Wie Auro-3D und DTS:X gegenüber Dolby Atmos aufholen wollen

Wer sich eine Heimkinoanlage oder Soundbar kauft, die mittels Dolby Atmos, DTS:X oder Auro-3D Töne auch über den Köpfen des Publikums erschallen lassen kann, geht nach der Installation üblicherweise auf die Suche nach geeigneten Soundtracks. Schließlich möchte man hören, wie es klingt, wenn beispielsweise ein Hubschrauber an der Wohnzimmerdecke kreist.

Zudem behauptet jeder Anbieter, dass sein Format den 3D-Sound im Vergleich zu den Konkurrenzlösungen besonders immersiv herüberbringe. Auro wirbt etwa damit, dass bei Auro-3D die untere und die obere Ebene fließend ineinander übergehen, während Dolby auf eine radikalere Beschallung direkt von der Decke setzt. DTS will bei DTS:X schließlich die Lösung für besten 3D-Klang bei höchster Flexibilität hinsichtlich des Lautsprecher-Setups gefunden haben.

Viele Anwender möchten diese Aussagen gerne in der Praxis prüfen und die 3D-Sound-Formate einmal gegeneinander antreten lassen. Mit Blu-ray Discs und Ultra HD Blu-rays ist dies problemlos möglich: Zwar wird der weitaus größte Teil der Filme mit Dolby Atmos angeboten, es gibt aber auch eine Reihe von Scheiben mit Auro-3D- und DTS:X-Ton. Ganz anders sieht es bei den Videostreamingdiensten aus: Amazon Prime Video, Apple TV+, iTunes, Disney+ und Netflix bieten 3D-Sound nur in Dolby Atmos.

DTS:X taucht zwar bei einigen wenigen Anbietern wie Rakuten.TV und dem angekündigten Bravia Core auf, jedoch nur in Verbindung mit dem Begriff „IMAX Enhanced“. Selbst, wenn es Filme wie „Bad Boys For Life“ auf UHD-Blu-ray mit DTS:X gibt, bekommt man sie als Video­stream auf iTunes nur mit Dolby Atmos. Auro Technologies feierte sogar erst im Dezember – zum 10-jährigen Jubiläum seines 3D-Codecs – die Internetübertragung eines Live-Konzerts in Auro-3D. Im Regelbetrieb ist Auro-3D bislang weltweit bei keinem Dienst im Einsatz.

An der Hardware-Basis liegt diese ­Ungleichverteilung nicht: 3D-Sound-taugliche Audio/Video-Receiver verarbeiten schon lange neben Dolby Atmos auch DTS:X, höherwertige Modelle von Denon und Marantz darüber hinaus Auro-3D. Dem wahren Grund kommt man erst bei einem genaueren Blick auf die technischen Aspekte der Formate auf die Spur.

Blick unter die Haube

Allen drei 3D-Soundformaten ist gemein, dass sie auf Grund-Codecs aufsetzen, die schon vor ihrer Markteinführung etabliert waren. Das ist nachvollziehbar: Wären für Auro-3D, Dolby Atmos und DTS:X neue Codecs eingeführt worden, dann würden sich die 3D-Soundtracks zwar auf neueren Anlagen abspielen lassen, auf älteren wäre aber gar nichts zu hören.

Aus technischer Sicht sind sich Dolby Atmos und DTS:X sehr ähnlich: Beide arbeiten mit Audio-Objekten, die in Erweiterungen gespeichert werden. Diese Erweiterungen hängen an den Grund-­Codecs, weshalb man hier von einer „Core-Extension-Struktur“ spricht. Bei der Wiedergabe eines Dolby-Atmos- oder DTS:X-Tracks verteilt der Decoder im AV-Receiver die Audio-Objekte in Echtzeit auf die vorhandenen Höhenlautsprecher. Dies hat den Vorteil, dass das Setup aus zwei, vier oder sechs Boxen für die obere Ebene bestehen kann.

Auro-3D speichert die Höhenkanäle hingegen als eigene Spuren – laut Entwickler, um bei Aufnahmen Reflexionen exakter einfangen und später präziser im Wohnzimmer abbilden zu können. Diese Höhenkanäle werden nicht als Audio-­Objekte in einer Core-Extension-Struktur gespeichert, sondern in einer Art steganografischem Verfahren im Grund-Codec versteckt.

Basisformate

Für Dolby Atmos stehen Dolby TrueHD und Dolby Digital Plus als Grund-Codecs bereit, bei DTS:X sind es DTS-HD Master Audio (MA) und DTS-HD High Resolution (HR).

Dolby TrueHD und DTS-HD MA sind sogenannte Lossless-Codecs, deren Kompressionsverfahren mit der von ZIP-Archiven vergleichbar ist: Wie dort lassen sich auch hier die ursprünglichen Daten später wieder ohne Verluste herstellen. Dolby Digital Plus und DTS-HD HR arbeiten ­hingegen mit psychoakustischen Tricks. Diese Verfahren sind „lossy“, arbeiten also mit Verlusten, sodass sich die Ursprungsdaten nicht mehr vollständig wiederherstellen lassen. Dafür kann man die Daten wesentlich stärker komprimieren als mit Lossless-Codecs.

Zum Vergleich: Die mit verlustfreier Kompression arbeitenden Codecs kommen auf Spitzendatenraten von 18 MBit/s und mehr, Dolby Digital Plus mit Dolby-Atmos-Erweiterung auf gerade einmal 384 bis 768 kBit/s. Die hohen Datenraten von Dolby TrueHD und DTS-HD MA sind unproblematisch bei (UHD-)Blu-rays, weshalb beide hier auch üblicherweise als Grund-Codecs zum Einsatz kommen. Ausnahmen von dieser Regel gibt es, wenn mehrere Dolby-Atmos- oder DTS:X-­Spuren für verschiedene Sprachen auf einer Scheibe Platz finden sollen.

Bei Auro-3D können nur verlustfrei arbeitende Verfahren als Basis zum Einsatz kommen, da die Lossy-Codecs keine Rücksicht auf die verborgenen Höheninformationen nehmen und diese beschädigen würden. Übrig bleiben daher neben dem unkomprimiertem PCM nur Dolby TrueHD und DTS-HD MA. Theoretisch wären weitere Codecs als Basis denkbar, solche sind aber für die Disc-Formate nicht spezifiziert und werden von aktuellen AV-Receivern nicht dekodiert. Konkret ist DTS-HD MA bei Auro-3D-Titeln auf (UHD-)Blu-rays der übliche Grund-­Codec, auf einigen Demoscheiben findet man auch PCM als Basis. Dolby TrueHD wurde bislang noch nie genutzt, was politische Gründe haben dürfte: Auro und Dolby sind sich spinnefeind.

Zwei Welten

Datenraten von 18 MBit/s und mehr nur für den Ton sind für Streamingdienste inakzeptabel, weil einerseits die Infrastruktur für die Speicherung und Verbreitung hohe Summen verschlingt und andererseits die nötige Bandbreite für den Empfang den Kundenkreis erheblich verkleinert. Um die Relationen zu verstehen, sollte man sich vor Augen führen, dass die Datenrate eines gestreamten 5.1-Tons ­üblicherweise bei gerade einmal 192 bis 256 kBit/s liegt.

Auro-3D ist mit dem Zwang der verlustfreien Komprimierung daher an dieser Stelle raus. Dolby hat mit Dolby Digital Plus mit den angesprochenen Datenraten zwischen 384 und 768 kBit/s eine passende Lösung parat. Ebendieser Grund-­Codec kommt tatsächlich bei Videostreamingdiensten wie Apple TV+, Disney+ und Netflix für Dolby Atmos zum Einsatz – und auch bei Audiostreamingdiensten wie Amazon Music HD und Tidal HiFi, die seit einigen Monaten ebenfalls 3D-Musik anbieten. Wer unkomprimierte 3D-Musik will, muss zur (UHD-)Blu-ray greifen.

Dolby Digital Plus mit Atmos-Erweiterung hat auch den Vorteil, innerhalb der technischen Spezifikationen des HDMI-­Rückkanals ARC (Audio Return Channel) zu bleiben, sodass sich der 3D-Sound von TVs leicht an passende AV-Receiver ausgeben lässt – eine Möglichkeit, die etwa LG und Samsung bei TV-Apps für Netflix & Co. nutzen.

Eigentlich könnte man meinen, dass sich bei DTS:X analog dazu der Lossy-­Codec DTS-HD HR als Basis einsetzen lässt. Nach Angaben von DTS gegenüber c’t sind die damit zu erzielenden Datenraten für die Dienste aber immer noch zu hoch – wobei das Unternehmen keine konkreten Werte nannte. DTS-HD HR ist für Streaming also keine Option.

IMAX Enhanced

Für DTS führt der Weg aus diesem Dilemma über das gemeinsam mit IMAX ins Leben gerufene „IMAX Enhanced“, einer Mischung aus UHD-Gütesiegel, Zertifizierungsprogramm und verschiedenen Bild- und Ton-Techniken. DTS:X ist Teil dieser Spezifikation, aber nur auf UHD-Blu-rays wird dabei DTS-HD MA als Basis genutzt. Fürs Streaming entwickelte DTS hingegen extra einen neuen Codec mit einer Datenrate, die laut DTS mit der von Dolby Digital Plus mithalten kann.

Über Umwege

Allerdings hat DTS mit dem neuen Streaming-Codec das Problem der Abwärtskompatibilität heraufbeschworen: Aktuell kann ihn keiner der erhältlichen AV-Receiver dekodieren – unabhängig davon, ob dieser an sich DTS:X beherrscht. Auch ein IMAX-Enhanced-­Siegel am Gerät ändert daran (aktuell) nichts, da die Zertifizierung bereits lief, als der neue Streaming-Codec noch in der Entwicklung war.

DTS hätte nun auf zukünftige AV-Receiver mit erweiterten Dekodierfähigkeiten warten können, allerdings wären bis zu einer nennenswerten Marktdurchdringung Jahre vergangen – und die derzeit installierte Basis an DTS:X-fähigen AV-Receivern wäre trotzdem verloren gewesen. Stattdessen entschied sich DTS, die App des Streamingdienstes den neuen Streaming-Codec in Echtzeit in DTS-HD MA mit DTS:X-Erweiterung transkodieren zu lassen und diesen Datenstrom dann per HDMI auszugeben. Aktuelle AV-Receiver mit DTS:X-Decoder können den Soundtrack so mit Höhenkanälen ausgeben, für ältere Receiver stehen DTS-HD MA und DTS bereit.

Hierzulande konnte DTS Rakuten und Sony Pictures mit seinem kommenden hauseigenen Streamingdienst „Bravia Core“ (siehe c’t 4/2021, S. 31) für „IMAX Enhanced“ samt neuem Codec gewinnen. Beide Angebote sind nur auf Sony-TVs abrufbar – und das nicht ohne Grund: Die Hardware des Wiedergabegerätes beziehungsweise dessen Betriebssystem muss der Streaming-App ausreichend Rechenleistung für die Transkodierung bereitstellen und die Ausgabe des entstehenden DTS-HD-MA-Datenstroms mit DTS:X ermöglichen. DTS arbeitet hier mit Sony zusammen, auf deren aktuellen Fernsehern mit Android TV die TV-Apps samt Transcoder laufen und die den Audiodatenstrom über den erweiterte Audiorückkanal (enhanced Audio Return Channel, eARC) ausgeben.

Lösung à la Auro

Auro nutzt bei seiner Streaming-Lösung zunächst den gewöhnlichen Auro-3D-Codec mit unkomprimiertem PCM als Basis. Die Kodierung lief bei der Vorführung im Dezember über einen Mac an der Seite der Bühne, mit der Audio-Software ProTools und Auro-Encoder. Der eigentliche Kniff liegt nun darin, den PCM-Datenstrom mit Auro-3D-Informationen vor dem Streamen noch einmal mit einem anderen Verfahren zu komprimieren. Dieses Verfahren muss wie das auf Discs benutzte DTS-HD MA verlustfrei arbeiten, im Unterschied zu diesem aber eine bessere Effizienz ­aufweisen, um eine möglichst niedrige Datenrate zu erzielen.

Die Wahl fiel auf Fraunhofers MPEG-4 ALS (Audio Lossless Coding), das PCM-Auflösungen bis 32 Bit bei beliebiger Abtastrate und Multichannel-Konfigurationen unterstützt. Der Codec war bereits 2009 in Untersuchungen dem beliebten Lossless-Verfahren FLAC deutlich überlegen [1]. 5.1-kanalige Musik komprimierte MPEG-4 ALS damals genreübergreifend auf rund ein Drittel ihrer Ursprungsgröße, ohne dabei die mögliche kanalübergreifende Kompression zu nutzen. Laut Auro lag die Gesamtdatenrate in Kombination mit einem 2K-Video am Ende bei rund 11 MBit/s. Das ist zwar rund doppelt so viel, wie bei Streamingdiensten für Full-HD-Videos mit Dolby-Vision-Bild und Dolby-Atmos-Ton üblich ist, dafür bietet Auro aber auch einen verlustfrei komprimierten 3D-Sound.

Auf Empfängerseite spielte ein PC den Stream mit dem Medienplayer VLC samt MPEG-4-ALS-Decoder ab. Der stellte die PCM-Tonspur samt Auro-3D-Informationen wieder her, die dann via HDMI an einen gewöhnlichen AV-Receiver vom Typ Denon AVC-X8500H ging. Dessen Auro-3D-Decoder extrahierte die Höheninformationen aus der PCM-Spur und schuf einen 9.1-Soundtrack mit unterer 5.1-Kanal-Ebene und vier Höhenkanälen. Dank der Abwärtskompatibilität lässt sich die PCM-Spur beispielsweise auch in 5.1 oder Stereo abspielen.

Für eine Marktdurchdringung bräuchte Auro wie DTS mit dessen Streaming-Lösung Wiedergabegeräte im Handel, die einen bislang üblicherweise nicht verwendeten Codec beherrschen. Auro-Technologies-Gründer Wilfried van Baelen betonte im Gespräch mit c’t, dass die genutzte VLC-Lösung auf aktuellen Rechnern laufe. Die meisten Anwender dürften jedoch Streaming-Clients und Smart-TVs als Wiedergabegeräte bevorzugen. Diesbezüglich gab es bislang noch keine ­Ankündigung.

Fazit

Auro und DTS haben den Beweis angetreten, dass sich – mit Kniffen – auch ihre 3D-Audioformate streamen lassen. Somit hat Dolby Atmos und dessen Basis Dolby Digital Plus endlich eine Konkurrenz. Für 3D-Sound-Fans ist nun die entscheidende Frage, wann und wie sie an die neuen Formate kommen. Dreh- und Angelpunkt sind bei den beiden neuen Streaming-­Lösungen die Wiedergabegeräte, die ausreichend Leistung für die Transkodierung der speziellen Codecs benötigen und die die transkodierten Daten auch ausgeben können müssen.

Dass neuere Smart-TVs mit starken Prozessoren und HDMI-eARC für diese Aufgabe infrage kommen, beweisen bereits die aktuellen Sony-TVs mit IMAX-­Enhanced-Unterstützung. Wer sich einen neuen Sony-Fernseher kauft, kann dank Sonys Werbeaktion mit dem Streamingdienst „Bravia Core“ (siehe c’t 4/2021, S. 31) den neuen DTS:X-Streaming-Codec wohl bald kostenlos ausprobieren.

Weitere denkbare Clients wären leistungsstarke Streaming-Boxen – allen voran Nvidias Shield TV, auf dem ebenfalls Android TV läuft. Und vielleicht schließen sich hier künftig noch weitere Fernseherhersteller an. Auro Technologies wäre gut beraten, bis dahin einige Demo-­Titel bereitzustellen, mit denen sich Interessenten mit passender Anlage über ihren PC samt VLC-Player und MPEG-4-ALS-Decoder schon einmal einen Eindruck von gestreamten Auro-3D verschaffen können. (nij@ct.de)