Dolby Digital (AC-3)

Dolby Digital ist der ältere verlustbehaftete Mehrkanalcodec von Dolby Laboratories. Sein technischer Name ist AC-3, und unter diesem Namen ist er in ETSI TS 102 366 spezifiziert: Das Verfahren codiert ein bis 5.1 Kanäle aus einer PCM-Darstellung in einen seriellen Bitstrom mit Datenraten von 32 bis 640 kbit/s. Wichtiger als jede dieser Zahlen ist seine Rolle in der Kette — er ist das Format, das überall ankommt.

Ausführliche Erklärung

Was in einem AC-3-Datenstrom steckt

Das Verfahren kommt aus dem Kino. Dolby nennt „Batman Returns" von 1992 als den ersten Spielfilm, der in Dolby Digital in die Lichtspielhäuser kam; auf 35-mm-Kopien lag die Tonspur zwischen den Perforationslöchern, neben der analogen Spur. Erst danach wanderte es in die DVD, in den digitalen Rundfunk und schließlich auf die Blu-ray Disc.

Die Spezifikation zieht die Grenzen eng, und genau das war die Absicht. Ein AC-3-Strom arbeitet bei Abtastraten von 32, 44,1 oder 48 kHz und kennt 19 feste Datenraten zwischen 32 und 640 kbit/s — dazwischen gibt es nichts. Die Kanalbelegung reicht von einem einzelnen Kanal bis zu drei vorderen und zwei hinteren, dazu wahlweise der Tieffrequenzkanal, der als „.1" gezählt wird, weil er ungefähr ein Zehntel der Bandbreite eines Vollbereichskanals braucht (Näheres beim LFE-Kanal).

Wie stark dabei zusammengedrückt wird, macht die Beispielrechnung der Spezifikation anschaulich: Ein 5.1-Programm mit 48 kHz und 18 Bit ergibt unkomprimiert gut 5 Mbit/s; als AC-3 mit 384 kbit/s bleibt davon etwa ein Dreizehntel übrig. Diese Ersparnis ist der ganze Zweck des Verfahrens, und sie ist nur zu haben, indem Signalanteile weggelassen werden, die das Gehör bei gleichzeitig lauteren Anteilen ohnehin kaum wahrnimmt. Was einmal weg ist, kommt beim Dekodieren auch nicht zurück.

Warum auf der DVD 448 steht und auf der Blu-ray 640

Welche Datenrate ein konkreter Film bekommt, entscheidet das Format, auf dem er liegt — der Codec lässt jeden der Werte zu. Dolby nennt für 5.1-Ton auf der DVD 384 oder 448 kbit/s und auf der Blu-ray Disc 640 kbit/s. Der Grund steht im Dolby-Techpaper zu Dolby Digital Plus: Die DVD kann Dolby-Digital-Datenströme über 448 kbit/s gar nicht aufnehmen, die Blu-ray gibt erstmals die vollen 640 kbit/s her.

In der Beratung ist das ein regelmäßig gebrauchtes Argument: Derselbe Film läuft in demselben Format auf der Blu-ray mit rund vierzig Prozent mehr Datenrate als auf der DVD, ohne dass sich am Verfahren etwas geändert hätte — nach Dolbys Angabe klingt die höhere Rate auf vorhandenen Anlagen entsprechend besser. Klar, gemessen hat das niemand für den konkreten Raum, und gegenüber dem Sprung auf einen verlustfreien Träger ist es ein kleiner Schritt. Aber es ist einer, für den niemand ein neues Gerät braucht.

Die Metadaten fahren mit

Ein AC-3-Strom transportiert neben dem Ton einen Satz von Anweisungen aus der Produktion. Dolby nennt das Metadaten, und zwei davon merkt jeder Zuhörer, ohne sie zu kennen. Die Dialognormalisierung hält den wahrgenommenen Sprachpegel über verschiedene Programme hinweg gleich — was sie genau macht, steht bei der Dialognormalisierung. Die Abwärtsmischung sorgt dafür, dass aus derselben 5.1-Fassung auf einer Stereoanlage oder einem Fernseher etwas Sinnvolles wird; die Regeln dafür behandelt der Downmix.

Diese Metadaten sind der Grund, warum ein einziger Datenstrom für Mono, Stereo und 5.1 genügt. Sie sind zugleich die Erklärung für einen häufigen Reklamationsgrund: Wenn Dialoge zu leise wirken, liegt das oft an einem Metadatenwert und nicht am Lautsprecher davor.

Warum jede Strecke dieses Format durchlässt

Für die Übertragung über eine Zweikanal-Digitalverbindung hat die Normreihe IEC 61937 dem Verfahren den Datentyp 1 zugewiesen, mit einer Wiederholperiode von 1 536 Rahmen — und ein AC-3-Syncframe umfasst genau 1 536 Abtastwerte je Kanal. Rahmenzahl und Abtastwertzahl fallen also zusammen, die Verbindung läuft mit derselben Frequenz wie der Ton darin. Deshalb kommt Dolby Digital über jeden optischen oder koaxialen Digitalausgang, den es je gab, und deshalb auch über die ältere Ausbaustufe des Tonrückkanals. Die Rechnung dazu steht bei Was über S/PDIF und TOSLINK passt.

Häufiges Missverständnis

„Dolby Digital ist das Basisformat, also die schlechte Wahl." Der erste Halbsatz stimmt, der zweite verkürzt. Ein 5.1-Ton mit 640 kbit/s von einer gut abgemischten Blu-ray ist in einem normalen Wohnraum eine tadellose Grundlage; der Abstand zum verlustfreien Träger ist real, aber er entscheidet sich an Raum, Pegel und Material und nicht an der Zahl im Datenblatt. Problematisch wird das Format erst dort, wo es unbemerkt an die Stelle eines besseren tritt — und das ist eine Frage des Signalwegs.

„Wenn der Verstärker Dolby Digital anzeigt, liegt Dolby Digital auf der Scheibe." Die Anzeige liest die Formatkennung des ankommenden Datenstroms aus. Sie beweist, was gesendet wurde, und sagt nichts darüber, was die Quelle hergegeben hätte. Ein Zuspieler mit eingeschalteter Dolby-Digital-Compatible-Output-Betriebsart erzeugt genau diesen Strom mit 640 kbit/s selbst — aus einem beliebigen anderen Format. Am Gerät wirkt dabei nichts defekt.

„AC-3 ist ein anderer Codec als Dolby Digital." Es sind zwei Namen für dieselbe Sache: AC-3 die technische Bezeichnung der Spezifikation, Dolby Digital der Handelsname. In Datenblättern und in Normtexten stehen beide nebeneinander.

Nicht zu verwechseln mit

Dolby Digital Plus (E-AC-3) ist der Nachfolgecodec. Er baut auf denselben Grundlagen auf, spannt aber einen viel größeren Datenratenbereich und mehr Kanäle. Über den optischen Ausgang kommt er nicht — die Einzelheiten stehen bei Dolby Digital Plus.

Dolby TrueHD ist ein eigenständiger, verlustfreier Codec und mit AC-3 technisch nicht verwandt. Auf einer Blu-ray liegen beide oft nebeneinander, weil der Inhalteanbieter eine begleitende Dolby-Digital-Spur mitgibt; Näheres bei Dolby TrueHD.

Dolby Surround und Dolby Pro Logic sind keine Codecs. Sie beschreiben ein älteres Verfahren, bei dem zusätzliche Kanäle in eine Stereospur hineingerechnet und beim Abspielen wieder herausgeholt werden. Dolby Digital überträgt seine Kanäle dagegen getrennt.

Dolby Atmos bezeichnet eine Zusatzinformation über Klangobjekte, die in einem Trägerformat mitreist. Dolby Digital gehört nicht zu den vorgesehenen Trägern; welche es sind, führt Dolby Atmos übertragen aus.

DTS Digital Surround ist das Gegenstück aus der anderen Familie — ebenfalls verlustbehaftet, ebenfalls 5.1, ebenfalls überall vorhanden, aber mit deutlich höherer Datenrate und anderem Aufbau. Der Vergleich steht bei DTS Digital Surround.

Wenn das Display den älteren Namen zeigt

Ein Kunde meldet, sein neuer Prozessor zeige bei einer bestimmten Blu-ray nur „Dolby Digital", obwohl auf der Hülle ein größeres Format steht. Vor jeder Einstellung klärt sich, welchen Weg der Ton nimmt.

Drei Stellen kommen in Frage, und alle drei erzeugen dasselbe Bild. Steht der Zuspieler auf PCM statt auf Bitstream, dekodiert er selbst und schickt etwas anderes los. Läuft der Ton über den Fernseher zurück und dessen Rückkanal ist die ältere Ausbaustufe, endet die Kette bei den Formaten, die auch eine Zweikanalverbindung schafft. Und ist im Zuspieler die Betriebsart für einen kompatiblen Digitalausgang aktiv, erzeugt er den 640-kbit/s-Strom sogar absichtlich.

Das Gerät kommt erst am Ende ins Spiel, und die Frage an das Datenblatt ist konkreter als „welche Formate kann es": Welche Ausbaustufe des Rückkanals führen Fernseher und Prozessor, und auf welcher Einstellung wird der Zuspieler übergeben? Ob ein vorhandenes Gerät ein fehlendes Format überhaupt noch nachgerüstet bekommen kann, ist eine eigene Frage und hängt nicht allein an der Rechenleistung — sie steht bei Warum ein Gerät ein neues Tonformat nicht bekommt.

Verknüpfte Inhalte

Warum dieses Format über jede Zweikanal-Digitalstrecke passt und der Nachfolger nicht, rechnet Was über S/PDIF und TOSLINK passt an der Norm vor; die Schnittstelle selbst beschreibt S/PDIF, ihre optische Ausführung TOSLINK. Welche Formate der Tonrückkanal in welcher Ausbaustufe zulässt, steht bei eARC und ARC.

Was die Ziffern einer Angabe wie 5.1 abzählen, klärt die Kanal-Notation; was in der „.1" steckt, der LFE-Kanal. Was eine Datenrate überhaupt aussagt, behandelt Bitrate und Datenrate.

Quellen

Der Kanalumfang von einem bis 5.1 Kanälen und der Datenratenbereich von 32 bis 640 kbit/s stammen aus ETSI TS 102 366 in der Fassung V1.3.1 vom August 2014, die für diese Seite in der Einleitung und im ersten Abschnitt am Objekt gelesen wurde. Die einzelnen 19 Datenratenstufen, die drei Abtastraten und die Kanalkonfigurationen stehen im AES-Konferenzbeitrag von acht Dolby-Entwicklern um Louis D. Fielder, vorgetragen im Oktober 2004 in San Francisco.

Die Werte 384 und 448 kbit/s für die DVD sowie 640 kbit/s für die Blu-ray Disc gibt Dolby in der Spezifikationstabelle seiner Produktseite an; dass die DVD keine Ströme über 448 kbit/s aufnehmen kann und dass Blu-ray-Abspielgeräte lediglich Dolby-Digital-Kompatibilität mitbringen müssen, steht im Dolby-Techpaper von 2008. Beides ist Herstellerdarstellung, ebenso die Angabe, dass die höhere Datenrate auf vorhandenen Anlagen besser klingt.

Dass „Batman Returns" 1992 der erste Spielfilm in Dolby Digital war, gibt Dolby in einer eigenen Pressemitteilung an; die Lage der Tonspur auf der 35-mm-Kopie beschreibt Dolby auf seiner Produktseite. Für beide Angaben wurde keine unabhängige Gegenprüfung gesucht — sie ordnen den Begriff zeitlich ein und begründen keine Aussage der Seite.

Der Datentyp 1 und die Wiederholperiode von 1 536 Rahmen stammen aus IEC 61937-3 und sind auf der Seite zu den Zweikanalschnittstellen im Einzelnen belegt.