صوت محيطي بتقنية MPEG

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

MPEG Surround ( ISO / IEC 23003-1 [ 1 ] أو MPEG-D الجزء 1 [ 2 ] [ 3 ] )، المعروف أيضًا باسم Spatial Audio Coding (SAC) [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ، هو تنسيق ضغط مع فقدان للبيانات للصوت المحيطي ، يوفر طريقة لتوسيع خدمات الصوت الأحادي أو الاستريو إلى صوت متعدد القنوات بطريقة متوافقة مع الإصدارات السابقة. عادةً ما تكون معدلات البت الإجمالية المستخدمة للبيانات الأساسية (أحادية أو استريو) وبيانات MPEG Surround أعلى بقليل فقط من معدلات البت المستخدمة لترميز البيانات الأساسية (أحادية أو استريو). يضيف MPEG Surround دفق معلومات جانبية إلى دفق بتات البيانات الأساسية (أحادية أو استريو) ، يحتوي على بيانات الصورة المكانية. تتجاهل أنظمة تشغيل الاستريو القديمة هذه المعلومات الجانبية، بينما تُخرج المشغلات التي تدعم فك تشفير MPEG Surround الصوت متعدد القنوات المُعاد بناؤه.

أصدرت مجموعة خبراء الصور المتحركة (MPEG) دعوة لتقديم مقترحات بشأن ترميز الصوت المكاني MPEG في مارس 2004. وقررت المجموعة أن تكون التقنية التي ستشكل نقطة الانطلاق في عملية التقييس مزيجًا من المقترحات المقدمة من جهتين: معهد فراونهوفر لأنظمة الدوائر المتكاملة / شركة Agere Systems وشركة Coding Technologies / شركة Philips. [ 5 ] وقد طورت مجموعة خبراء الصور المتحركة ( ISO/IEC JTC 1 /SC29/WG11) معيار MPEG Surround ونُشر تحت اسم ISO/IEC 23003 في عام 2007. [ 1 ] وكان هذا المعيار الأول لمجموعة معايير MPEG-D، والمعروف رسميًا باسم ISO/IEC 23003 - تقنيات الصوت MPEG .

تم تعريف تقنية MPEG Surround كأحد أنواع كائنات الصوت في معيار MPEG-4 عام 2007. [ 8 ] كما يوجد نوع كائن MPEG-4 No Delay MPEG Surround (LD MPEG Surround)، الذي نُشر عام 2010. [ 9 ] [ 10 ] ونُشر ترميز كائنات الصوت المكاني (SAOC) كجزء من معيار MPEG-D 2 - ISO/IEC 23003–2 عام 2010، وهو يُوسّع معيار MPEG Surround من خلال إعادة استخدام إمكانيات العرض المكاني مع الحفاظ على التوافق التام مع أجهزة الاستقبال الحالية. يتيح نظام MPEG SAOC للمستخدمين في جانب فك التشفير التحكم التفاعلي في عرض كل كائن صوتي على حدة (مثل الآلات الموسيقية، والأصوات البشرية، والأصوات الفردية). [ 2 ] [ 3 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] يوجد أيضًا ترميز الكلام والصوت الموحد (USAC) الذي سيتم تعريفه في الجزء 3 من MPEG-D - ISO/IEC 23003-3 وISO/IEC 14496-3:2009/Amd 3. [ 16 ] [ 17 ] أدوات الترميز البارامتري MPEG Surround الخاصة بـ MPEG-D مدمجة في برنامج ترميز USAC. [ 18 ]

يمكن ترميز الصوت الأساسي (أحادي أو ستيريو) باستخدام أي برنامج ترميز صوتي ( مع فقدان أو بدون فقدان ) . ويمكن تحقيق معدلات بت منخفضة للغاية (64-96 كيلوبت/ثانية لقنوات 5.1) عند استخدام HE-AAC v2 كبرنامج الترميز الأساسي. 

إدراك الأصوات في الفضاء

تستخدم تقنية ترميز الصوت المحيطي MPEG قدرتنا على إدراك الصوت ثلاثي الأبعاد، وتُجسّد هذا الإدراك في مجموعة مُختصرة من المعايير. يُعزى الإدراك المكاني بشكل أساسي إلى ثلاثة معايير، أو مؤشرات، تُحدد كيفية تحديد الإنسان لموقع الصوت في المستوى الأفقي: فرق مستوى الصوت بين الأذنين (ILD)، وفرق التوقيت بين الأذنين (ITD)، والترابط بين الأذنين (IC). تُوضّح الصورة التالية هذه المفاهيم الثلاثة. تصل الموجات الصوتية المباشرة، أو الموجات التي تصل أولًا، من المصدر إلى الأذن اليسرى في وقت مُحدد، بينما ينحرف الصوت المباشر الذي تستقبله الأذن اليمنى حول الرأس، مصحوبًا بتأخير زمني وتوهين في مستوى الصوت. ينتج عن هذين التأثيرين فرق التوقيت بين الأذنين وفرق مستوى الصوت بين الأذنين، وهما مرتبطان بالمصدر الرئيسي. أخيرًا، في بيئة صدى، قد يصل الصوت المنعكس من المصدر، أو الصوت من مصدر مُنتشر، أو الصوت غير المُترابط، إلى كلتا الأذنين، وكلها مرتبطة بالترابط بين الأذنين. الشكل 1. رسم توضيحي لـ ILD وITD وIC

وصف

تستخدم تقنية MPEG Surround الفروقات بين القنوات في المستوى والطور والتماسك، والتي تُعادل معلمات ILD وITD وIC. يتم التقاط الصورة المكانية بواسطة إشارة صوتية متعددة القنوات نسبةً إلى إشارة مُرسلة مُخفّضة. تُشفّر هذه المعلمات بشكل مُضغوط للغاية لفك تشفيرها وفك تشفير الإشارة المُرسلة، ولتوليد تمثيل متعدد القنوات عالي الجودة.

مبادئ ترميز الصوت المحيطي MPEG

يستقبل مُشفّر MPEG Surround إشارة صوتية متعددة القنوات من x1 إلى xN، حيث N هو عدد قنوات الإدخال . أهم ما يُميّز عملية التشفير هو اشتقاق إشارة مُخفّضة، xt1 و xt2، والتي عادةً ما تكون ستيريو، من إشارة الإدخال متعددة القنوات. هذه الإشارة المُخفّضة هي التي تُضغط للإرسال عبر القناة، وليس الإشارة متعددة القنوات نفسها. قد يستغل المُشفّر عملية التخفيض هذه لتحقيق فائدة أكبر. فهو لا يُنشئ فقط نسخة مُطابقة للإشارة متعددة القنوات في التخفيض الأحادي أو الستيريو، بل يُنشئ أيضًا أفضل فك تشفير متعدد القنوات ممكن بالاعتماد على التخفيض والإشارات المكانية المُشفّرة. بدلاً من ذلك، يُمكن توفير التخفيض خارجيًا (التخفيض الفني في كتلة المخطط قبل). يُمكن تجاهل عملية تشفير MPEG Surround بواسطة خوارزمية الضغط المُستخدمة للقنوات المُرسلة (مُشفّر الصوت ومُفكّك الصوت في كتلة المخطط قبل). قد يكون أي نوع من خوارزميات الضغط عالية الأداء مثل MPEG-1 Layer III أو MPEG-4 AAC أو MPEG-4 High Efficiency AAC، أو قد يكون حتى PCM.

تُولَّد الإشارات المكانية وتُستعاد في نوعين من وحدات الترشيح. تُولِّد وحدة OTT العكسية (واحد إلى اثنين) تيارًا واحدًا مُخفَّضًا، وفرق مستوى واحد، وقيمة تماسك واحدة، وإشارة متبقية اختيارية من زوج واحد من الإشارات. أما وحدة TTT العكسية (اثنان إلى ثلاثة) فتُولِّد تيارين مُخفَّضين، وفرقَي مستوى، وقيمة تماسك واحدة، وإشارة متبقية اختيارية. في كلٍّ من اتجاهي فك التشفير (الأمامي) والتشفير (الخلفي)، يُتيح ترتيب هذه المرشحات في بنية شجرية إمكانية خفض مستوى الإشارة واستعادتها بشكلٍ عشوائي. [ 19 ]

التوافق مع الأنظمة القديمة

تتيح تقنية MPEG Surround التوافق مع أجهزة فك تشفير MPEG الاستريو الحالية والمستقبلية، حيث يظهر المزيج المُرسَل (مثل الاستريو) لأجهزة فك تشفير MPEG الاستريو كنسخة استريو عادية من الإشارة متعددة القنوات. يُعدّ التوافق مع أجهزة فك تشفير الاستريو أمرًا مرغوبًا فيه، نظرًا لانتشار عرض الاستريو على نطاق واسع في العديد من التطبيقات التي تعتمد بشكل أساسي على سماعات الرأس للاستماع، مثل مشغلات الموسيقى المحمولة.

يدعم نظام MPEG Surround أيضًا وضعًا يكون فيه المزج السفلي متوافقًا مع أجهزة فك تشفير الصوت المحيطي الشائعة، مثل Dolby Pro-Logic . [ 19 ]

التطبيقات

البث الصوتي الرقمي

نظراً لصغر عرض نطاق القناة نسبياً، والتكلفة العالية نسبياً لمعدات الإرسال وتراخيص الإرسال، والرغبة في زيادة خيارات المستخدم إلى أقصى حد من خلال توفير العديد من البرامج، فإن غالبية أنظمة البث الرقمي الحالية أو المخطط لها لا تستطيع توفير صوت متعدد القنوات للمستخدمين.

صُممت تقنية DRM+ [ 20 ] لتكون قادرة تماماً على بث الصوت المحيطي بتقنية MPEG، وقد تم إثبات نجاح هذا البث أيضاً. [ 21 ]

توفر خاصية التوافق مع الإصدارات السابقة لتقنية MPEG Surround وانخفاض الحمل الزائد نسبياً طريقة لإضافة صوت متعدد القنوات إلى DAB دون تقليل جودة الصوت بشكل كبير أو التأثير على الخدمات الأخرى.

البث التلفزيوني الرقمي

تستخدم غالبية البث التلفزيوني الرقمي حاليًا ترميز الصوت الاستريو. ويمكن استخدام تقنية MPEG Surround لتوسيع نطاق هذه الخدمات القائمة لتشمل الصوت المحيطي، كما هو الحال مع البث الرقمي الأرضي (DAB).

خدمة تنزيل الموسيقى

تتوفر حاليًا العديد من خدمات تنزيل الموسيقى التجارية التي تحقق نجاحًا تجاريًا كبيرًا. ويمكن توسيع نطاق هذه الخدمات بسلاسة لتوفير عروض متعددة القنوات مع الحفاظ على توافقها مع مشغلات الاستريو: فعلى أجهزة الكمبيوتر المزودة بأنظمة تشغيل 5.1 قناة، تُعرض ملفات الصوت المضغوطة بصوت محيطي، بينما تُشغل على المشغلات المحمولة بصوت استريو.

خدمة بث الموسيقى / راديو الإنترنت

تعمل العديد من أجهزة الراديو عبر الإنترنت بنطاق ترددي محدود للغاية، مما يحدّ من قدرتها على تقديم محتوى أحادي أو ستيريو فقط. ويمكن لتقنية ترميز الصوت المحيطي MPEG أن توسّع نطاق هذه الخدمة لتشمل قنوات متعددة مع الحفاظ على معدلات نقل البيانات ضمن النطاق المسموح به. ونظرًا لأهمية الكفاءة القصوى في هذا التطبيق، يُعدّ ضغط إشارة الصوت المرسلة أمرًا بالغ الأهمية. وباستخدام تقنية ضغط MPEG الحديثة (ترميز MPEG-4 عالي الكفاءة)، تمّ عرض أنظمة صوت محيطي MPEG كاملة بمعدلات نقل بيانات منخفضة تصل إلى 48  كيلوبت/ثانية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) (29-01-2007). "ISO/IEC 23003-1:2007 - تكنولوجيا المعلومات - تقنيات الصوت MPEG - الجزء 1: MPEG Surround" . المنظمة الدولية للمقاييس. مؤرشفة من الأصل بتاريخ 06-06-2011 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 24-10-2009 .
  2. 1 2 MPEG. "معايير MPEG - قائمة كاملة بالمعايير المطورة أو قيد التطوير" . chiariglione.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 أبريل 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 فبراير 2010 .
  3. 1 2 MPEG. "شروط المرجعية" . chiariglione.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 21-02-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-02-2010 .
  4. ↑ "معاينة للمعيار ISO/IEC 23003-1، الطبعة الأولى، 15 فبراير 2007، الجزء 1: MPEG Surround" (ملف PDF) . 15 فبراير 2007. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 14 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2009 .
  5. 1 2 ISO/IEC JTC 1/SC29/WG11 (يوليو 2005). "دليل تعليمي حول ترميز الصوت المحيطي MPEG" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 أبريل 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 فبراير 2010 .{{cite web}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  6. ↑ "وثائق العمل، MPEG-D (تقنيات الصوت MPEG)" . MPEG. مؤرشفة من الأصل بتاريخ 21-02-2010 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 09-02-2010 .
  7. ↑ ترميز الصوت المكاني MPEG / الصوت المحيطي MPEG: نظرة عامة والوضع الحالي (ملف PDF) ، جمعية هندسة الصوت، 2005، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 18 يوليو 2011 ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 أكتوبر 2009
  8. ↑ المنظمة الدولية للمقاييس (2007). "امتدادات BSAC ونقل MPEG Surround، ISO/IEC 14496-3:2005/Amd 5:2007" . المنظمة الدولية للمقاييس. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-06-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-10-13 .
  9. ↑ ورقة مؤتمر جمعية هندسة الصوت رقم 8099 - امتداد جديد للصوت المجسم البارامتري ومتعدد القنوات لتقنية ترميز الصوت المحسّن منخفض التأخير (AAC-ELD) لـ MPEG-4 (ملف PDF) ، مؤرشفة من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 28-09-2011 ، تم استرجاعها بتاريخ 18-07-2011
  10. ↑ ISO/IEC JTC 1/SC29/WG11 (أكتوبر 2009)، ISO/IEC 14496-3:2009/FPDAM 2 – ملف تعريف ALS البسيط ونقل SAOC، N11032 ، مؤرشف من الأصل (DOC) في 29-07-2014 ، تم استرجاعه في 30-12-2009{{citation}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  11. ↑ المنظمة الدولية للمقاييس (2010-10-06). "ISO/IEC 23003-2 - تكنولوجيا المعلومات - تقنيات الصوت MPEG - الجزء 2: ترميز كائنات الصوت المكاني (SAOC)" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2012-02-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2011-07-18 .
  12. ↑ ترميز الصوت المكاني القائم على الكائنات (SAOC) - معيار MPEG القادم لترميز الصوت البارامتري القائم على الكائنات (ملف PDF) ، 2008، مؤرشف (PDF) من الأصل بتاريخ 12 مارس 2012 ، تم استرجاعه بتاريخ 19 يوليو 2011
  13. ↑ مانفريد لوتزكي، معهد فراونهوفر لأنظمة الدوائر المتكاملة (2007)، برامج ترميز الصوت منخفضة التأخير MPEG (ملف PDF) ، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 27-09-2011 ، تم استرجاعه بتاريخ 19-07-2011
  14. ↑ MPEG (أكتوبر 2009). "إشعار الاجتماع الحادي والتسعين للمجموعة العاملة 11" . chiariglione.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 فبراير 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 فبراير 2010 .
  15. ↑ ISO/IEC JTC 1/SC 29 (30-12-2009). "برنامج العمل (المخصص للجنة الفرعية 29/الفريق العامل 11) - MPEG-D" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 31-12-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-12-2009 .{{cite web}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  16. ↑ "ISO/IEC DIS 23003-3 - تكنولوجيا المعلومات - تقنيات الصوت MPEG - الجزء 3: ترميز الكلام والصوت الموحد" . 15 فبراير 2011. مؤرشف من الأصل في 28 يناير 2012. تم الاطلاع عليه في 18 يوليو 2011 .
  17. ↑ "ISO/IEC 14496-3:2009/PDAM 3 - نقل ترميز الكلام والصوت الموحد (USAC)" . 30-06-2011. مؤرشف من الأصل في 29-01-2012 . تم الاطلاع عليه في 18-07-2011 .
  18. ↑ "برنامج مرجعي موحد لترميز الكلام والصوت" . مارس 2011. مؤرشف من الأصل بتاريخ 6 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يوليو 2011 .
  19. 1 2 هيري، يورغن؛ كيرلينج، كريستوفر؛ بريبارت، جيروين؛ فالر، كريستوف؛ ديش، ساشا؛ بورنهاغن، هيكو؛ كوبينز، جيروين؛ هيلبرت، يوهانس؛ رودين، جوناس. أومين، فيرنر؛ لينزماير، كارستن؛ تشونغ ، كوك سينغ (8 ديسمبر 2008). "MPEG المحيطي - معيار ISO/MPEG للترميز الصوتي متعدد القنوات الفعال والمتوافق" . مجلة جمعية الهندسة الصوتية . 56 (11): 932 – 955.خلاصة
  20. ↑ «موافقة المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات على تحسين نظام إدارة الحقوق الرقمية» (بيان صحفي). اتحاد إدارة الحقوق الرقمية. 2 سبتمبر 2009. مؤرشف من الأصل في 15 أكتوبر 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أكتوبر 2009 .
  21. ↑ «تم الترويج لتقنية DRM+ في النطاق الأول باعتبارها التقنية الأنسب لتكملة معايير الراديو الرقمي الأخرى في دول مثل فرنسا» (بيان صحفي). اتحاد DRM. 16 يوليو 2009. مؤرشف من الأصل في 15 أكتوبر 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أكتوبر 2009 .