نظام التشفير المتعدد القنوات MPEG (MPEG Multichannel)

تاريخ وتطور MPEG Multichannel

تم تطوير MPEG Multichannel كاستجابة للحاجة إلى دعم الصوت المحيطي في البث الرقمي والتخزين. في أوائل التسعينيات، كان تنسيق MPEG-1 Layer II هو المعيار السائد لتشفير الصوت. ومع ذلك، لم يدعم هذا التنسيق الأصلي الصوت متعدد القنوات. مع تزايد شعبية السينما المنزلية والأقراص المضغوطة (CD) التي تدعم الصوت المحيطي، أصبح من الضروري إيجاد طريقة لتشفير هذه الأنواع من الصوتيات بكفاءة.

كان الحل هو تطوير امتداد لـ MPEG-1 Layer II. هذا الامتداد، المعروف باسم MPEG-2 BC، سمح بتشفير ما يصل إلى خمس قنوات صوتية (يسار، يمين، مركز، يسار محيطي، يمين محيطي) بالإضافة إلى قناة تأثيرات تردد منخفض (LFE) أو ما يعرف بـ “ساب ووفر”. تم الحفاظ على التوافق مع الإصدارات السابقة من خلال التأكد من أن أجهزة فك التشفير MPEG-1 يمكنها تجاهل معلومات القنوات الإضافية وفك تشفير المسارين الصوتيين الأساسيين (يسار ويمين).

مبادئ عمل MPEG Multichannel

يعتمد MPEG Multichannel على عدة مبادئ أساسية لتحقيق التوافق والكفاءة:

التوافق مع الإصدارات السابقة: كما ذكرنا سابقًا، هذا هو جوهر MPEG Multichannel. يضمن التوافق مع الإصدارات السابقة أن أجهزة فك التشفير MPEG-1 القديمة يمكنها فك تشفير المسارين الصوتيين الأساسيين.
تشفير النواة: يقوم MPEG Multichannel بتشفير المسارات الصوتية الأساسية باستخدام نفس خوارزمية التشفير المستخدمة في MPEG-1 Layer II.
معلومات التوسيع: بالإضافة إلى مسارات الصوت الأساسية، يضيف MPEG Multichannel معلومات إضافية لتشفير القنوات الصوتية الإضافية. هذه المعلومات تتضمن بيانات للقنوات المحيطة وقناة تأثيرات الترددات المنخفضة.
ترميز المصفوفة: يستخدم MPEG Multichannel تقنيات ترميز المصفوفة لتقليل حجم البيانات المطلوبة لتشفير القنوات الصوتية المتعددة. هذا يعني أنه يمكن ضغط الإشارات الصوتية بطريقة فعالة مع الحفاظ على جودة الصوت.

مقارنة MPEG Multichannel مع تنسيقات الصوت المحيطي الأخرى

على مر السنين، ظهرت العديد من تنسيقات الصوت المحيطي الأخرى، مثل Dolby Digital و DTS. على الرغم من أن MPEG Multichannel كان حلاً مهمًا في وقته، إلا أنه غالبًا ما يقارن بهذه التنسيقات الأخرى. إليك بعض الاختلافات الرئيسية:

Dolby Digital: هو تنسيق صوت محيطي شائع يستخدم في DVD والبث التلفزيوني. يوفر Dolby Digital جودة صوت أفضل بشكل عام من MPEG Multichannel، خاصةً في معدلات بت أعلى. ومع ذلك، يتطلب Dolby Digital أجهزة فك تشفير مخصصة، بينما يمكن لأجهزة فك تشفير MPEG-1 القديمة فك تشفير المسارات الصوتية الأساسية في MPEG Multichannel.
DTS: هو تنسيق صوت محيطي آخر عالي الجودة يستخدم في DVD و Blu-ray. يوفر DTS جودة صوت أفضل من Dolby Digital في بعض الأحيان. مثل Dolby Digital، يتطلب DTS أجهزة فك تشفير مخصصة.
MPEG-4 AAC: هو تنسيق تشفير صوتي آخر تطور لاحقًا، والذي يعتبر أكثر كفاءة من MPEG-2 BC، ويدعم عددًا أكبر من القنوات الصوتية. يعتبر AAC هو المعيار المستخدم في خدمات البث الرقمي مثل YouTube و Spotify.

تطبيقات MPEG Multichannel

تم استخدام MPEG Multichannel في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك:

البث التلفزيوني الرقمي: تم استخدام MPEG Multichannel لتوفير صوت محيطي في البث التلفزيوني الرقمي (مثل DVB).
أقراص الفيديو الرقمية (DVD): دعم بعض أقراص DVD MPEG Multichannel كأحد خيارات الصوت.
الراديو الرقمي: تم استخدام MPEG Multichannel في بعض أنظمة الراديو الرقمي لتوفير صوت عالي الجودة.

مزايا وعيوب MPEG Multichannel

مثل أي تقنية، يتميز MPEG Multichannel بمزايا وعيوب:

المزايا:

التوافق مع الإصدارات السابقة: يضمن التوافق مع أجهزة فك التشفير MPEG-1 أن هذه الأجهزة يمكنها فك تشفير المسارات الصوتية الأساسية.
الكفاءة: يوفر MPEG Multichannel ضغطًا جيدًا للصوت، مما يجعله مناسبًا للبث والتخزين.
دعم الصوت المحيطي: يدعم MPEG Multichannel الصوت المحيطي، مما يوفر تجربة صوتية غامرة.

العيوب:

جودة الصوت: بالمقارنة مع تنسيقات الصوت المحيطي الأحدث مثل Dolby Digital و DTS، قد تكون جودة الصوت أقل.
التعقيد: يمكن أن يكون إعداد MPEG Multichannel وفك تشفيره أكثر تعقيدًا من تنسيقات الصوت الأخرى.
الاستخدام المحدود: لم يعد MPEG Multichannel يستخدم على نطاق واسع مثل تنسيقات الصوت المحيطي الأخرى، مثل Dolby Digital و DTS و AAC.

التحديات المستقبلية لـ MPEG Multichannel

على الرغم من أن MPEG Multichannel كان تقنية مهمة في وقته، إلا أنها واجهت بعض التحديات التي أدت إلى تراجعها:

المنافسة: ظهور تنسيقات صوت محيطي جديدة، مثل Dolby Digital و DTS، والتي قدمت جودة صوت أفضل.
التقادم: مع تقدم التكنولوجيا، أصبحت أجهزة فك التشفير MPEG-1 قديمة، مما قلل من الحاجة إلى التوافق مع الإصدارات السابقة.
التحسينات في الضغط: أدى تطوير تقنيات ضغط صوتي أكثر كفاءة، مثل MPEG-4 AAC، إلى توفير خيارات أفضل لتشفير الصوت متعدد القنوات.

كيفية عمل MPEG Multichannel بالتفصيل

لفهم كيفية عمل MPEG Multichannel بالتفصيل، دعنا نتعمق في بعض الجوانب التقنية:

تشفير النواة: كما ذكرنا سابقًا، يعتمد MPEG Multichannel على MPEG-1 Layer II لتشفير النواة. هذا يعني أن المسارات الصوتية الأساسية (يسار ويمين) يتم تشفيرها باستخدام نفس الخوارزمية المستخدمة في MPEG-1 Layer II. تتضمن هذه الخوارزمية تحويلات ترددية وتحديد الكمية وتشفير لضغط البيانات الصوتية.
إضافة القنوات: لإضافة قنوات صوتية إضافية، يستخدم MPEG Multichannel تقنيات ترميز المصفوفة. تسمح هذه التقنيات بدمج معلومات القنوات الإضافية في إشارة الصوت الأساسية. على سبيل المثال، يمكن دمج إشارة القناة المحيطية (على سبيل المثال، اليسار المحيطي واليمين المحيطي) في المسارات الصوتية الأساسية.
التحويلات: عند فك تشفير الإشارة، يستخدم جهاز فك التشفير عمليات تحويل لعكس عملية التشفير. على سبيل المثال، يتم استخدام عملية عكسية لترميز المصفوفة لاستعادة القنوات الصوتية الإضافية.
معالجة القنوات المنخفضة التردد (LFE): تتم معالجة قناة LFE بشكل منفصل. يتم تشفيرها وتخزينها كبيانات إضافية، ويتم توجيهها إلى مضخم الصوت عند فك التشفير.

مقارنة MPEG Multichannel مع Dolby Pro Logic

Dolby Pro Logic هو نظام آخر للصوت المحيطي تم تطويره في وقت مماثل لـ MPEG Multichannel. ومع ذلك، هناك بعض الاختلافات الرئيسية:

الترميز: يعتمد Dolby Pro Logic على ترميز مصفوفة لتشفير الصوت المحيطي في إشارة ستيريو. يمتلك MPEG Multichannel ترميز مصفوفة مختلف، ولكن لديه أيضًا القدرة على إضافة قنوات منفصلة.
عدد القنوات: يدعم Dolby Pro Logic أربعة قنوات (يسار، يمين، مركز، محيطي واحد). يدعم MPEG Multichannel ما يصل إلى ستة قنوات (يسار، يمين، مركز، يسار محيطي، يمين محيطي، LFE).
التوافق: تم تصميم Dolby Pro Logic ليكون متوافقًا مع أجهزة الاستريو القياسية. يدعم MPEG Multichannel التوافق مع الإصدارات السابقة مع أجهزة فك تشفير MPEG-1.

الفرق بين MPEG Multichannel و MPEG Surround

غالبًا ما يتم الخلط بين MPEG Multichannel و MPEG Surround. على الرغم من أن كلاهما من تقنيات الصوت المحيطي التي طورتها مجموعة خبراء الصور المتحركة (MPEG)، إلا أنهما يمثلان تقنيات مختلفة.

MPEG Multichannel (MPEG-2 BC): هو امتداد لـ MPEG-1 Layer II، ويهدف إلى توفير صوت محيطي مع التوافق مع الإصدارات السابقة. يعتمد على ترميز المصفوفة.
MPEG Surround (MPEG-D Surround): هو تنسيق صوت محيطي أكثر تقدمًا. يستخدم MPEG Surround تقنيات ترميز أكثر تعقيدًا، مثل ترميز البتات، لتحقيق جودة صوت أفضل. يدعم MPEG Surround عددًا أكبر من القنوات، بما في ذلك قنوات عالية الارتفاع.

اتجاهات مستقبلية في الصوت المحيطي

على الرغم من أن MPEG Multichannel لم يعد مستخدمًا على نطاق واسع، إلا أن تطوير تقنيات الصوت المحيطي لا يزال مستمرًا. تشمل بعض الاتجاهات المستقبلية:

الصوت الغامر: يركز الصوت الغامر على توفير تجربة صوتية ثلاثية الأبعاد، باستخدام قنوات إضافية في الارتفاع والمحيط.
الصوت القائم على الكائنات: يسمح الصوت القائم على الكائنات للمهندسين بتحديد مواقع صوتية ككائنات في الفضاء، مما يوفر مرونة أكبر في التوصيل.
الذكاء الاصطناعي (AI): يستخدم الذكاء الاصطناعي في تحسين جودة الصوت ومعالجته، مثل تحسين إزالة الضوضاء وتحسين تجربة الاستماع.

الخلاصة

كان MPEG Multichannel تقنية مهمة في تطوير الصوت المحيطي. على الرغم من أنه لم يعد يستخدم على نطاق واسع، إلا أنه مهد الطريق لتقنيات صوتية أكثر تقدمًا. من خلال توفير الصوت المحيطي مع الحفاظ على التوافق مع الإصدارات السابقة، لعب MPEG Multichannel دورًا مهمًا في نشر الصوت المحيطي في البث الرقمي والتخزين. مع تطور التكنولوجيا، استمرت تنسيقات الصوت الأخرى، مثل Dolby Digital و DTS و MPEG-4 AAC، في تحسين جودة الصوت والكفاءة. ومع ذلك، يظل MPEG Multichannel بمثابة تذكير بتاريخ تطور الصوت الرقمي.