Cinema Digital Sound

Введение

Формат звука surround, используемый для кинофильмов Cinema Digital Sound (CDS) был многоканальным форматом звука surround, используемым для кинофильмов в начале 1990-х годов. Система была разработана Eastman Kodak и Optical Radiation Corporation. CDS был быстро заменен цифровыми театральными системами (DTS) и форматами Dolby Digital. CDS заменил аналоговые аудиотреки на 35-мм и 70-мм пленках на дискретный аудио 5.1. Трек 5.1 был закодирован с использованием 16-битного PCM-аудио в дельта-модуляционной компрессии, что привело к уровню сжатия 4:1. Аудиоканалы в CDS были расположены так же, как и в большинстве современных 5.1 систем с левой, центральной, правой, левой окружностью, правой окружностью и LFE. Дик Трейси (1990) был первым фильмом, закодированным с CDS. Не все фильмы с саундтреками CDS использовали все 5.1 каналы; некоторые, такие как Edward Scissorhands (1990), использовали только 4 канала, которые поддерживались Dolby Stereo. Universal Soldier (1992) был последним фильмом, закодированным с CDS. Цифровая информация была напечатана на пленке, аналогично Dolby Digital и SDDS. Однако, в отличие от этих форматов, в 35 мм не было аналогового оптического резерва и в 70 мм не было магнитного резерва, а это означало, что если цифровая информация была повреждена каким-то образом, звука не будет вообще. Это был один из факторов, которые способствовали его неизбежной гибели; тогдашний новый формат Dolby Digital перенес информацию в другую область (между отверстиями шестерен пленки), сохранив оптические следы.

Разработка и технические аспекты

До разработки Cinema Digital Sound, большинство в индустрии считали непрактичным использование шеститрековой, оптически считываемой звуковой системы на пленке с использованием цифрового кодирования PCM. Однако в результате совместных усилий в течение трех лет и с общим объемом инвестиций в размере 5 миллионов долларов Kodak разработал специальную тонкозернистую негативную пленку с высоким разрешением, способную хранить больше информации, чем предыдущие фильмы, а Optical Radiation Corporation разработала специальную систему аудиокодирования и коррекции ошибок, в результате чего появилась система Cinema Digital Sound. Первоначальные испытания показали, что плотность упаковки, необходимая для достижения высокой точности цифрового звука и частоты ошибок, сопоставимые с форматом компакт-диска, были возможны с использованием новой негативной пленки Kodak с высоким разрешением, и что износ пленки во время нормального воспроизведения не был значительным. В спорном шаге (инженеры ОРК боролись против этого, но руководство отвергло их) было решено использовать область, обычно зарезервированную для звука в стандартах оптической пленки 35 мм и магнитной пленки 70 мм, для новых цифровых аудио и данных CDS. Было реализовано шесть аудиоканалов; Пять полной полосы пропускания аудиоканалов (три за экраном и два окружающих канала) были применены к входу системы в виде линейных 16-битных образцов с частотой отбора 44,1 кГц. Образцы представляли собой данные, сжатые в 12-битовые слова с помощью дельта-модуляции, причем один из каждых 32 образцов сохранял свою оригинальную линейную 16-битовую форму, чтобы обеспечить точную ссылку каждые 726 мкм. В канале субвуфера (.1 Low Frequency Effects) не использовалась дельта-модуляция. Вместо этого частота выборки 44,1 кГц была снижена до 1378 Гц, что дало верхнюю полосу звука 114 Гц с антиалиазирующими и антиобразовательными стратегиями, применяемыми в остальном диапазоне частот. В дополнение к шести цифровым аудиоканалам были предоставлены три канала передачи данных/управления. Один канал SMPTE для кода времени и другой канал для сигналов управления MIDI предлагали гибкость для выполнения автоматизации театра или внешней синхронизации оборудования. Третий канал данных, идентификационный трек, может использоваться для записи различных параметров, определенных пользователем, специфичных для пленки (таких как открытие/закрытие занавески, движение сиденья или световые эффекты). Поскольку система CDS была доступна только два года до ее полного вывода с рынка, использование кода времени SMPTE или каналов MIDI никогда не применялось. Поскольку скорость передачи данных составляла 5,8 миллиона бит в секунду (5,8 Мбит / с), требовалось значительное обнаружение и исправление ошибок. Были использованы специально разработанные блок-коды Рида Соломона с дополнительными символами CRC для исправления ошибок. Для защиты от ошибок всплеска были выполнены пересечения нечетных и четных звуковых образцов. Так же, как в аудиокассетах, проблемы с транспортировкой напряжения, проводников и катушек питания и приема могут привести к вертикальному или горизонтальному плетению, и поскольку размеры битов составляли всего 14 мкм, точный отслеживание и отслеживание были необходимы, поэтому система CDS требовала установки специальных модификаций проектора для сглаживания пути движения пленки и стабилизации скорости приема. Однако позже было установлено, что модификации проекторов не были необходимы и что чувствительность систем CDS к неправильной скорости пленки была вызвана неправильно установленным диодом в модуле декодера CDS. Горизонтальное отслеживание обеспечивалось цифровым сервоприводом частоты 76 МГц, в то время как вертикальное отслеживание времени выполнялось с помощью алгоритма, записанного в сам формат данных. Ряд данных сканировался горизонтально, поэтому для коррекции ошибок был использован код с ограниченной длиной запуска с авточасовым механизмом. После кодирования было выполнено отображение с 6 до 8 бит, чтобы убедиться, что каждое 8-битное слово содержит ровно четыре. Эта форма паритета хорошо работала при исправлении ошибок при декодировании.

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.