Windows 7 における圧縮オーディオ形式

更新日: 2009 年 4 月 28 日

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目次:

1. はじめに
2. アプリケーション向けの新形式のサポート
3. オーディオ ドライバーでの形式サポート
4. サブフォーマットの GUID
5. WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 およびKSDATARANGE_AUDIO の例
   1. DD+ (Dolby Digital Plus) 形式
   2. Dolby TrueHD (MAT)
   3. WMA Pro
6. 詳細情報

Kristin Carr
Microsoft Corporation
2008 年 10 月

対象:

Windows® SDK (Core Audio API)

Windows 7

要約:

このホワイトペーパーでは、IEC 61937 準拠のインターフェイス経由で送信されるエンコード済みオーディオ ストリームの形式を記述するために、アプリケーションやクラス ドライバーで使用する構造体について説明します。アプリケーションで新しい圧縮オーディオ形式を表すために、WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体 (Windows 7 で導入) を使用できます。クラス ドライバーではオーディオ形式用のデータ範囲を公開するために KSDATARANGE_AUDIO 構造体を使用できます。

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1. はじめに

圧縮オーディオ形式を必要とするメディア ストレージ デバイスの増加に伴い、アプリケーションでは、コンテンツを PC から HD (High Definition) ディスクなどのデバイスに転送する際に、さまざまなエンコード済みオーディオ コンテンツを新しく識別、定義、および使用する必要が生じています。ここでは、アプリケーションやオーディオ クラス ドライバーでこうした新形式をサポートするために、Windows® 7 で加えられた変更点の概要について説明します。

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2. アプリケーション向けの新形式のサポート

IEC 61937 準拠のインターフェイス経由で送信されるエンコード済みオーディオ ストリームの形式を表すには、アプリケーションで次の情報を指定する必要があります。

• 送信前のエンコード済みオーディオ ストリームの特性
• 送信先デバイスでデコード後のオーディオ ストリームの特性

Windows Vista® 以前の Windows オペレーティング システムでは、オーディオ形式を使用するオーディオ ストリームのチャンネル数、サンプル サイズ、およびデータ速度から、その形式の品質レベルをアプリケーションで推測できます。PCM 形式の場合、この情報は、形式を指定する WAVEFORMATEX 構造体の nChannels メンバー、nSamplesPerSec メンバー、および nAvgBytesPerSec メンバーから取得できます。PCM 以外の形式の場合、これら 3 つのメンバーが、オーディオ ストリームの圧縮データに関する情報を格納するために流用されています。そのため、WAVEFORMATEX 構造体では、PCM 以外のオーディオ ストリームの圧縮解除および再生後の有効なチャンネル数、サンプル サイズ、およびデータ速度に関する情報が不足します。この構造体の情報を基にすると、ユーザーやアプリケーションでは、PCM 以外のストリームの品質レベルの推測が困難になります。

そこで、WAVEFORMATEX 構造体が WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体に拡張され、ストリームのその他の特性を提供するようになりました。ただし、この構造体も IEC 61937 送信のストリームの記述には適していません。これは、この構造体が 1 セットの特性を表すことを目的としており、圧縮解除されたマルチチャンネル PCM データ用に使用されるためです。

Windows 7 では、オペレーティング システムでこの問題に対処するため、WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体という新しい構造体をサポートします。この構造体は WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体を拡張し、2 セットのオーディオ ストリームの特性 (送信前のエンコード済みオーディオ形式とデコード後のオーディオ ストリームの特性) を格納します。新しい構造体では、PCM 以外の形式の有効チャンネル数、サンプル サイズ、およびデータ速度を明確に指定できます。これらの情報を使用すれば、圧縮解除および再生後でも PCM 以外のストリームの品質レベルをアプリケーションで推測できます。

次の WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体は、Windows 7 SDK 付属の KsMedia.h ヘッダーで宣言されています。

typedef struct {
  WAVEFORMATEXTENSIBLE  FormatExt; // リンク経由でストリーミングされる
                                                           // エンコード済みデータの形式
  DWORD   dwEncodedSamplesPerSec;      // デコード後のオーディオのサンプリング レート
  DWORD   dwEncodedChannelCount;        // デコード後のオーディオのチャンネル数
  DWORD   dwAverageBytesPerSec;          // コンテンツのビット レート (バイト単位)
                                                             // ビット レートは 0 にもできます。
} WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937, *PWAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937;

FormatExt メンバーは、送信前のストリーム特性が格納される WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体です。WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体の Format メンバーは、WAVEFORMATEX 構造体です。この WAVEFORMATEX 構造体と WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体の内容で、構造体を WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体として解釈できるかどうかをアプリケーションに示します。WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体として解釈させる場合は、次のように指定します。

• WAVEFORMATEX 構造体の wFormatTag メンバーには、WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE を含める必要があります (FormatExt.Format.wFormatTag = WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE)。
• WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体の SubFormat メンバーでは、送信前のエンコード済み形式の GUID を指定します。たとえば、FormatExt.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_DOLBY_DIGITAL は、DD+ (Dolby Digital Plus) 形式を表します。サポートされている GUID については、「サブフォーマットの GUID」を参照してください。
• WAVEFORMATEX 構造体の cbSize メンバーで示されるサイズは 34 バイトです (FormatExt.Format.cbSize = 34)。WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体の合計サイズは 52 バイトです。

WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体の dwEncodedSamplesPerSec メンバー、dwEncodedChannelCount メンバー、および dwAverageBytesPerSec メンバーでは、デコード後のオーディオ ストリームのサンプリング レート、チャンネル数、およびストリームのビット レート (バイト単位) を定義します。

WAVEFORMATEX 構造体および WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体の詳細については、Windows DDK のドキュメントを参照してください。

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3. オーディオ ドライバーでの形式サポート

オーディオ ミニポート ドライバーでサポートするオーディオ形式を公開するには、ドライバーでエンドポイントの音声データのピンに関する "データ範囲" を指定します。データ範囲は、KSDATARANGE_AUDIO 構造体で表されるオーディオ形式を定義します。

次の KSDATARANGE_AUDIO 構造体は、Windows 7 SDK 付属の KsMedia.h ヘッダーで宣言されています。

typedef struct
{
    KSDATARANGE DataRange;
    ULONG MaximumChannels;
    ULONG MinimumBitsPerSample;
    ULONG MaximumBitsPerSample;
    ULONG MinimumSampleFrequency;
    ULONG MaximumSampleFrequency;
}KSDATARANGE_AUDIO,*PKSDATARANGE_AUDIO;

DataRange メンバーは、KSDATARANGE 構造体で初期化済みの変数です。この構造体の内容は、KSDATARANGE_AUDIO によって表されるデータ範囲の種類、およびデータ範囲のオーディオ サブフォーマットの GUID を指定します。KSDATARANGE 構造体は、圧縮解除後の LPCM コンテンツを表すことができますが、IEC 61937 送信用のエンコード済みオーディオ コンテンツの記述に限定されます。1 セットの KSDATARANGE_AUDIO 構造体で形式の機能を公開するために音声データのピンに依存するコンポーネントとの互換性を維持するようには、この構造体は拡張されていません。

Windows 7 でも、オーディオ ドライバーは引き続き 1 セットの KSDATARANGE_AUDIO 構造体を公開します。IEC 61937 形式の場合、この構造体に含まれる値は、送信前のエンコード済みオーディオ ストリームの構成を示し、デコード後のコンテンツのパラメーターは示しません。クライアント (オーディオ エンジンやアプリケーション) では、KSPROPERTY_PIN_PROPOSEDATAFORMAT プロパティおよび KSPROPERTY_PIN_DATAINTERSECTION プロパティを使用して、サンプリング レート、チャンネル数など、特定のデコーダー機能を取得できます。これらのプロパティは、指定したデータ形式がピンでサポートされているかどうかを判断するために使用します。プロパティの要求は、オーディオ クラス ドライバーが Windows 7 のオーディオ ミニポート ドライバーからプロパティを要求するのと同じ方法で処理されます。これらのプロパティは、Windows DDK および Windows SDK に付属する Ks.h で宣言されています。

注: ユーザー モードのオーディオ エンジンの IAudioClient::IsFormatSupported メソッドでは、これらのプロパティ値を使用して、特定の形式に対するエンドポイントのサポートを判断します。

KSDATARANGE_AUDIO 構造体、KSDATARANGE 構造体、および KS のプロパティの詳細については、Windows DDK のドキュメントを参照してください。

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4. サブフォーマットの GUID

Windows® 7 では、KsMedia.h ヘッダーに、CEA-861-D で定義される圧縮オーディオ形式に対するサブフォーマットの GUID 定義が含まれています。GUID は、WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体の FormatExt メンバーで指定される WAVEFORMATEXTENSIBLE 構造体の SubFormat メンバーで指定されます (WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937.FormatExt.Subformat)。ドライバーの場合、GUID は KSDATARANGE_AUDIO 構造体に含まれる KSDATARANGE 構造体の SubFormat メンバーに格納されます (KSDATARANGE_AUDIO.DataRange.SubFormat)。

次の表に、標準 IEC 61937 エンコード済みオーディオ形式として使用できる圧縮オーディオ形式の GUID を示します。これらの形式は、Windows での既存の Active Coding 3 (AC-3) 形式、および Digital Theater Sound (DTS) 形式の表記に似ています。

次の表に、高ビット レートのオーディオ サンプル パケットで送信される圧縮オーディオ形式の GUID を示します。

次の表に、HD オーディオ クラス ドライバーでサポートされていない、サードパーティ製のソリューションで実装可能な圧縮オーディオ形式の GUID を示します。

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5. WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 および KSDATARANGE_AUDIO の例

ここでは、エンコード済みオーディオ コンテンツを IEC 61937 および IEC 60958 準拠のインターフェイス経由で送信するための WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 構造体と KSDATARANGE_AUDIO 構造体の値の例について説明します。

a. DD+ (Dolby Digital Plus) 形式

DD+ (Dolby Digital Plus) 形式のコンテンツが IEC 60958 経由で送信される場合、リンクのサンプリング レートは、コンテンツのサンプリング レートの 4 倍でなければなりません。DD+ では、コンテンツのサンプリング レートとして 32 kHz、44.1 kHz、および 48 kHz がサポートされます。HDMI などのインターフェイスでは、128 kHz (32 kHz の 4 倍) がサポートされないため、コンテンツのサンプリング レートとしては 44.1 kHz と 48 kHz のみがサポートされます。

WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 wfext;
Wfext.FormatExt.Format.wFormatTag = WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE;
wfext.FormatExt.Format.nChannels = 2; // IEC 60958 1 回線
wfext.FormatExt.Format.nSamplesPerSec = 192000;     // リンクを 192 kHz で実行
wfext.FormatExt.Format.nAvgBytesPerSec = 768000;   // 192 KHz * 4
wfext.FormatExt.Format.nBlockAlign = 4;              // 16 ビット * 2 チャンネル
wfext.FormatExt.Format.wBitsPerSample = 16;     // IEC 60958 経由では常に 16 ビット
wfext.FormatExt.Format.cbSize = 34;                   // Format が WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937
                                                                    // 構造体の一部であることを示します。

wfext.FormatExt.Samples.wValidBitsPerSample = 16;
wfext.FormatExt.dwChannelMask = KSAUDIO_SPEAKER_5POINT1;    // ドルビー 5.1 サラウンド
wfext.FormatExt.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_DOLBY_DIGITAL_PLUS;
wfext.dwEncodedSamplesPerSec = 48000;    // エンコード済みコンテンツのサンプリング レート
wfext.dwEncodedChannelCount = 6;             // エンコード済みデータのチャンネル数は 6
wfext.dwAverageBytesPerSec = 0;               // この形式では無視されます。

KSDATARANGE_AUDIO drDDPlus48;
drDDPlus48.DataRange.FormatSize = sizeof(KSDATARANGE_AUDIO);
drDDPlus48.DataRange.Flags = 0; // 無視されます。
drDDPlus48.DataRange.SampleSize = 0; // 無視されます。
drDDPlus48.DataRange.Reserved = 0;
drDDPlus48.DataRange.MajorFormat = KSDATAFORMAT_TYPE_AUDIO;
drDDPlus48.DataRange.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_DOLBY_DIGITAL_PLUS;
drDDPlus48.DataRange.Specifier = KSDATAFORMAT_SPECIFIER_WAVEFORMATEX;
drDDPlus48.MaximumChannels = 2; // IEC 60958 1 回線
drDDPlus48.MinimumBitsPerSample = 16;  // すべてのエンコード済みデータは IEC 60958 を
drDDPlus48.MaximumBitsPerSample = 16; // 経由して、16 ビットで送信されます。
drDDPlus48.MinimumSampleFrequency = 192000; // 48 KHz * 4
drDDPlus48.MaximumSampleFrequency = 192000;

KSDATARANGE_AUDIO drDDPlus44;
drDDPlus44.DataRange.FormatSize = sizeof(KSDATARANGE_AUDIO);
drDDPlus44.DataRange.Flags = 0 // 無視されます。
drDDPlus44.DataRange.SampleSize = 0 // 無視されます。
drDDPlus44.DataRange.Reserved = 0;
drDDPlus44.DataRange.MajorFormat = KSDATAFORMAT_TYPE_AUDIO;
drDDPlus44.DataRange.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_DOLBY_DIGITAL_PLUS;
drDDPlus44.DataRange.Specifier = KSDATAFORMAT_SPECIFIER_WAVEFORMATEX;
drDDPlus44.MaximumChannels = 2; // IEC 60958 1 回線
drDDPlus44.MinimumBitsPerSample = 16;  // すべてのエンコード済みデータは IEC 60958 を
drDDPlus44.MaximumBitsPerSample = 16; // 経由して、16 ビットで送信されます。
drDDPlus44.MinimumSampleFrequency = 176400; // 44.1 KHz * 4
drDDPlus44.MaximumSampleFrequency = 176400;

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b. Dolby TrueHD (MAT)

Dolby TrueHD コンテンツは IEC 60958 経由で送信されます。コンテンツのサンプリング レートが 44.1 kHz、88.2 kHz、および 176.4 kHz の場合は 176.4 kHz/8 チャンネル (705.6 kHz の IEC 60958 フレーム レートが必要) で送信され、コンテンツのサンプリング レートが 48 kHz、96 kHz、および 192 kHz の場合は 192 kHz/8 チャンネル (768 kHz の IEC 60958 フレーム レートが必要) で送信されます。ただし、現在のインターフェイス (HDMI など) では 705.6 kHz がサポートされないため、コンテンツのサンプリング レートとしては 48 kHz、96 kHz、および 192 kHz のみがサポートされます。したがって、HDMI シンクの Dolby TrueHD デコーダーの能力にかかわらず、クラス ドライバーでは Dolby TrueHD のサポートを示すために常に以下のデータ範囲を公開します。

WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 wfext;
Wfext.FormatExt.Format.wFormatTag = WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE;
wfext.FormatExt.Format.nChannels = 8;                　　　　// IEC 60958 4 回線
wfext.FormatExt.Format.nSamplesPerSec = 192000;      // リンクは 192 kHz で実行
wfext.FormatExt.Format.nAvgBytesPerSec = 3072000;  // 192 KHz * 16
wfext.FormatExt.Format.nBlockAlign = 16;             　　   // 16 ビット * 8 チャンネル
wfext.FormatExt.Format.wBitsPerSample = 16;             // IEC 60958 経由では常に 16 ビット
wfext.FormatExt.Format.cbSize = 34; // Format が WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937
                                                  // 構造体の一部であることを示します。

wfext.FormatExt.Samples.wValidBitsPerSample = 16;
wfext.FormatExt.dwChannelMask = KSAUDIO_SPEAKER_7POINT1;  // ドルビー 7.1 サラウンド
wfext.FormatExt.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_DOLBY_MLP;
wfext.dwEncodedSamplesPerSec = 96000;        // エンコード済みコンテンツのサンプリング レート
wfext.dwEncodedChannelCount = 8;                 // エンコード済みデータのチャンネル数は 8
wfext.dwAverageBytesPerSec = 0;                   // この形式では無視されます。

KSDATARANGE_AUDIO drDTHD;
drDTHD.DataRange.FormatSize = sizeof(KSDATARANGE_AUDIO);
drDTHD.DataRange.Flags = 0;              // 無視されます。
drDTHD.DataRange.SampleSize = 0;    // 無視されます。
drDTHD.DataRange.Reserved = 0;
drDTHD.DataRange.MajorFormat = KSDATAFORMAT_TYPE_AUDIO;
drDTHD.DataRange.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_DOLBY_MLP;
drDTHD.DataRange.Specifier = KSDATAFORMAT_SPECIFIER_WAVEFORMATEX;
drDTHD.MaximumChannels = 8;                       // IEC 60958 4 回線
drDTHD.MinimumBitsPerSample = 16;               // すべてのエンコード済みデータは IEC 60958
drDTHD.MaximumBitsPerSample = 16;              // を経由して、16 ビットで送信されます。
drDTHD.MinimumSampleFrequency = 192000;     // すべての Dolby True-HD は
drDTHD.MaximumSampleFrequency = 192000;    // 192 kHz で送信されます。

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c. WMA Pro

WMA Pro オーディオ コンテンツは、次の表に示す 4 種類のプロファイルのいずれかでエンコードできます。

M0 と M1 のプロファイルは、48 kHz、16 ビット、ステレオ (1536000 bps) の IEC 60958 ストリームに適しています。M2 と M3 のプロファイルは、96 kHz、16 ビット、ステレオ (3072000 bps) の IEC 60958 ストリームに適しています。

WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937 wfext;
Wfext.FormatExt.Format.wFormatTag = WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE;
wfext.FormatExt.Format.nChannels = 2;                   // IEC 60958 1 回線
wfext.FormatExt.Format.nSamplesPerSec = 96000;  // リンクは 96 kHz で実行
wfext.FormatExt.Format.nAvgBytesPerSec = 384000;  // 96 KHz * 4
wfext.FormatExt.Format.nBlockAlign = 4;                   // 16 ビット * 8 チャンネル
wfext.FormatExt.Format.wBitsPerSample = 16;          // リンク経由では常に 16 ビット
wfext.FormatExt.Format.cbSize = 34; // Format が WAVEFORMATEXTENSIBLE_IEC61937
                                                  // 構造体の一部であることを示します。

wfext.FormatExt.Samples.wValidBitsPerSample = 16;
wfext.FormatExt.dwChannelMask = KSAUDIO_SPEAKER_5POINT1;  // 5.1 サラウンド
wfext.FormatExt.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_WMA_PRO;
wfext.dwEncodedSamplesPerSec = 96000;        // エンコード済みコンテンツのサンプリング レート
wfext.dwEncodedChannelCount = 6;                 // エンコード済みデータのチャンネル数は 6
wfext.dwAverageBytesPerSec = 0;                   // この形式では無視されます。

KSDATARANGE_AUDIO drWMAPro;
drWMAPro.DataRange.FormatSize = sizeof(KSDATARANGE_AUDIO);
drWMAPro.DataRange.Flags = 0;              // 無視されます。
drWMAPro.DataRange.SampleSize = 0;    // 無視されます。
drWMAPro.DataRange.Reserved = 0;
drWMAPro.DataRange.MajorFormat = KSDATAFORMAT_TYPE_AUDIO;
drWMAPro.DataRange.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_WMA_PRO;
drWMAPro.DataRange.Specifier = KSDATAFORMAT_SPECIFIER_WAVEFORMATEX;
drWMAPro.MaximumChannels = 2;                  // IEC 60958 1 回線
drWMAPro.MinimumBitsPerSample = 16;          // すべてのエンコード済みデータは IEC 60958 を
drWMAPro.MaximumBitsPerSample = 16;         // 経由して、16 ビットで送信されます。
drWMAPro.MinimumSampleFrequency = 48000;
drWMAPro.MaximumSampleFrequency = 48000;

KSDATARANGE_AUDIO drWMAPro;
drWMAPro.DataRange.FormatSize = sizeof(KSDATARANGE_AUDIO);
drWMAPro.DataRange.Flags = 0;              // 無視されます。
drWMAPro.DataRange.SampleSize = 0;    // 無視されます。
drWMAPro.DataRange.Reserved = 0;
drWMAPro.DataRange.MajorFormat = KSDATAFORMAT_TYPE_AUDIO;
drWMAPro.DataRange.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_IEC61937_WMA_PRO;
drWMAPro.DataRange.Specifier = KSDATAFORMAT_SPECIFIER_WAVEFORMATEX;
drWMAPro.MaximumChannels = 2;              // IEC 60958 1 回線
drWMAPro.MinimumBitsPerSample = 16;      // すべてのエンコード済みデータは IEC 60958 を
drWMAPro.MaximumBitsPerSample = 16;     // 経由して、16 ビットで送信されます。
drWMAPro.MinimumSampleFrequency = 96000;
drWMAPro.MaximumSampleFrequency = 96000;

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6. 詳細情報

• Core Audio SDK の詳細については、「Core Audio APIs in Windows Vista」(英語) を参照してください。Core Audio のヘッダーとライブラリは Windows SDK に含まれています。Windows Media デベロッパー センターから Windows SDK をダウンロードすることができます。
• Core Audio SDK のドキュメントの詳細については、「Core Audio APIs in Windows Vista」(英語) を参照してください。
• オーディオ ドライバーの全般的な情報については、「Audio Devices Design Guide」(英語) を参照してください。
• WAVEFORMATEX 構造体とその拡張の詳細については、「Extensible Wave-Format Descriptors」(英語) を参照してください。

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