Direct Stream Digital

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von Holger Waschinski

Fertigstellung 01.09.2001

SAE Berlin AEDP 3.00

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1  Einleitung  1

2  Technologie  3

2.1  DSD-Wandler  3

2.2  Filter und Fehlerkorrektur  6

2.3  Signalverarbeitung  9

2.4  Medien und Wiedergabe  11

2.5  Datenreduzierung  15

2.6  Kopierschutz  17

3  Markt  19

3.1  Produkte und Kompatibilität  19

3.2  Hörvergleich  21

3.3  Marktsituation  22

4  Schlusswort  24

5  Quellenverzeichnis  25

6  Erklärung  27

  I  

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  Abbildung 1: Multi-Bit-PCM Wandlerstrecke (eigene Darstellung)  3

  Abbildung 2: 1-Bit DSD-Wandlerkette (eigene Darstellung)  4

  Abbildung 3: DSD-Signalform (vgl Quelle 14)  4

  Abbildung 4: Multi-Bit-DSD Wandlerkette (eigene Darstellung)  5

  Abbildung 5: Schema Noise Shaping (eigene Darstellung)  6

  Abbildung 6: Diagramm SBM (x in kHz y in dB) (vgl Quelle 6)  7

  Abbildung 7: 1-Bit Signalverarbeitung (eigene Darstellung)  9

  Abbildung 8: Dual-Layer-Hybrid-SACD (vgl Quelle 13)  12

  Abbildung 9: ECC-Block (vgl Quelle 16)  13

  Abbildung 10: SACD-Layer (vgl Quelle 12)  14

  Abbildung 11: Kodierungsschema (vgl Quelle 14)  16

  Abbildung 12: SBM Direct Downconversion (vgl Quelle 14)  20

  II  

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Vor fast 20 Jahr en w ur de die CD- Audio als er ster digitaler Massentont räger auf den Mar k t gebr acht . Seitdem hat sich die Digitaltechnik in gr oß en Sc hr itten w eit er entw ick elt und ein beachtliches Sor tim ent an digitalen Tontr äger form aten existier t:

1983 CD (Compact Disc)

1985 DAT (Digital Audio Tape) 1992 DCC (Digital Compact Cassette) und Mini Disc 1997 DVD (Digital Versatile Disc) 1999 SACD (Super Audio Compact Disc)

Jedoch k onnt e k eines dieser F or m ate die Audio- CD ver dr ängen, ges chw eige denn er setzen. In den letzten Jahr en haben sich jedoch die Anfor der ungen an Tontr äger ver änder t: Sur round Sound, Multimedia und nicht zuletzt höher e Q ualit ätsanspr üc he ver langen nach einem neuen Medium, welches w eltw eit die CD- Audio er gänzen und letzt endlich ablösen k ann.

W ähr end s ich die F es tplatte im Computer k lamm heimlich als neue

Konk ur r enz her vor getan hat , ist die Industr ie uneinig und unsicher, w agt es nicht für die Masse zu produzier en. Obw ohl die Pr oduk te schon bei Fuß stehen, hat noch niem and den Ver such, die CD- Audio vom Mar k t zu fegen, er nsthaft gew agt.

Er inner n w ir uns an die Schw ier igk eiten die man zum B eispiel m it DAT,

DCC oder MD hat te, so m ag uns eine gew isse Vor sicht der

Ver antw or tlichen einleucht en, aber das allein k ann nicht der G r und sein, w arum neue Technologien nicht den W eg auf den Mar k t finden. Die DV D-V ideo hat in den V ideot hek en bereits den Siegeszug gegen die ant ik en V HS- Bänder angetr et en. Es s ollte also ein leic htes sein, dur ch ent spr echende Kompatibilität dem Konsum enten die DVD- Audio gleich mit auf den W eg zu geben. Aber neben den Kinder k r ank heiten die das Pr oduk t an sich m itbr ingt, s chick t sich auch die Konk ur renz an, die CD- Audio zu beer ben.

Mit der Einführ ung der Super - Audio- CD ( SACD) 1999 geht der Fir men Ver bund S ony/P hilips sogar einen Schr itt w eiter und er gänzt die gängige PCM- K odier ung um das Dir ect -S tr eam- Digital- Ver fahren Technisch gesehen handelt es sic h hier bei sogar um eine Ver einfac hung

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und die Her steller scheuen nicht davor zur ück , Parallelen zur analogen Aufnahm etechnik als Ver k aufsar gument zu verw er ten.

Die vor liegende F achar beit soll über die technischen Unter schiede zw isc hen DSD und den etabliert en V er fahr en, vor r angig PCM, infor mier en und sich mit den dar aus result ier enden tontechnischen Bezügen auseinander setzen. Eine Pr oduk tüber sicht für K onsumer - und Pr ofiber eich, soll dur ch Pr axisber ichte und eigene Er fahr ungen er gänzt w erden. Schließ lich soll die ak tuelle Mar k tsituation ausgew er tet und eine Einsc hätzung über die Z uk unft von DSD abgegeben w er den.

2

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Wie bereits angedeutet besteht die Idee des DSD-Wandlers, sowohl analog/digital als auch digital/analog, aus einer Vereinfachung der PCM-Technologie.

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Die Erkenntnis, dass sich die Ausgangs-Impulse der heute üblichen Delta-Sigma- Modulatoren (∆Σ) auf beiden Seiten der Wandlerkette gleichen, veranlasste die Entwickler, auf die zwischenliegenden Komponenten zu verzichten. Das Signal wird im 1- Bit-Format dem ∆Σ-Modulator entnommen und mehr oder weniger direkt an die analogen Ausgangsfilter durchgereicht. Da es hinter dem Modulator nur noch zwei mögliche Ausgangsamplituden gibt, werden Dezimationsfilter, Oversamplingfilter und der ∆Σ- Modulator im D/A-Wandler überflüssig.

3

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Allerdings wird diese simple Theorie so nicht in die Praxis umgesetzt. Wir erinnern uns, das höhere Bit-Auflösungen in der PCM-Technologie einen besseren Rauschabstand zur Folge haben. Da wir es direkt nach dem Wandler mit ungefilterten 1-Bit-Impulsen zu tun hätten, die nur den Zustand 0 oder 1 beschreiben, könnten geringe Schwankungen des Abtasttaktes (Jitter), die einen falschen Amplitudenwert verursachen, zu einem sprunghaften Anstieg des Rauschpegels im gesamten Spektrum führen. Signaltheoretisch entspricht der Jitter-Effekt einer Modulation mit unendlichem Spektrum, so dass er auch bei einer sehr hohen Abtastrate (siehe unten) Auswirkungen auf das Audioband hat.

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