Il mantenimento della qualità Audio
in installazioni Broadcast
Considerazioni generali di sistema
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!
Schema di un sistema broadcast
SORGENTI
Microfono
Telefono
Codec
CD
File audio
...
GESTIONE
e DISTRIB.
MESSA
IN ONDA
Mixer
Matrici
Distributori
Cavi connettori
...
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
CLIPPING
+18dBu
Professional
+4dBu
REF LEVEL
Consumer
-10dBu
Micro
-60dBu
NOISE FLOOR
SORGENTI
GESTIONE E
DISTRIBUZIONE
MESSA IN
ONDA
Headroom / Clipping
CLIPPING
+18dBu
Professional
+4dBu
Headroom
REF LEVEL
Consumer
-10dBu
Micro
-60dBu
NOISE FLOOR
SORGENTI
GESTIONE E
DISTRIBUZIONE
MESSA IN
ONDA
Regolazione dei livelli
1.
2.
3.
Aumentare il guadagno d’ingresso in modo da
ottimizzare il rapporto Segnale/Rumore (un
cattivo segnale all’origine può difficilmente
essere migliorato)
Evitare il clipping di segnale (ogni saturazione
degli stadi di ingresso porteranno a una
degenerazione del segnale nel processore di
messa in onda).
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 sbilanciate / consumer
Linee bilanciate / professionali
+
-
+
-
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
Fs
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
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
Parole di 24 bit
A/D
00100100 01010100 00100110
01100110 01100110 00110000
00100100 01010100 00100110
Parole di 16 bit
Troncamento
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.
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
S/PDIF consumer - Linea sbilanciata RCA
AES-3 professionale - Linea bilanciata XLR 110 Ohm
+
-
+
-
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
Audio
Dati
Classico sistema a matrice distribuita,
solo con l’ultima generazione del digitale !!!
Considerazioni generali: Architettura di sistema
Audio
Classico sistema a matrice distribuita
(es. di flessibilità di Studer OA3000)
Dati
Algoritmi di codifica
Comparazione tra gli algoritmi
Bit-Rate
Banda Passante
Freq. di camp.
Latenza
Compatibilità
Qualità
(= trasparenza)
64 kbit/s in mono
7,5 kHz
16 kHz
< 40 msec
Standard
Banda < 7,5 kHz
64 kbit/s in mono
3,4 kHz
8 kHz
< 40 msec
Standard
Banda < 3,4 kHz
MPEG1
MPEG2
32 – 384 kbit/s in stereo
fino a 20 kHz
32 - 48 kHz
60 – 200 msec
IMUX standard J.52
Layer 2
@ 256 / 384 kbit/s
MPEG4
8 – 320 kbit/s in stereo
fino a 20 kHz
8 - 96 kHz
< 150 msec
FlashCast Mayah offre
ampia comp. su ISND
IMUX standard J.52
6 kbit/s mono
fino a 576 kbit/s stereo
fino a 20 kHz
16 - 48 kHz
< 128 kbit/s in stereo
fino a 20 kHz
< 10 msec
FlashCast Mayah offre
ampia comp. su ISND
Proprietario
Variabile
(3–4 sec di buffer)
Proprietario
(richiedono Plug-In)
G.722
G.711
APT-X
Real, WMA,
mp3PRO (*)
(*) disponibili solo in versione software
Per applicazioni a
basso bit rate
48 – 128 kbit/s
Trasparente
Variabile
Pro / Contro
+ compatibilità
- qualità
-+ latenza
+ qualità
++ riduzione costi
cascading
-- latenza
++ latenza
+ cascading
-+ bit rate
-+ costi
Non per applicazioni
broadcast
Solo Internet
Uso degli algoritmi nel broadcast
Requisito
latenza
Vantaggi / Svantaggi
con MPEG
Monitoraggio
< 30 msec
Intervista
< 100 msec
+ limitati costi di esercizio
- manca n-1
- costi di implementazione n-1
+ limitati costi di esercizio
- latenza a volte eccessiva
Reportage con
ritorno in studio
< 100 msec
Distribuzione
>> 100 msec
Contribuzione
>> 100 msec
Emissione
>> 100 msec
+ limitati costi di esercizio
- richiede codec asimmetrico
+ limitati costi di esercizio
+ qualità
- cascading
+ limitati costi di esercizio
+ qualità
- cascading
+ banda passante
+ qualità
Algoritmo alternativo
Algoritmo consigliato
Lineare, apt-X
apt-X
Lineare, apt-X
AAC-LowDelay
G.722 a 7kHz qualità troppo bassa
Lineare, apt-X
AAC-LowDelay
G.722 a 7kHz adatta per il ritorno
Lineare, Enhanced-apt-X
apt-X
Lineare, Enhanced-apt-X
apt-X
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?
95% della banda disponibile per la codifica classica
5% della banda per informazioni SBR
Ad 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 ogni
algoritmo esistente
Ad es: mp3PRO (per internet) aacPlus (per broadcast) …
Vantaggi / Svantaggi della tecnologia SBR di Coding Technology in aggiunta ad un altro algoritmo di
codifica:
++ 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)
IP Audio
vs
Ethernet Sound
Struttura del Protocollo
Ethernet Sound
Audio su IP
TCP/IP
UDP
IEEE 802.3
Application
Layer
Datalink
Layer
Header
IEEE 802.3
Application
Data
Application
Layer
Data
Transport
Layer
UDP/RTP
Application
Data
Internet
Layer
Datalink
Layer
IP
Header
Header
Data
Header
Header
Data
Header
Header
Data
Attenzione: i datagrammi audio
Ethernet non possono varcare
segmenti fisici di rete!
Dov‘è il problema su IP?
L‘overload in un segmento della rete
(affidabilità, latenza, jitter)
Datagrammi audio indirizzati su linee
troppo lente (banda)
Modalità di trasferimento
Unicast
Multicast
Point to Point
Point to MultiPoint
Internet
Internet
Quali vantaggi di Audio-su-IP?
Costi contenuti
Flessibilità (point-tomultipoint)
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
Caratteristiche principali
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
Livelli Audio
Livelli Audio
Comp
Out
Ref.
level
Audio
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
Block Diagram
HF LIM ITER FEEDBACK
5-BAND
COMPRESSOR
5-BAND
LIMITER
LOOK-AHEAD
LIMITER
DIGITAL CHANNEL NON PRE-EMPHASIS PROCESSING
NETCAST/HD/DAB
PROCESSING
FM
PROCESSING
AES/EBU
OUT
HEADPHONE MONITORING
PROCESSING
CLIPPING
DISTORTION
CONTROLLER
FEEDBACK
COM PRESSOR/LIMITER
CONTROL COUPLING
STEREO
ENHANCER
2-BAND
AGC
5-BAND
EQUALIZER
HF ENHANCER
2-BAND
CLIPPING
DISTORTION
CONTROLLER
DISTORTION
CANCELLED
CLIPPER
ANALOG
OUT
FM
PROCESSING
OVERSHOOT
COMPENSATOR
ANALOG CHANNEL PRE-EMPHASIS PROCESSING
2-BAND
COMPRESSOR
2-BAND
LIMITER
COM PRESSOR/LIMITER
CONTROL COUPLING
SIMPLIFIED BLOCK DIAGRAM
19
HIGH FREQ
LIMITER
HF LIM ITER FEEDBACK
STEREO
ENCODER
MULTIPLEX
POWER
CONTROLLER
COM P
OUT
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
Studio-Transmitter Link
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
Attenzione: STL possono introdurre“ overshoot”
Overshoot Limiter
Orban 8218 Stereo Encoder:
Overshoot Limiter incorporato, ideale per
codifica dopo link satellitare.
