3D audio: Auro-3D en DTS:X vs Dolby Atmos

Er zijn drie verschillende 3d audio formaten die hoogtekanalen toevoegen aan 5.1-kanalen. Streamingdiensten gebruiken echter bijna allemaal Dolby Atmos. Auro en DTS zetten de achtervolging in.

Als je een thuisbioscoopsysteem of soundbar koopt die via Dolby Atmos, DTS:X of Auro-3D ook geluiden boven je hoofd kan laten weerklinken, ga je na het installeren natuurlijk meteen op zoek naar geschikte soundtracks.

Je wilt tenslotte horen hoe het klinkt als er bijvoorbeeld een helikopter boven de woonkamer ­cirkelt.

Elke aanbieder beweert dat zijn formaat 3D audio bijzonder meeslepend maakt in vergelijking met de concurrenten. Auro adverteert bijvoorbeeld dat met Auro-3D het onderste en het bovenste niveau vloeiend in elkaar overgaan, terwijl Dolby uitgaat van een geluid dat rechtstreeks van het plafond komt.

Tot slot beweert DTS dat DTS:X de oplossing is voor het beste 3D-geluid met maximale flexibiliteit wat betreft de opstelling van de luidsprekers.

Veel luisteraars zouden die beweringen graag in de praktijk testen en de 3D-geluidsformaten tegen elkaar willen uitspelen. Met blu-raydiscs en Ultra HD blu-rays is dat makkelijk mogelijk: de overgrote meerderheid van films wordt aangeboden met Dolby Atmos, maar er zijn ook een aantal discs met Auro-3D en DTS:X-geluid.

Het is een heel ander verhaal bij de videostreamingdiensten: Amazon Prime Video, Apple TV+, iTunes, Disney+ en Netflix bieden 3D-geluid ­alleen aan in Dolby Atmos.

DTS:X is wel te zien bij enkele aanbieders zoals Rakuten.TV en Bravia Core, maar alleen in combinatie met de term IMAX Enhanced. Zelfs als films als Bad Boys For Life beschikbaar zijn op UHD blu-ray met DTS:X, kun je ze als videostream op iTunes alleen krijgen met Dolby Atmos.

Auro Technologies kwam zelfs pas vrij recent op de 10e verjaardag van zijn 3D-codec – met de internetuitzending van een live-concert in Auro-3D. Auro-3D wordt verder nog door geen enkele dienst ter wereld gebruikt.

Die ongelijke verdeling is niet te wijten aan de hardware: audio/video-ontvangers die geschikt zijn voor 3D-geluid zijn al lang in staat om zowel DTS:X als Dolby Atmos te verwerken, en de duurdere modellen van Denon en Marantz verwerken ook Auro-3D.

De echte reden daarvoor kan alleen worden achterhaald door de technische aspecten van de formaten nader te bekijken.

Alle drie de 3D-geluidsformaten hebben gemeen dat ze gebaseerd zijn op codecs die reeds bestonden voordat ze op de markt kwamen. Dat is begrijpelijk: als er nieuwe codecs voor Auro-3D, Dolby Atmos en DTS:X geïntroduceerd zouden worden, dan zouden de 3D-soundtracks op nieuwere systemen wel af­spelen, maar op oudere systemen zou dan niets te horen zijn.

Vanuit technisch oogpunt lijken Dolby Atmos en DTS:X sterk op elkaar: beide werken met audio-­objecten die zijn opgeslagen in extensies. Die extensies worden aan de basiscodecs gekoppeld, vandaar dat dit een core-extension-structuur wordt genoemd.

Wanneer een Dolby Atmos- of DTS:X-track wordt afgespeeld, verdeelt de decoder in de AV-­receiver de audio-­objecten real-time over de beschikbare hoogte­luidsprekers. Dat heeft het voordeel dat de opstelling kan bestaan uit twee, vier of zes luid­sprekers voor het hoogste niveau.

Auro-3D slaat de hoogtekanalen daarentegen op als afzonderlijke sporen – volgens de ontwikkelaars om de weerkaatsingen tijdens de opnames nauwkeuriger vast te leggen en later in de huiskamer dan ook nauwkeuriger weer te geven.

Die hoogte­kanalen worden niet als audio-objecten in een core-extension-­structuur opgeslagen, maar worden in een soort steganografisch proces verborgen in de basiscodec.

Voor Dolby Atmos zijn Dolby TrueHD en Dolby Digital Plus beschikbaar als basiscodecs, voor DTS:X zijn dat DTS-HD Master Audio (MA) en DTS-HD High Resolution (HR).

Dolby TrueHD en DTS-HD MA zijn zogenaamde lossless codecs, waarvan de compressiemethode vergelijkbaar is met die van ziparchieven: de oorspronkelijke gegevens kunnen dus later zonder verlies worden hersteld.

Dolby Digital Plus en DTS-HD HR daarentegen werken met psycho-akoestische trucs. Die methoden zijn lossy, wat wil zeggen dat ze werken met verliezen, zodat de oorspronkelijke gegevens niet meer volledig hersteld kunnen worden. Anderzijds kunnen de gegevens wel veel meer gecomprimeerd worden dan met verliesvrije codecs.

Ter vergelijking: de codecs die werken met lossless compressie halen piekdatasnelheden van 18 Mbit/s en meer, Dolby Digital Plus met Dolby Atmos-extensie haalt slechts 384 tot 768 kbit/s.

De hoge datasnelheden van Dolby TrueHD en DTS-HD MA zijn niet problematisch voor (UHD) blu-rays, en daarom worden beide daar meestal gebruikt als basiscodecs. Er zijn uitzonderingen op die regel wanneer meer­dere Dolby Atmos of DTS:X tracks voor verschillende talen op één disc moeten worden gezet.

Met Auro-3D kunnen alleen lossless methoden als basis gebruikt worden aangezien de lossy codecs geen rekening houden met de verborgen hoogte-­informatie en die zouden beschadigen. Dan blijven alleen Dolby TrueHD en DTS-HD MA over, naast ongecomprimeerde PCM.

Theoretisch zouden andere codecs als basis denkbaar zijn, maar die zijn niet gespecificeerd voor diskformaten en worden niet gedecodeerd door de huidige AV-receivers.

In de praktijk is DTS-HD MA de gebruikelijke basiscodec voor Auro-­3D-titels op (UHD) blu-rays, en bij sommige demo’s kom je ook PCM tegen als basis. Dolby TrueHD wordt tot nu toe nog niet gebruikt, wat politieke redenen kan hebben: Auro en Dolby staan op voet van oorlog met elkaar.

Datasnelheden van 18 Mbit/s en meer voor alleen geluid zijn onaanvaardbaar voor streamingdiensten, omdat de infrastructuur voor het opslaan en distribueren veel geld kost en de noodzakelijke bandbreedte de klantenkring flink verkleint.

Houd in gedachten dat de datasnelheid van een gestreamd 5.1-geluid gewoonlijk slechts 192 tot 256 kbit/s bedraagt.

Auro-3D staat door zijn beperking van lossless compressie hier dus buitenspel. Dolby heeft een passende oplossing met Dolby Digital Plus met de genoemde datasnelheden tussen 384 en 768 kbit/s.

Die basiscodec wordt dan ook daadwerkelijk gebruikt door videostreamingdiensten als Apple TV+, ­Disney+ en Netflix voor Dolby Atmos – en ook door audiostreamingdiensten als Amazon Music HD en ­Tidal HiFi, die sinds een paar maanden ook 3D-muziek aanbieden. Als je niet-gecomprimeerde 3D-muziek wilt, moet je de (UHD) blu-ray hebben.

Op de hoogte blijven van de laatste achtergrondartikelen en meer? Schrijf je in voor onze wekelijkse nieuwsbrief:

Dolby Digital Plus met Atmos-extensie heeft ook het voordeel dat het binnen de technische specifi­caties van het HDMI-retourkanaal ARC (Audio Return Channel) blijft, zodat het 3D-geluid van een tv makkelijk kan worden doorgegeven aan geschikte AV-­receivers – wat bijvoorbeeld LG en Samsung gebruiken bij tv-apps voor Netflix en dergelijke.

Eigenlijk zou je kunnen denken dat bij DTS:X analoog daaraan de lossy codec DTS-HD HR als basis zou kunnen worden gebruikt. Volgens de informatie die DTS aan ons gaf zijn de datasnelheden die ermee kunnen worden bereikt echter nog te hoog voor de streamingdiensten – hoewel het bedrijf daar geen concrete waarden over heeft genoemd.

Streamingoplossing voor Auro-3D

De Auro-3D-streamingoplossing berust op het tweemaal coderen van het bronmateriaal alvorens dat via internet te versturen: eerst in een multichannel PCM-datastroom met Auro- 3D-informatie, en vervolgens met MPEG4 ALS.

Aan de kant van de ontvanger verloopt het proces andersom, zodat de PCM-datastroom met Auro-3D aan het eind tevoorschijn komt. Die kan vervolgens worden doorgestuurd naar een standaard AV-receiver die compatibel is met Auro-3D. Het videosignaal is in dit schema buiten beschouwing gelaten.

Voor DTS is de uitweg uit dat dilemma gelegen in het gezamenlijk met IMAX in het leven geroepen IMAX ­Enhanced. Dat is een mengeling van een UHD-­label, een certificeringsprogramma en diverse beeld- en geluidstechnologieën.

DTS:X maakt deel uit van die specificatie, maar alleen op UHD-blu-rays wordt ­DTS-HD MA als basis gebruikt. Voor streaming heeft DTS daarentegen een nieuwe codec ontwikkeld met een datasnelheid die het, volgens DTS, op kan nemen tegen Dolby Digital Plus.

DTS heeft met de nieuwe streamingcodec echter een probleem van compatibiliteit gecreëerd: momenteel kan geen van de beschikbare AV-receivers die decoderen – ongeacht of ze DTS:X op zich aankunnen of niet.

Zelfs een IMAX Enhanced-logo op het toestel verandert daar (momenteel) niets aan, aangezien het certificeringsproces al liep toen de nieuwe streamingcodec nog in ontwikkeling was.

DTS had kunnen wachten op toekomstige AV-­receivers met verbeterde decodeermogelijk­heden, maar het kan nog jaren duren voor er sprake is van een significant marktaandeel – en de ­huidige ­geïnstalleerde basis van AV-receivers met DTS:X-­ondersteuning zou nog steeds verloren zijn gegaan.

In plaats daarvan besloot DTS om de app van de streamingdienst de nieuwe streamingcodec realtime te laten transcoderen naar DTS-HD MA met DTS:X-­extensie, en die stream vervolgens via HDMI uit te voeren.

De huidige AV-receivers met DTS:X-decoder kunnen de soundtrack dan met hoogtekanalen afspelen, voor oudere ontvangers zijn DTS-HD MA en DTS beschikbaar.

DTS wist Rakuten en Sony Pictures met zijn aanstaande eigen streamingdienst Bravia Core te strikken voor IMAX Enhanced, inclusief de nieuwe codec. Beide diensten zijn alleen beschikbaar op Sony-tv’s. Dat is niet zonder reden: de hardware en het besturings­systeem van het afspeelapparaat moeten de streaming-app voldoende rekenkracht ­bieden voor het transcoderen en de uitvoer van de resulterende DTS-HD-MA-datastroom mogelijk maken met DTS:X.

DTS werkt daar samen met Sony aan. Op de huidige tv’s van Sony met Android TV draaien de tv-apps inclusief transcoder en verloopt uitvoer van de audiodatastroom via het enhanced Audio Return Channel (eARC).

Auro gebruikt in eerste instantie de gangbare Auro-­3D-codec met niet-gecomprimeerde PCM als basis voor zijn streamingoplossing. Bij de voorstelling in december verliep het encoderen via een Mac aan de zijkant van het podium, met de audiosoftware ProTools en Auro-encoder.

De echte truc is dan om de PCM-datastroom met Auro-3D-informatie opnieuw te comprimeren met behulp van een andere ­methode alvorens die te streamen.

Dat proces moet verliesvrij zijn zoals bij het op discs gebruikte DTS-HD MA, maar in tegenstelling daarmee moet het efficiënter zijn om een zo laag mogelijke datasnelheid te bereiken.

Daarbij werd voor Fraunhofers MPEG-4 ALS ­(Audio Lossless Coding) gekozen, dat PCM-resoluties tot 32 bit ondersteunt bij elke samplingfrequentie en multichannel-configuratie.

Die codec was bij onderzoeken die in 2009 werden uitgevoerd al duidelijk ­superieur aan de populaire lossless FLAC-methode. Destijds comprimeerde MPEG-4 ALS 5.1-kanaals muziek tot ongeveer een derde van de oorspronkelijke grootte voor alle genres, zonder gebruik te ­maken van de moge­lijke cross-channel-compressie.

De codec die gebruikt wordt voor DTS:X-streaming is niet dezelfde als die op IMAX Enhanced-discs.

Volgens Auro bedroeg de totale datasnelheid in combinatie met een 2K-video uiteindelijk ongeveer 11 Mbit/s. Hoewel dat ongeveer twee keer zoveel is als streamingdiensten doorgaans gebruiken voor full-hd-video met Dolby Vision-beeld en Dolby Atmos-­geluid, biedt Auro daarbij verliesvrij gecomprimeerd 3D-geluid.

Aan de kant van de ontvanger speelde een pc de stream af met de mediaplayer VLC inclusief MPEG-4 ALS-decoder. Dat herstelde de PCM-audiotrack inclusief Auro-3D-informatie, die vervolgens via HDMI naar een standaard AV-receiver van het type Denon AVC-X8500H ging.

De Auro-3D-decoder haalde de informatie voor de hoogtekanalen uit de PCM-track en creëerde een 9.1-soundtrack met een onderliggende 5.1-kanaallaag en vier kanalen voor de hoogte­kanalen. Dankzij de compatibiliteit kan een PCM-track bijvoorbeeld ook in 5.1 of stereo worden afgespeeld.

Om de markt te kunnen veroveren moet Auro dan evenals DTS met zijn streamingoplossing afspeelapparatuur in de handel beschikbaar hebben die een codec kan verwerken die tot dusver niet werd gebruikt.

Auro Technologies-oprichter Wilfried van Baelen benadrukte in een interview met ons dat de gebruikte VLC-oplossing op de huidige computers werkt. De meeste gebruikers zullen waarschijnlijk echter de voorkeur geven aan streamingclients en smart-tv’s als afspeelapparatuur.

Er is op dat vlak nog niets aangekondigd.

Auro en DTS hebben bewezen dat hun 3D-audio­formaten – met een paar trucs – ook gestreamd kunnen worden. Dolby Atmos en zijn basiscodec Dolby Digital Plus hebben dus eindelijk een concurrent.

Voor liefhebbers van 3D-geluid is de cruciale vraag nu wanneer en hoe ze de nieuwe formaten in handen kunnen krijgen. De spil van beide nieuwe streamingoplossingen zijn de afspeelapparaten.

Die moeten voldoende rekenkracht hebben om de speciale codecs te transcoderen, en moeten ook in staat zijn om de getranscodeerde gegevens af te spelen.
Dat nieuwe smart-tv’s met hun krachtige processors en HDMI-eARC geschikt zijn voor die taak, wordt bewezen door de huidige Sony-tv’s met IMAX-Enhanced-­ondersteuning.

Als je een nieuwe ­Sony-tv koopt kun je dankzij Sony’s promotie van de streamingdienst Bravia Core binnenkort waarschijnlijk gratis de nieuwe DTS:X-streamingcodec proberen.

Andere denkbare clients zijn krachtige streamingboxen – in de eerste plaats Nvidia’s Shield TV, waar ook Android TV op draait. Wellicht zullen meer tv-fabri­kanten zich in de toekomst aansluiten.

In de tussentijd zou Auro Technologies er goed aan doen enkele demotitels beschikbaar te stellen waarmee geïnteresseerden met de geschikte apparatuur een indruk kunnen krijgen van gestreamde Auro-3D via hun pc met VLC-speler en MPEG-4 ALS-decoder.

(Informatie afkomstig uit het artikel van Nico Jurran en Noud van Kruysbergen, c’t magazine 8-9/2021, p. 114. Online versie bewerkt door Alieke van Sommeren)