radiation Corporation developed a special audio coding and error correction system, resulting in the Cinema Digital Sound system. Initial tests proved that packing densities necessary to achieve high fidelity digital sound and error rates comparable to the Compact Disc format were possible using Kodak's new high resolution negative film and that wear on the film during normal playback was not significant. In a controversial move (ORC's engineers fought against it but management overruled them), it was decided to utilize the area typically reserved for sound in the 35 mm optical and 70 mm magnetic film standards, for the new CDS digital audio and data tracks. Six audio channels were implemented; Five full bandwidth audio channels (three behind screen and two surround channels) were applied to the input of the system as linear 16 bit samples at a 44.1 kHz sample rate. Samples were data compressed into 12 bit words via Delta Modulation, with one in every 32 samples retaining its original linear 16 bit form to provide an accurate reference every 726μm. The subwoofer (.1 Low Frequency Effects) channel did not employ Delta Modulation. Instead the 44.1 kHz sample rate was decreased to 1378 Hz, which yielded an upper audio bandwidth of 114 Hz with anti aliasing and anti imaging strategies applied in the remainder of the frequency range. In addition to the six digital audio channels, three data/control channels were provided. One SMPTE time code channel and another channel for MIDI control signals offered flexibility for performing theater automation or external synchronization of equipment. The third data channel, an identification track, could be used to record a variety of user defined parameters specific to the film (such as curtain opening/closing, seat movement or lighting effects.) As the CDS system was available for only two years before its complete withdrawal from the market, no use of the SMPTE time code or MIDI channels was ever implemented. Because the data rate was 5.8 million bits per second (5.8mbp/s), significant error detection and correction was required. A custom designed Reed Solomon block code, was used with additional CRC characters for error correction. Interleaving of odd and even audio samples was performed to protect against burst errors. Just as in audio tape machines, transport problems with tension, guides, and supply and take up reels could result in vertical or horizontal weave, and as bit sizes were only 14μm, precise timing and tracking was essential, thus the CDS system required installation of special projector modifications to smooth the film path travel and steady the take up speed. It was found later, however, that modifications to the projectors were not needed and that the CDS systems sensitivity to improper film speed was due to a diode installed incorrectly in the CDS decoder module. Horizontal tracking was provided by a 76 MHz digital servo, while vertical timing was accomplished with an algorithm written into the data format itself. Rows of data were scanned horizontally, thus a self clocking run length limited code was used for this error correction. A 6 to 8 bit mapping was performed upon encoding to ensure that each 8 bit word contained exactly four ones. This form of parity worked well in correcting errors upon decoding.