パソコンでサラウンド再生について考察 #1

パソコンでサラウンド再生について考察


ここ数年で色々なサラウンドフォーマットが登場しています。

主に映画業界の技術革新や、情報メディア(BD,DVD,放送,通信など)の技術革新で増えて行きますが、次々と出てくる新しいフォーマットに固定ハードウェアデコーダ(AVアンプなど)で対応していると、ファームウェア更新で対応できたとしても有償だったり、サポート期限が過ぎてしまうと新しいファームウェアのリリースも止まってしまいます。メーカーでの対応ができない場合は結局のところ買い替えを余儀なくされるので、私の場合は財布が(笑)しんどいです。

そのため、ソフトウェアを変更することにより柔軟に、比較的安価で対応できるパソコン環境ではどの程度のことが出来るのか?(あるいは、出来ないのか?)というセコい(笑)発想のもと、現状調査を行って情報の整理・考察をします。

上で書いたとおり、パソコンのソフトウェア処理によりサラウンドデコードを行い、サウンドデバイス(サウンドカードなど)よりマルチチャンネルのアナログ出力を得ることを最終目的としています。

そのような理由により、S/PDIF、HDMIを使った未デコードビットストリームを出力する方法は、外部デコーダが必要になってしまいますので、記事内容にそぐわないため対象外とします。




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パソコンでサラウンド再生について考察




整理・考察したい内容

  • サラウンドフォーマット種類

    一般的に普及しているサラウンドフォーマットのうち、家庭向けのものをパソコンで扱えるかどうかにかかわらず一覧形式でまとめる。



  • パソコンで対応しているフォーマット種類・再生手順

    パソコンでソフトウェアデコードできるサラウンドフォーマット種類・再生方法・手順を整理する。



  • フレキシブルなチャンネル数

    スピーカー配置に制約がある状況を考慮して、例えば5.1チャンネルをミックスダウンして4.0チャンネルにするなど柔軟に対応できるか確認する。

    上記項目の「パソコンで対応しているサラウンドフォーマット種類・再生手順」に関連した内容ではあるが、特に留意しておきたい点なので項目を分離した。



  • 最終的には次世代サラウンドフォーマット(DOLBY TrueHDなど)をアナログ出力したい。

    ソフトの対応状況を調査。次世代サラウンドフォーマットをソフトウェアデコードしてアナログ出力が可能なのか(または、不可能なのか)検証する。



サラウンドフォーマット種類

代表的な家庭向けサラウンドフォーマットについて、パソコンでソフトデコードできるかどうか問わず一覧にまとめました。

?が付いている項目は、明確な情報が得られなかったため、不明または推測を含みます。また、全体的に所感・推測を含む内容になっています。参考程度にご覧ください。



  • ディスクリート方式

    サラウンドの各チャンネル(L/C/R/SL/SR/LFEなど)がディスクリート(分離した)状態で個別のオーディオトラックに記録されている方式。ただし、ディスクリート方式と後述するマトリックス方式の両方の技術を使って更にチャンネル数を増やしているサラウンド方式も存在する。(DOLBY DIGITAL SURROUND EXなど)それらもこの項で紹介。
名称チャンネル数ビットレート説明備考
DOLBY DIGITAL
(ドルビーデジタル)
1.0~5.1DVD 384, 448kbps

BD 640kbps

(48kHz,16bit)
非可逆圧縮
DVDビデオ,BDビデオ標準音声フォーマットの1つとして採用されている。

5.1は最大チャンネル数なので、2チャンネル分だけを使ってステレオ音声が収録されている場合もある。
DOLBY DIGITALという呼称はサラウンドフォーマットを指す場合と、もともとAC-3といわれていたオーディオ符号化方式を指す場合がある。一般的には前者を指す場合が多いようだ。
DOLBY DIGITAL
SURROUND EX
(ドルビーデジタルサラウンドEX)
6.1DOLBY DIGITALと同じ?DOLBY DIGITALの拡張フォーマット。

DOLBY DIGITALにリアセンターチャンネル(サラウンドバックとも)を追加した6.1チャンネルになっている。

DOLBY DIGITALとの後方互換があり、DOLBY DIGITAL SURROUND EX非対応の環境では5.1チャンネルで再生される。
DOLBY DIGITALのリアL/Rチャンネルにマトリックス合成でリアセンターチャンネル信号を載せているため、記録されている物理チャンネル数は5.1チャンネルと思われる。
そのためビットレートはDOLBY DIGITALと変わらない?。
DOLBY DIGITAL
LIVE
(ドルビーデジタルライブ)
5.1DOLBY DIGITALと同じ?パソコン向けテクノロジ。

サラウンドに対応したゲームの音声出力をリアルタイムでDOLBY DIGITAL形式に変換してS/PDIF出力できるようにする技術。

S/PDIF出力ができるようになるため、外部のデコーダー(AVアンプなど)にデジタルケーブル1本で接続することが可能。
DOLBY DIGITAL LIVEに対応したサウンドカードが必要。

サラウンドフォーマットと言うより、DOLBY DIGITALにリアルタイム変換する技術と言った方が良いかもしれない。
DOLBY DIGITAL
PLUS
(ドルビーデジタルプラス)
1.0~7.1768kbps~1.5Mbps
(BDの場合)

(48kHz,20bit)
非可逆圧縮?
BDビデオなどで利用される次世代サラウンドフォーマット。

BDビデオのオプションフォーマットのため、必ず収録されている訳ではない。
DOLBY DIGITAL PLUSビットストリームをそのまま転送する場合は、HDMI ver1.3以降が必要。

HDMI ver1.1,ver1.2ではマルチchリニアPCM or DOLBY DIGITALに変換すれば転送できる。

S/PDIFでは2chリニアPCM or DOLBY DIGITAL(5.1ch,640kbps)に変換されて出力される。
DOLBY TrueHD
(ドルビートゥルーHD)
7.1(96kHz,24bit)

5.1(192kHz,24bit)

(BDの場合)
~18Mbps
可逆圧縮
BDビデオなどで利用される次世代サラウンドフォーマット。

BDビデオのオプションフォーマットのため、必ず収録されている訳ではない。

オーディオ符号化方式としてMLPロスレスを使っている。
DOLBY TrueHDビットストリームをそのまま転送する場合は、HDMI ver1.3以降が必要。

マルチchリニアPCMにデコードしてから転送する場合は、HDMI ver1.1以降で可能のようだ。
DTS Digital
Surround
(DTSデジタルサラウンド)
5.11.5Mbps
(48kHz,24bit)
デジタル・シアター・システムズ(DTS)社のデジタルサラウンド方式。

DVDビデオではオプションフォーマット、BDビデオでは標準フォーマットになっている。

DOLBY DIGITAL競合フォーマット。後発のためビットレート、ビット数がDOLBY DIGITALよりも大きくなっており音質的に有利なのでこちらを好むユーザーもいるようだ。しかし、DVDビデオではオプションフォーマットのため、収録されているケースは標準フォーマットになっているDOLBY DIGITALより少ない。
DTSという呼称は、DTS Digital Surroundを指す場合と、デジタル・シアター・システムズ社を指す場合がある。本来は社名の略語なのだろうが、一般的には製品名であるDTS Digital Surroundの略語として使われることが多いようだ。
DTS-ES
(DTSエクステンデッドサラウンド)
6.1?DTSデジタルサラウンド拡張フォーマット。

6.1チャンネルディスクリート収録のDTS-ES Discrete 6.1と、リアL/Rチャンネルにリアセンターをマトリックス合成で収録したDTS-ES Matrix 6.1の2種類がある。

DTSデジタルサラウンドと後方互換性があり、対応していない環境ではDTSデジタルサラウンド5.1チャンネルで再生される。
DOLBY DIGITAL SURROUND EX競合フォーマット。
DTS 96/245.1ビットレート?

(96kHz,24bit)
DTSデジタルサラウンド拡張フォーマット。

サンプリング周波数、ビット数を大きく取って高音質化したDTS。

DTSデジタルサラウンドと後方互換性があり、対応していない環境ではDTSデジタルサラウンド5.1チャンネルで再生される。
一部のDVDビデオオプションフォーマットとして利用されているようだ。
DTS-HD High
Resolution Audio
(DTS-HDハイレゾリューションオーディオ)
7.1ch
(96kHz or 48kHz,24bit)

(BDの場合)
~6Mbps
非可逆圧縮
固定ビットレート
BDビデオなどで利用される次世代サラウンドフォーマット。

BDビデオのオプションフォーマットのため、必ず収録されている訳ではない。

DTSデジタルサラウンドと後方互換性があり、対応していない環境ではDTSデジタルサラウンド5.1チャンネルで再生される。
DOLBY DIGITAL PLUS競合フォーマット。
DTS-HD Master
Audio
(DTS-HDマスターオーディオ)
5.1ch
(192kHz,24bit)

7.1
(96kHz or 48kHz,24bit)

(BDの場合)
~24.5Mbit
可逆圧縮
可変ビットレート
BDビデオなどで利用される次世代サラウンドフォーマット。

BDビデオのオプションフォーマットのため、必ず収録されている訳ではない。

DTSデジタルサラウンドと後方互換性があり、対応していない環境ではDTSデジタルサラウンド5.1チャンネルで再生される。
DOLBY TrueHD競合フォーマット。
DTS Connect

(DTSコネクト)
5.1
(DTS Interactive)

7.1
(Neo:PC)
1.5Mbps
(DTS Interactive)
パソコン向けテクノロジ。DTS InteractiveとNeo:PCの2種類の技術から構成されている。

DTS Interactive:パソコンの音声出力をリアルタイムでDTS Digital SurroundフォーマットにエンコードしてS/PDIF出力できる。そのため、外部のDTS Digital Surroundに対応したエンコーダー(AVアンプなど)とデジタルケーブル1本で接続できる。

Neo:PC:DTS Neo:6(後述)をベースにした技術で、パソコンで扱う2チャンネル音声(WAV,MP3など)を7.1サラウンドに拡張する。出力はアナログ音声7.1チャンネルとなる。対応しているサウンドカードが必要。
DOLBY DIGITAL LIVE競合フォーマット。
AAC
(Advanced Audio
Coding)
2~5.1
(デジタル放送の場合。規格上では最大48ch)
(最大96kHz,24bit)MPEG(Moving Picture Experts Group)によって規格化された新世代の音声圧縮方式。MP3の後続フォーマット。MPEG-2 AAC, MPEG-4 AACの2種類がある。

MPEG-2 AAC:地上デジタル放送、BSデジタル放送の音声などで利用されている。

MPEG-4 AAC:ポータブルオーディオプレーヤーの圧縮方式などで利用されている。
DOLBY DIGITAL,DTS DIGITAL SURROUNDのような映画業界発のフォーマットとは違い、パソコン、オーディオプレーヤー、ストリーム配信などの利用を想定しているため、色々なコンテナフォーマット(AVI,MP4,MPEG-2 TSなど)に対応している。
※(BDの場合)について:BDビデオで使用できるチャンネル数・ビットレート上限です。規格での上限は更に多くのチャンネル数・ビットレートが想定されています。



  • マトリックス方式

    製作現場では4チャンネルなどの2チャンネルを超えるチャンネル数で収録された音声を、ディスクリート方式のように分離したトラックに記録するのではなく、2チャンネルの左右チャンネルの差信号として合成(マトリックス合成)して記録する方式。各種メディアに格納された状態では2チャンネルとなっており、再生時に合成とは逆の処理を行うことでもとのチャンネル信号に復元する。

    歴史は古く、もともとはアナログ処理で差信号(左ch-右ch)を作り出すことにより、合成されていたチャンネル信号を取り出し、サラウンドチャンネルにはディレイ(延滞処理)をかけて再生していた。後にデジタル処理に置き換わっており、精度も上昇した。

    最近では、CDなどに収録されている普通の2チャンネルステレオ音声を再生時にデジタル処理を行い、チャンネル拡張をして5.1チャンネルなどで再生するサラウンド方式にもマトリックス技術が使われており、方式も複数あるようだ。
名称チャンネル数
(デコード後)
説明備考
DOLBY SURROUND
(ドルビーサラウンド)
3.0(L/R/S)映画のマトリックス方式サラウンドであるドルビーステレオの一般家庭向け版。

ドルビーステレオでは4.0チャンネル音声(L/C/R/S)をマトリックス方式で2チャンネルに合成して、フィルムの光学式アナログ音声トラック(2チャンネル)に記録しており、再生時に合成の逆処理を行って4.0チャンネルに復元している。

ドルビーサラウンドでは復元処理が簡易化されており、4.0チャンネルではなくセンターチャンネルが省略された3.0チャンネル(L/R/S)出力となっている。また、アナログ信号の状態で処理を行うためチャンネルセパレーションは良くないようだ。
音声がドルビーサラウンドで録音されているソフト(ビデオ、LD、DVDなど)が必要。

ドルビーサラウンド録音された音声を、通常の2チャンネルステレオとして再生しても問題はない。
DOLBY PRO
LOGIC
(ドルビープロロジック)
4.0(L/C/R/S)映画のマトリックス方式サラウンドであるドルビーステレオの一般家庭向け版。ドルビーサラウンドの後継方式。

ドルビーサラウンドがアナログ信号の状態で復元処理を行っていたが、半導体技術進歩のおかげでデジタル処理で復元を行えるようになった。また、復元されるチャンネル数もドルビーステレオと同じ4.0チャンネルになっており、ステアリングロジック(方向性強調)回路の採用によりチャンネルセパレーションも良くなっている。
音声がドルビーサラウンドで録音されているソフト(ビデオ、LD、DVDなど)が必要。
DOLBY PRO
LOGICⅡ
(ドルビープロロジックⅡ)
5.1通常の2チャンネルステレオ録音を5.1サラウンドに拡張する技術。ドルビーサラウンドで録音されているソフトにも使用できる。

また、ゲーム向けのドルビープロロジックⅡエンコード技術があり、事前にドルビープロロジックⅡでエンコードして2チャンネル収録しておくことにより、普通の2チャンネル録音よりも製作者の意図したとおりの音場再生が可能。
 
DOLBY PRO
LOGICⅡx
(ドルビープロロジックⅡx)
6.1 or 7.1ドルビープロロジックⅡは2チャンネルステレオ(ドルビーサラウンド録音含む)のみを対象にしているが、Ⅱxでは更に5.1ディスクリートサラウンド録音も入力することができ、それらを6.1~7.1サラウンドに拡張できる。 
DOLBY PRO
LOGICⅡz
(ドルビープロロジックⅡz)
7.1 or 9.12チャンネルステレオ、5.1ディスクリートサラウンド、7.1ディスクリートサラウンドを最大9.1サラウンドに拡張する技術。 
DTS Neo:65.1 or
6.1 or
7.1
2チャンネルステレオを5.1 or 6.1 or 7.1サラウンドに拡張する。DOLBY PRO LOGICⅡ競合フォーマット。
DTS Neo:X~11.12チャンネルステレオ,5.1~7.1ディスクリートサラウンドを最大11.1サラウンドに拡張する。DOLBY PRO LOGICⅡz競合フォーマット。
DTS Neural Surround5.1 or 7.1DTS Neo:6, DTS Neo:Xが再生時にチャンネル数を拡張する技術であるのに対し、DTS Neural Surroundは5.1チャンネルで収録された音源を2チャンネルにマトリックス合成するエンコード技術と、それを再生時に5.1または7.1でデコードする技術の両方を含む。エンコード技術も含むため、製作者が意図した音場再生が可能。DOLBY PRO LOGICⅡ競合フォーマット。



まとめ

今回、久しぶりにサラウンドフォーマット調査を行ってみましたが、DOLBY TrueHDなど最近の有名なフォーマットは押さえているつもりでいたので、名前すら知らないフォーマットは無いだろうと想像していました。しかし、知らないフォーマットが結構あって驚きました。

また、ちょっと意外に感じたのが、過去にあった色々なフォーマットは淘汰されてしまって、ディスクリート方式しか残っていないのではないか?と想像していたのですが、マトリックス方式(チャンネル拡張方式と言うべきか?)も結構あるんですね。

チャンネル数の拡張と言っても、以前に流行ったDSP方式のように実在する劇場の音響特性を測定・データベース化して、その情報をもとにDSPを使った演算処理を行い、入力された2チャンネル音声を加工して、劇場で演奏した場合に発生するであろう音場を再現するシミュレーション的な手法とは違い、2チャンネル音声がもとから持っている音場情報を生かして、マトリックス技術を使うことにより録音当時の音場を復元する手法に変わっているように感じました。率先して味付けする手法から、素材の味を生かす手法に変化したという感じでしょうか?。

また、オーディオメーカーの独自方式が乱立、混沌としていた時代から、現在はドルビーラボラトリーズ社やDTS社などの音響技術を研究・開発している企業が牽引してディスクリート方式だけでなく、マトリックス方式サラウンドの規格化・ライセンスしているという変化も興味深いです。
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tag : オーディオ パソコン サラウンド

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Re: No title

bee重いよ 様
コメントありがとうございます。

ご質問の件ですが、当方で少し調べてみましたので、その結果をお知らせします。

結論から先に言ってしまうと、BEHRINGER UCA202 U-CONTROLでのS/PDIFによる5.1ch出力は出来ないようです。


以下の環境でテストをやってみました。
パソコン:自作デスクトップPC
OS:Windows7(64bit)
UCA202デバイスドライバ:BEHRINGER USB WDM AUDIO 2.8.40
DVDプレイヤーソフト:CyberLink PowerDVD 10(OEM)

機器の接続
PC -> UCA202 U-CONTROL(S/PDIF) -> AVアンプ

この接続状態でPowerDVD 10でDOLBY DIGITAL 5.1ch録音されているDVDを再生したところ、
ミックスダウンされた2ch PCMはS/PDIFより出力できましたが、
DOLBY DIGITAL5.1ビットストリーム出力はできませんでした。


Realtek HDオーディオなどでは、専用のコンフィグレーションソフトが付属していて、
そこでS/PDIFパススルーモードの設定が出来ますが、UCA202にはそのようなソフトも付属していません。

また、基本的にデジタル楽器に分類される製品だとおもうので、アミューズメント的な使い方を
想定していないのかも知れません。

No title

はじめまして、横から失礼致します。
出先でタブレットpcでの5.1サラウンド再生を考えているのですが、
本体サウンドデバイスは2chで、SPDIF端子もついておりません。
こちらで何度か取り上げられているUCA202を検討したいのですが、
この機械では、光出力、SPDIF出力でも、5.1ch再生は不可能でしょうか?
コントロールで選択肢も出ないということであれば駄目なのだろうと思います。
もし、ご存知でしたら、教えていただけないでしょうか。

本来でしたら、
http://amzn.to/1cGJ767
この辺りが良いのでしょうけど、上記ノートで使用しない時の普段の用途として、
普段使いのXPマシンを負荷が高いasio4allv2から、uca202に出来るなら、
一挙両得かもしれないとけちなことを考えております。

デスクトップの現在の構成は、きちんと聞きたい時のみ、

PC光出力(assio4all+Musicbee) > HPA3 > P-7PRO > lsf-555
                          >k701
                                  ※ASSIOは192KHz、2048サンプル

で、2chを。
そうでない時は、ASSIOを設定していないfoobarなどです。

サラウンド再生時のみ、本体のリアスピーカー端子につないであるリアスピーカーの電源を入れて
サラウンドで聞いております。
(assioは見様見真似でやってみたので、あまり自信がないです。BEEの時だけ、立ち上がっているようですが)

お忙しい時に長々と済みませんが、
uca202の5.1の可否について、教えていただければ幸いです。
よろしくお願いいたします。
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Author:meridianstar
元システムエンジニアの成れの果ての姿。
詳しいプロフィール:はじめに

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