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PCM이란 "Pulse Code Modulation"의 약어로 펄스 부호 변조 방법에 관한 이론으로, 음성 또는 영상 신호를 부호화 하는 방식중 하나입니다. 여기서는 음성 신호에 대한 부분만 설명 드리겠습니다. 간단히 얘기해 아날로그 음성 신호를 디지털인 0과 1의 펄스(Pulse)신호로 바꾸어 기록하는 방식중 하나입니다. 음악 CD의 디지털 오디오 데이터가 바로 PCM인데 압축되지 않은 선형(Linear)신호입니다. PCM은 아날로그 사운드의 원음을 실현하는데 그 목적이 있습니다. 또한 PCM은 멀티채널이 아니라 스테레오입니다.
참고로 PCM은 DVD-Video 에서의 오디오 규격이며, DVD-Audio에서는 PCM이 한 단계 발전된 기술인 LPCM(Linear Pulse Modulation)을 오디오 규격으로 사용하고 있습니다.
24bit/96khz(5.1채널),24bit/192khz(2채널)로 재생되는 LPCM은 16bit/48khz로 재생되는 돌비 디지털보다 고음질을 기대 할 수 있습니다.

먼저 돌비 디지털이 탄생한 배경에 대해서 알아 보겠습니다.
돌비 디지털은 잡음 제거 기술(Noise Reduction)로 유명한 영국 런던에 위치한 세계적인 음향 기술 연구소인 돌비사에서 1992년 새로운 영화 사운드방식인 "돌비 디지털(Dolby Digital)"을 발표했습니다.

돌비 디지털은 출력 640W와 5.1채널로, 미흡한 채널 분리도와 PCM(Pulse Code Modulation)보다 떨어지는 음질을 보이는 돌비 서라운드 프로로직의 단점을 해결하는 과정에서 탄생되었습니다. 참고로 팀 버튼감독의 "베트맨2"가 돌비 디지털 방식의 최초의 극장 영화였습니다.

여기서 우리가 많이 사용하는 AC3가 나오는데 AC-3(Audio Coding-3)란 돌비 디지털 개발 당시의 프로젝트 명을 지칭하며 디지털 방송용으로 연구한 AC-1,2에 이은 새로운 압축방식입니다. 많은 분들이 보통 AC-3와 돌비 디지털을 혼용하고 있는데  돌비 연구소에서는 1996년부터 명칭과 로고를 "Dolby Digital"로 통일해 공식적으로 사용하고 있습니다.

그러므로 DivX 동영상에서 AC3라고 표기하는것은 Dolby Digital의 로고 저작권의 이유도 있지만 보통은 돌비 디지털이 멀티 채널 압축 규격을 나타내는 포괄적 의미의 데이터 포맷으로 표현하고, AC-3는 그 중 S/PDIF 규격의 디지털 오디오 전송 방식에 이용되는 데이터의 흐름 표현하는 명칭이라고 볼 수 있습니다.

*작성한 시기가 원도우2000 초기이니 이해 바랍니다.

마이크로소프트 윈도우2000과 마이크로 소프트 윈도우98은 WDM 스트리밍 오디오 드라이버의 개발, 운영을 단순화하기 위한 인헨스먼트(확장)가 내장되어있다. WDM은 윈도우98과 윈도우2000의 오퍼레이팅 시스템에 지원 받는 드라이버 확장을 위한 강력한 모델이다.

; WDM 커넥션 스트리밍 아키텍쳐(WDM SA)는 WDM을 기본으로 한 메디아 스트리밍 아키텍쳐이다.

WDM CSA는 오디오 스트리밍 드라이버를 '직접' 오디오 아답터 하드웨어와 커뮤니케이션(통신, 전송) 할 수 있게 해준다. 이 모델을 사용, 디바이스 드라이버 라이터는 윈도우98과 윈도우2000 기준 시스템에서 작업할 수 있게 하나의 오디오 드라이버를 생성시킬 수 있다.

Why WDM Audio?

WDM 오디오는 스트리밍 디바이스 심플러의 하드웨어 드라이버를 작성하기 위해 고안, 디자인 되었다. 특히, WDM 오디오는 아래의 기능들을 제공한다:

l 오디오 리치 베이스라인의 특징과 품질은 오퍼레이팅 시스템 콤포넌트(구성요소)에 의해 실행한다. 이 특징은 IHV 드라이버 개발이 되있다면 최소 엔드 유저(최종 사용자)가 사용할 수 있다.

l 옵티컬 루틴 싱크로나이제이션(정기적으로 타이밍을 맞추기)과 직렬화 요구는 미니포트/미니 드라이버가 다중 프로세서 안전과 로우 엔드에서 미듐 엔드 하드웨어에서 논리엔터런트가 되게 해준다.

l 파일 오퍼레이션 싱크로나이제이션을 수정한다. 예를 들어, 스트림과 디바이스 오픈은 미니포트/ 미니 드라이버 수행 뮤텍스, 세마포르, 이벤트 과정 없이 정확하게 직렬화 된다.

l WDM SCA 핀 임플리멘테이션 (실행)은 미니포트/ 미니 드라이버로부터 추상화 된다.

l 플러그와 재생기능, 서비스는 미니포트/ 미니 드라이버로부터 추상화 된다.

n 드라이버류는 기능목적 디바이스를 생성한다.

n 컨피그레이션은 플러그/재생열거로부터 얻고, 모든 필요한 과정은 리소스 ( 포트번지 변환, 메모리 범위 변경, 맵되게하고. 연결을 차단한다)에서 수행된다.

n 플러그/재생기능은 (스타트, 스탑, 언로드와 디바이스 부가 기능) 추상화 된다.

l 디바이스 클래스는 모든 낮은 레벨 버퍼 운영을 조작, 처리한다.

n DMA 아답터 목적을 필수조건으로 할당한다.

n 버퍼(완충장치)를 맵하고, DMA를 위한 분산/집합 리스트를 형성한다.

n DMA대 PIO 케이스에서 버퍼를 알맞게 잠그고 플러쉬한다.

l 드라이버 클래스는 모든 IOCTL 매개변수 벨리데이션(타당성 검사)를 수행한다

l 드라이버 클래스는 워치독 (감시장치) 타이머를 모든 원하는 시간에 사용한다.

Background-WDM and WDM Connection Streaming Architecture (CSA)

개인용 컴퓨터는 점점 더 스트리밍이나 데이터의 싱크로나이제이션 (동시화 작업)을 적용하는 애플리케이션(적용)에 사용된다. 이러한 애플리케이션은 전통적인 작업 (많은 양의 데이터를 하드웨어에 전송, 일반적으로 시간감지 데이터)과는 다르다.

PC가 이러한 쪽에 진보적으로 만들었다면 스트리밍과 싱크로나이제이션 작업 실행은 일관성이 없는 드라이버 모델, 모듈이나 확장이 가능하지않은 아키텍쳐, 불충분한 시스템 리소스의 사용, 고유의 전송지연 (시스템 레이턴시로도 알려져 있다)으로 인해 제대로 수행되지 못했다.

이러한 이슈들을 해결하기위한 첫번째 단계는 드라이버 모델을 표준화했다.

그래서 마이크로 소프트는 윈도우 98과 윈도우 2000의 통합 부분인 WDM으로 발전됐다. WDM 드라이버는 윈도우 98과 윈도우 2000에서 실행된다. WDM은 윈도우NT 레이어드 디바이스 드라이버 모델을 기본으로 하고 플러그/재생 부가지원을 제공한다.

이러한 몇몇 문제점들을 해결했음에도 불구하고 모놀리식 드라이버, 데이터 스트리밍 인에피션시 (무효), 스트림 딜레이(지연)과 연관된 번지를 지정하진 못하여서 WDM CSA는 WDM의 맨 위에서 형성되며, 이러한 시간 감지 애플리케이션에 관련된 특정한 이슈를 지정하게 고안 되었다.

WDM CSA는 메디아 스트림 패스를 통한 필터와 같은 드라이버를 제공한다. 필터는 핀 시리즈가 통합된 특별한 종류의 드라이버이다. 이것은 필터 시스템 형성을 하나로 이어준다. 필터는 현존하는 드라이버를 다시 쓰거나 드라이버에 사용하는 애플리케이션 필요 없이 수정할 수 있게 해준다.

WDM CSA의 모듈 네이처는 기능을 부가하거나 로우 레벨 디바이스 드라이버의 한계를 없애준다.

예를 들면, 압축이나 암호화 지원을 디바이스 드라이버의 언더라인이나 디바이스에 사용되는 프로그램의 수정 없이 추가할 수 있다.

사이즈 한계를 바꾼 드라이버를 따라 데이터가 지나가기 전에 라지 데이터를 수용할 수 있는 청크로 분리된 필터를 사용할 수 있다. 필터는 또한 모니터링 수행과 같이 당신이 드라이버에 포함시키고싶지 않는 것을 추가나 삭제 할 수 있다.

필터는 메디아 스트림을 소모하는 입력핀과 메디아 스트림 제작을 하는 출력핀을 갖고 있다. 이 모델을 유지하면, 오디오 아답터는 필터로서 명백히 나타난다. 이러한 필터에 있는 입력핀은 오디오 스트림을 소모하고 오디오 하드웨어로 그들을 루트(경과 지정)한다. 이러한 필터에 있는 출력핀은 하드웨어에서 생성된 데이터로부터 오디오 스트림을 만들어낸다.

Architectural Overview

오디오 하드웨어 드라이버를 쉽게 만들 수 있게 WDM 오디오 드라이버 모델을 스트림 필터 이슈로부터 하드웨어 인터페이스 이슈로 고립시킨다. 이것은 드라이버 코드에서 이슈들이 각각 번지지정된 콤포넌트로 구조화되고, 이러한 콤포넌트 사이에 정확하게 인터페이스가 확정되는 것에의해 이루어진다. 모든 오퍼레이팅 시스템에 의해 인식되지 않더라도 모든 콤포넌트는 드라이버로 참조된다.

아래 도표는 윈도우2000의 WDM오디오 드라이버 아키텍쳐를 간략하게 도식화한 모습이다

Figure 1. Window 2000 WDM Audio Architecture

콤포넌트 도식 안에 이름에서 보여주듯 클래식 윈도우 NT 드라이버 아키텍쳐에서 볼 수 있는 것과 비슷한 점을 발견할 수 있다. 그러나 WDM 드라이버 아키텍쳐는 몇몇 텀에서 약간은 다르게 사용된다. 다음 단락에서 이러한 콤포넌트가 드라이버 아키텍쳐의 WDM 임플리멘테이션에서 사용되는 것을 확정할 것이다. WDM 사용과 클래식 윈도우 NT 임플리멘테이션 사이의 중요한 차이점을 주목하기 바란다.

Audio APIS

오디오 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스 (APIS)는 WDM CSA 드라이버 아키텍쳐의 맨 위에서 형성된다. 이러한 API는 마이크로소프트 다이렉트 사운드, 윈MM ( 윈도우 32 겸용), MM시스템 (윈 16 겸용)이 포함된다.

DirectSound (WDM에서 DirectSound)

다이렉트 사운드 API는 다이렉트X 프로그래머의 레퍼런스인 프레트폼 소프트웨어 디벨럽먼트킷의 오디오 콤포넌트이다. 다이렉트 사운드는 낮은 레이턴시 믹싱과 하드웨어 액셀레이션, 사운드 디바이스의 다이렉트 액세스를 제공한다. 현존하는 디바이스 드라이버와 호환성을 유지하는 동안 이런 기능을 제공한다.

다이렉트 사운드 릴리스는 오디오 캡쳐 능력과 프라펄티 셋 지원 능력을 갖는다. 이것은 애플리케이션 디벨러퍼가 사운드 카드와 그들의 관련된 드라이버에 의해 제공받는 서비스를 연장 가능하게 해준다.

오버라이딩(지정변경) 디자인 목적은 DirectX의 스피드다. 다른 DirectX 콤포넌트와 같이 다이렉트 사운드는 디바이스-인디펜던트 인터페이스 하드웨어의 상세 명세서로부터 절연 되 있는 동안 가장 효과 있는 방법의 하드웨어를 사용할 수 있게 해준다. 당신의 애플리케이션은 가장 단순화된 오디오 하드웨어와 잘 작업할 수 있을 것이다. 그러나 다이렉트 사운드와 사용할 때 강화된 카드와 드라이버의 특별한 기능 또한 유용할 것이다.

다이렉트 사운드는 아래와 같이 단순화된다.:

l 주어진 개인용 컴퓨터 컨피그래이션의 최상의 솔루션 결정하기위한 런타임에서 하드웨어 능력을 조회한다

l 심지어 그들이 다이렉트 사운드에 의해 직접 지원되지 않을 때에도 새로운 하드웨어 능력이 명시될 수 있는 프라퍼티셋을 사용한다.

l 빠른 리스판스를 위한 오디오 스트림의 낮은 레이턴시를 믹싱한다.

l 3-D 사운드의 개발

l 사운드 캡쳐

Kmixer(커널믹서)

두개의 오퍼레이팅 시스템 콤포넌트는 오디오 스트림 결합작업을 수행한다. 오디오 디바이스 시스템은 성공적인 포멧 경로를 선택하는 일을 수행하며 샘플 변환 비율(SRC)과 디지털 스트림 결합을 위한 필요한 믹싱을 한다. 커널 믹서(Kmixer)는 실제 오퍼레이션을 수행한다. Kmixer는 지능 선택이나 품질 대 CPU 사용을 베이스로 한 출력비율과 모든 스트림이나 각각의 스트림이 재생 가능하게 해준다. 모노, 스테레오, 렌더러 기술을 기준으로 한 다채널(5.1, 7.1) 스트림을 지원하며, 이것은 싱크로나이제이션(동시화)와 SRC를 필수조건으로 수행한다. Kmixer에 의해 수행되는 SRC는 고품질, 고성능 멀티 탭 FIR을 베이스로 고도의 오디오 품질 사운드 대 잡음 비율에 맞는(SNR) 현재 PC시스템 디자인 가이드 가이드라인에 충족된다.

이 두 가지 콤포넌트는 여러 오디오 애플리케이션을 동시에 사운드 조작, 재생할 수 있게 해준다. 예를 들어, 당신이 DVD 영화와 DirectX-based 게임, MS-DOS-based 게임(윈도우 98 시스템에서)을 동시에 즐길 수 있다. 이메일이 도착했을 때, 경보 사운드가 울린다.

(역자주 : 따라서 WDM 드라이버는 어떤 상황이라도 멀티스트리밍 즉, 멀티웨이브 자체가 기본이 되는 것입니다.)

Port Class and Miniport Drivers vs, Stream Class Driver and Minidriver

윈도우2000은 3가지 다른 하드웨어 타입을 지원한다: 플러그와 플레이, ISA, PCI와 USB 오디오. 이런 다른 스펙을 지원하기 위해 윈도우2000은 두 가지 별개의 드라이버 모델을 제공한다.:

l Port Class and Miniport Drivers. 모든 PCI와 ISA 디바이스는 포트 클래스/미니포트 드라이버 한 쌍을 사용해야 한다

S/PDIF의 약자는 Sony/Philips Digital InterFace의 약자입니다. 소니와 필립스사에서 디지털 오디오 전송을 위해서 만든 표준 인터페이스로써, 신호선 1개와 그라운드선 1개 이렇게 2가닥을 사용하는 방식입니다.

기존의 디지털 오디오 신호의 경우 동기(싱크신호)신호를 넣어야 했고 또 신호의 간섭이 심하여 일정 이상의 거리를 전송하기 어려웠던 반면에 S/PDIF는 약 20 미터 정도까지 일정하게 데이터를 전달할 수 있어 CDP, 사운드 카드, CD-ROM drive, A/V 리시버에 다양하게 사용되고 있습니다.

사람이 들을 수 있는 신호는 모두 아날로그이며, 컴퓨터는 궁극적으로
디지털 신호만을 입출력합니다. 컴퓨터의 경우도 아날로그 출력은
디지털 신호를 아날로그로 컨버트(Digital to Analog Converter)하여 출력하는 것이고, 반대로 아날로그 신호를 저장하려면 ADC(Analog to Digital Converter)를 사용해야 합니다.

예를 들면 컴퓨터의 MP3 데이터(디지털)을 MD(디지털)로 저장하려면 디지털 신호를 사용하면 디지털 -> 디지털로 전달하면 되지만 아날로그 신호 의 경우는 사운드 카드에서 디지털 -> DAC -> ADC -> 디지털로 받게 되어 음질이 많이 손실됩니다. 때문에 디지털 인터페이스를 사용하는 것입니다.

5.1채널 관련 정보

Q1：돌비 디지탈은?

Q2：돌비 디지탈은 돌비 프로 로직이나 일반 스테레오와 같은 환경으로 즐길 수 있나요?