Введение
Матричное декодирование — это аудиотехнология, при которой небольшое количество дискретных аудиоканалов (например, 2) декодируется в большее количество каналов при воспроизведении (например, 5). Каналы обычно, но не всегда, организуются для передачи или записи кодировщиком и декодируются для воспроизведения декодировщиком. Цель этой технологии — обеспечить возможность кодирования многоканального звука, такого как квадрофонический или объемный звук, в стереосигнал, что позволяет воспроизводить его как стерео на стереоаппаратуре и как объемный звук на соответствующем оборудовании – это так называемый "совместимый" многоканальный звук.
Процесс
Матричное кодирование не позволяет закодировать несколько каналов в меньшее количество каналов без потери информации: невозможно уместить 5 каналов в 2 (или даже 3 канала в 2) без потерь, поскольку это приводит к потере размерности: декодированные сигналы становятся зависимыми. Задача состоит в том, чтобы закодировать информацию, которая при декодировании будет одновременно приемлемым приближением объемного звучания и приемлемым (или даже лучшим) стерео.
Схема Хафлера (2:2:4)
Самая ранняя и простая форма декодирования — схема Хафлера, извлекающая обратные каналы из обычной стереозаписи (2:2:4). Она использовалась исключительно для декодирования (вопросы кодирования звука не рассматривались).
Декодирующая матрица
Декодирующая матрица Левый Передний Правый Передний Левый Задний Правый Задний Левый Итого 1.0 0.0 1.0 1.0 Правый Итого 0.0 1.0 1.0 1.0
Матрица Dynaquad (2:2:4) / (4:2:4)
Матрица Dynaquad, представленная в 1969 году, была основана на схеме Хафлера, но также применялась для специфического кодирования 4 звуковых каналов в некоторых альбомах (4:2:4).
Матрица кодирования
Матрица Левый Передний Правый Передний Левый Задний Правый Задний Левая Сумма 1,0 0,25 1,0 0,5 Правая Сумма 0,25 1,0 0,5 1,0
Декодирующая матрица
Матрица Левый Передний Правый Передний Левый Задний Правый Задний Левая Сумма 1.0 0.0 0.64 0.36 Правая Сумма 0.0 1.0 0.36 0.64
Электро-голосовой стерео-4 матрицы (2:2:4) / (4:2:4)
Матрица Stereo 4 была изобретена Леонардом Фельдманом и Джоном Фикслером, представлена в 1970 году и продавалась компаниями Electro Voice и Radio Shack. Эта матрица использовалась для кодирования четырех звуковых каналов на многих виниловых альбомах (4:2:4).
Матрица кодирования
Матрица Левый Передний Правый Передний Левый Задний Правый Задний Левая Сумма 1,0 0,3 1,0 0,5 Правая Сумма 0,3 1,0 0,5 1,0
Кодировщик позиции
Кодировщик N/2, кодировавший каждую позицию в окружности 360°, имел 16 входов, каждый из которых можно было установить на требуемое направление, создавая оптимизированное кодирование.
Лондонская ящик
Он кодировал центральный канал таким образом, чтобы он не гасился при моновоспроизведении, поэтому его сигнал обычно смешивался с сигналом позиционного кодера или кодера с ориентацией вперед. После 1972 года подавляющее большинство альбомов, закодированных по системе SQ, смешивались либо с позиционным кодером, либо с кодером с ориентацией вперед.
Гентский микрофон
Кроме того, CBS разработал микрофон SQ Ghent, представлявший собой пространственную микрофонную систему на основе микрофона Neumann QM 69. Сигналы с QM 69 подвергались дифференцированию, а затем фазовой матричной обработке для получения двухканального SQ. Благодаря микрофону Ghent, SQ был преобразован из матричного представления в ядро, и можно было получить дополнительный сигнал для достижения характеристик N:3:4.
Универсальный SQ
В 1976 году Бен Бауэр объединил матричные и дискретные системы в USQ, или Universal SQ. Это была иерархическая дискретная матрица 4:4:4, использующая матрицу SQ в качестве базовой полосы для дискретных квадрофонических FM-вещаний с применением дополнительных сигналов разности, называемых "T" и "Q". Для FM-вещания USQ дополнительная модуляция "T" размещалась на частоте 38 кГц в квадратуре к стандартному стереодифференциальному сигналу, а модуляция "Q" – на несущей частоте 76 кГц. Для стандартных 2-канальных SQ Matrix-вещаний CBS рекомендовал размещать дополнительный пилотный тон на частоте 19 кГц в квадратуре к основному пилотному тону для обозначения SQ-кодированного сигнала и активации логического декодера у слушателя. CBS утверждал, что система SQ должна быть принята в качестве стандарта для квадрофонического FM, поскольку в прослушиваниях, проведенных FCC, система 4:2:4 SQ, декодированная с помощью декодера CBS Paramatrix, превосходила системы 4:3:4 (без логики), а также все остальные протестированные системы 4:2:4 (с логикой), приближаясь по качеству к дискретной мастер-записи с незначительной разницей. Одновременно с этим, преобразование SQ в стерео и моно было предпочтительнее преобразования в стерео и моно у систем 4:4:4, 4:3:4 и всех других систем кодирования 4:2:4.
Декодер Tate DES
Система направленного усиления, также известная как Tate DES, была передовым декодером, улучшающим направленность базовой SQ-матрицы. Она сначала матрицировала четыре выхода SQ-декодера для получения дополнительных сигналов, затем сравнивала их огибающие, чтобы определить преобладающее направление и степень его выраженности. Процессорный блок, реализованный вне чипов Tate IC, применял переменную скорость нарастания/спада к управляющим сигналам и определял коэффициенты матриц "B" (Blend), необходимые для усиления направленности. Эти коэффициенты обрабатывались истинными аналоговыми умножителями в микросхемах Matrix Multiplier, которые умножали входящую матрицу на матрицы "B" и формировали выходные сигналы, в которых направленность всех преобладающих звуков была усилена. Поскольку DES мог одновременно распознавать все три направления энергетической сферы и улучшать разделение, он создавал очень открытое и "дискретное" звуковое поле. Кроме того, усиление осуществлялось с достаточной сложностью, чтобы все не доминирующие звуки оставались на должном уровне. Компания Dolby использовала микросхемы Tate DES в своих театральных процессорах примерно до 1986 года, когда была разработана система Pro Logic. К сожалению, задержки и проблемы не позволили микросхемам Tate DES появиться на рынке до конца 1970-х годов, и было выпущено всего два потребительских декодера, использующих их: Audionics Space & Image Composer и Fosgate Tate II 101A. Fosgate использовал более быструю, обновленную версию микросхемы, названную Tate II, и дополнительную схему, обеспечивающую усиление разделения во всем 360-градусном звуковом поле. В отличие от более ранних декодеров Full Wave, соответствующих логике для SQ, которые изменяли уровни выходного сигнала для усиления направленности, Tate DES подавлял перекрестные помехи SQ в зависимости от преобладающей направленности, сохраняя не доминирующие звуки и реверберацию в их правильном пространственном положении на соответствующем уровне.