Il mantenimento della qualità Audio

in installazioni Broadcast

Ciò che caratterizza una emittente radiofonica è :

la sua programmazione

il suo “Sound” che dipende da

• il sistema di alta frequenza

• il sistema di bassa frequenza

Considerazioni generali di sistema

Il processing audio è di successo quando: • aumenta la loudness

• migliora la consistenza

• controlla il livello di modulazione di picco

dando all’ascoltatore una sensazione di naturalezza e di realismo.

Per un processing audio di successo

tutto inizia dalla fonte!

Considerazioni generali di sistema

Schema di un sistema broadcast

SORGENTI

Microfono

Telefono

Codec

CD

File audio

...

GESTIONE

e DISTRIB.

Mixer

Matrici

Distributori

Cavi connettori

...

MESSA

IN ONDA

Processore

Multiplexer

...

Il segnale transita dalla sorgente fino alla messa in onda

subendo innumerevoli elaborazioni elettriche

ATTENZIONE AI LIVELLI !!!!

La dinamica

I livelli di riferimento Errata regolazione dei livelli

Professional +4dBu

Consumer -10dBu

Micro -60dBu

CLIPPING +18dBu

NOISE FLOOR

SORGENTI GESTIONE E

DISTRIBUZIONE MESSA IN

ONDA

REF LEVEL

Headroom / Clipping

Professional +4dBu

Consumer -10dBu

Micro -60dBu

CLIPPING +18dBu

NOISE FLOOR

REF LEVEL

Headroom

SORGENTI

GESTIONE E

DISTRIBUZIONE MESSA IN

ONDA

Regolazione dei livelli

1. Aumentare il guadagno d’ingresso in modo da

ottimizzare il rapporto Segnale/Rumore (un

cattivo segnale all’origine può difficilmente

essere migliorato)

2. Evitare il clipping di segnale (ogni saturazione

degli stadi di ingresso porteranno a una

degenerazione del segnale nel processore di

messa in onda).

3. Lavorare il più possibile attorno al livello di

riferimento del sistema.

Metering

PPM

Misura approssimata

del valore di picco.

VU Meter

Misura approssimata

del valore medio RMS

Connessioni

+ - -

+

Linee bilanciate / professionali

Linee sbilanciate / consumer

Usare sempre linee bilanciate e cavi di buona qualità!

Connessioni

Quale è il miglior cavo analogico?

• Cavo bilanciato (coppia)

• Bassa capacità (migliore banda passante e tratte più lunghe)

• Bassa resistenza

• Bassa diafonia tra le coppie

Buona schermatura Regolarità della twistatura

Digitale

A/D 001001000101010

Il grande vantaggio del passaggio al digitale

in applicazioni broadcast

è che una volta convertito in digitale un segnale

è molto meno soggetto a degradazioni.

MA !!!

Digitale

A/D 001001000101010

Le stesse considerazioni su Headroom / Clipping

fatte per i sistemi analogici sono applicabili

anche per i sistemi digitali.

Sono immuni da problemi di headroom i sistemi

digitali in virgola mobile.

Questo non è applicabile ai sistemi di distribuzione

dei segnali digitali

1. Il clipping nel digitale

Una cattiva regolazione del guadagno analogico precedente

il convertitore A/D provoca catastrofici

effetti di squadramento della forma d’onda (distorsione).

Mai andare sul “rosso” sul meter di un ADC

0dBFs non è 0dBu

Fs

2. Frequenza di Campionamento

La scelta della frequenza di campionamento dipende

dalla banda del segnale da trattare,

con opportuni accorgimenti nel broadcast radiofonico

è sufficiente Fs = 32 kHz.

Attenzione al Sample Rating Converting.

3. Troncamento e Dither

A/D

Nel passaggio da 24 a 16 bit si ha il “troncamento” degli 8 bit

meno significativi, il che comporta perdita di informazione.

Il “Dither” aiuta a limitare l’errore dovuto al troncamento.

Se possibile evitare il troncamento.

00100100 01010100 00100110 01100110 01100110 00110000 00100100 01010100 00100110

Parole di 24 bit

Parole di 16 bit Troncamento

4. Jitter Errore della base dei tempi dovuto a:

• instabilità dell’elettronica

• cattive linee di connessione in digitale

Causa perdita di sincronizzazione,

quindi perdita di audio e/o rumore impulsivo.

Un cavo analogico non va sempre bene per

segnali digitali (distanza critica 3-5 mt).

Le connessioni nel digitale

+ - -

+

AES-3 professionale - Linea bilanciata XLR 110 Ohm

S/PDIF consumer - Linea sbilanciata RCA

AES-3id professionale - Linea sbilanciata BNC 75 Ohm

La scelta del cavo AES/EBU

Dipende da:

• tipo di segnale (DAT, CD, DVD …)

• distanza da coprire

Usare sempre cavi digitali AES/EBU.

Considerazioni generali: Schede audio

Cosa si chiede a una scheda audio per applicazioni

broadcast professionali?

• I/O bilanciati

• Buoni convertitori A/D e D/A

• I/O digitale (S/PDIF o AES/EBU)

• Compatibilità con Sistemi Operativi PC

Se serve solo un I/O stereo

PUC è ideale !

Considerazioni generali: Architettura di sistema

Classico sistema a matrice centralizzata,

sia analogico che digitale

Considerazioni generali: Architettura di sistema

Struttura modulare: Core DSP e Console separati,

solo con il digitale

Considerazioni generali: Architettura di sistema

Classico sistema a matrice distribuita,

solo con l’ultima generazione del digitale !!!

Dati

Audio

Considerazioni generali: Architettura di sistema

Classico sistema a matrice distribuita

(es. di flessibilità di Studer OA3000)

Dati

Audio

Algoritmi di codifica

Comparazione tra gli algoritmi

Bit-RateBanda PassanteFreq. di camp.

Latenza Compatibilità Qualità(= trasparenza)

Pro / Contro

G.722 64 kbit/s in mono7,5 kHz16 kHz

< 40 msec Standard Banda < 7,5 kHz

G.711 64 kbit/s in mono3,4 kHz8 kHz

< 40 msec Standard Banda < 3,4 kHz

+ compatibilità- qualità-+ latenza

MPEG1MPEG2

32 – 384 kbit/s in stereofino a 20 kHz32 - 48 kHz

60 – 200 msec IMUX standard J.52

FlashCast Mayah offreampia comp. su ISND

Layer 2@ 256 / 384 kbit/s

MPEG4 8 – 320 kbit/s in stereofino a 20 kHz

8 - 96 kHz

< 150 msec IMUX standard J.52

FlashCast Mayah offreampia comp. su ISND

Per applicazioni abasso bit rate48 – 128 kbit/s

+ qualità++ riduzione costi- cascading-- latenza

APT-X 6 kbit/s monofino a 576 kbit/s stereo

fino a 20 kHz16 - 48 kHz

< 10 msec Proprietario Trasparente ++ latenza+ cascading-+ bit rate-+ costi

Real, WMA,mp3PRO (*)

< 128 kbit/s in stereofino a 20 kHz

Variabile(3–4 sec di buffer)

Proprietario(richiedono Plug-In)

Variabile Non per applicazionibroadcastSolo Internet

(*) disponibili solo in versione software

Uso degli algoritmi nel broadcast

Requisitolatenza

Vantaggi / Svantaggicon MPEG

Algoritmo alternativo Algoritmo consigliato

Monitoraggio < 30 msec + limitati costi di esercizio- manca n-1- costi di implementazione n-1

Lineare, apt-X apt-X

Intervista < 100 msec + limitati costi di esercizio- latenza a volte eccessiva

Lineare, apt-X

G.722 a 7kHz qualità troppo bassa

AAC-LowDelay

Reportage conritorno in studio

< 100 msec + limitati costi di esercizio- richiede codec asimmetrico

Lineare, apt-X

G.722 a 7kHz adatta per il ritorno

AAC-LowDelay

Distribuzione >> 100 msec + limitati costi di esercizio+ qualità- cascading

Lineare, Enhanced-apt-X apt-X

Contribuzione >> 100 msec + limitati costi di esercizio+ qualità- cascading

Lineare, Enhanced-apt-X apt-X

Emissione >> 100 msec + banda passante+ qualità

AAC Plus

• Non usare aloritmi “lossy” in cascata (… se possibile) • Attenzione: anche il processing di messa in onda può modificare il bilanciamento spettrale

SBR (Side Band Replication): Cos’è? Come funziona?

Vantaggi / Svantaggi della tecnologia SBR di Coding Technology in aggiunta ad un altro algoritmo dicodifica:

++ costi (banda molto limitata)+ qualità (anche se non è audio trasparente perché la banda è “replicata”)- latenza-- cascading (adatto solo per l’emissione, ad es. DRM adotta aacPlus)

95% della banda disponibile per la codifica classica5% della banda per informazioni SBRAd es.: mp3 @64 kbit/s = banda passante 7 kHz

mp3Pro (mp3+SBR) 60kbit/s MP3 + 4kbit/s SBR= banda passante circa 20 kHz

NOTA: Side Band Replication può essere applicato ad ognialgoritmo esistenteAd es: mp3PRO (per internet) aacPlus (per broadcast) …

IP Audio

vs

Ethernet Sound

IEEE 802.3 Application

ApplicationLayer Data

DatalinkLayer

Header Data

Ethernet Sound TCP/IP

IEEE 802.3 IP UDP/RTP Application

ApplicationLayer Data

TransportLayer

Header Data

InternetLayer

Header Header Data

DatalinkLayer

Header Header Header Data

Audio su IP UDP

Struttura del Protocollo

Dov‘è il problema su IP?

L‘overload in un segmento della rete (affidabilità, latenza, jitter)

Datagrammi audio indirizzati su linee troppo lente (banda)

Attenzione: i datagrammi audio

Ethernet non possono varcare

segmenti fisici di rete!

Modalità di trasferimento

Unicast Point to Point

Internet

Multicast Point to MultiPoint

Internet

Quali vantaggi di Audio-su-IP?

Costi contenuti

Flessibilità (point-to-multipoint)

Qualità (algoritmo vs bitrate)

… il futuro è su IP !!!!!!!!!!!!

Femle/music

(6)

G.711

64kbit/s

mono

G.722

64kbit/s

mono

MPEG L2

64kbit/s

js/st

MPEG L3

64kbit/s

js/st

AAC

64kbit/s

js

AACPlus

48kbit/s

st

Female/sport

(12)

G.711

64kbit/s

mono

G.722

64kbit/s

mono

MPEG L2

64kbit/s

js/st

MPEG L3

64kbit/s

js/st

AAC

64kbit/s

js

AACPlus

48kbit/s

st

Jazz (14)

G.711

64kbit/s

mono

G.722

64kbit/s

mono

MPEG L2

64kbit/s

js/st

MPEG L3

64kbit/s

js/st

AAC

64kbit/s

js

AACPlus

48kbit/s

st

Male/music

(18)

G.711

64kbit/s

mono

G.722

64kbit/s

mono

MPEG L2

64kbit/s

js/st

MPEG L3

64kbit/s

js/st

AAC

64kbit/s

js

AACPlus

48kbit/s

st

Pop (20)

G.711

64kbit/s

mono

G.722

64kbit/s

mono

MPEG L2

64kbit/s

js/st

MPEG L3

64kbit/s

js/st

AAC

64kbit/s

js

AACPlus

48kbit/s

st

Vocal (22)

G.711

64kbit/s

mono

G.722

64kbit/s

mono

MPEG L2

64kbit/s

js/st

MPEG L3

64kbit/s

js/st

AAC

64kbit/s

js

AACPlus

48kbit/s

st

Processore Audio

di trasmissione

Controllo dinamica (consistenza = uniformità

dei livelli audio, processamento = miglioramento dell’ascolto in ricezione)

Limitazione livello picco massimo (rispondenza alle normative di legge, dev. max 75kHz; inserimento pre-enfasi, 50 sec EU - 75 sec USA )

Codifica stereo FM

Caratteristiche principali

Livelli Audio

Livelli Audio

Ref. level

Audio Out

Comp Out

Processo dinamico

Stereo Enhancer.

Processo 2 Bande:

adatto per musica classica, puristi, controllo del loudness (TV).

Processo 5 Bande

maggiore possibilità di caratterizzazione del suono radiofonico.

OPTIMOD-FM 8300

19

Block Diagram

ANALOG

OUT

AES/EBU

OUT

SIMPLIFIED BLOCK DIAGRAM

STEREO

ENHANCER

2-BAND

AGC

EQUALIZER

HF ENHANCER

2-BAND

COMPRESSOR

2-BAND

LIMITER

5-BAND

COMPRESSOR

5-BAND

LIMITER

HIGH FREQ

LIMITER

CLIPPING

DISTORTION

CONTROLLER

DISTORTION

CANCELLED

CLIPPER

OVERSHOOT

COMPENSATOR

STEREO

ENCODER

LOOK-AHEAD

LIMITER

MULTIPLEX

POWER

CONTROLLER

5-BAND

2-BAND

COMPRESSOR/LIMITER

CONTROL COUPLING

COMPRESSOR/LIMITER

CONTROL COUPLING

HF LIMITER FEEDBACK

HF LIMITER FEEDBACK

CLIPPING

DISTORTION

CONTROLLER

FEEDBACK

COMP

OUT

ANALOG CHANNEL PRE-EMPHASIS PROCESSING

DIGITAL CHANNEL NON PRE-EMPHASIS PROCESSING

FM

PROCESSING

FM

PROCESSING

HEADPHONE MONITORING

PROCESSING

NETCAST/HD/DAB

PROCESSING

Codifica Stereo

Codifica Stereo

Studio-Transmitter Link

Digitale non compresso

Digitale compresso (Link Satellitare, …)

Ponte a microonde

Linee analogiche di terra

Sottoportante audio su STL video

STL sono usati per trasmettere audio in 3 modi:

1. Audio non processato da studio a OPTIMOD

2. Audio L/R processato e limitato

3. Segnale composito i banda base

Studio-Transmitter Link

Attenzione: STL possono introdurre“ overshoot”

Overshoot Limiter

Orban 8218 Stereo Encoder:

Overshoot Limiter incorporato, ideale per codifica dopo link satellitare.