NICAM - NICAM

Ten artykuł dotyczy formularza kompresji dźwięku cyfrowego. Informacje o instytucie oceny treści mediów można znaleźć w holenderskim Instytucie Klasyfikacji Mediów Audiowizualnych .

Blisko chwilowa Companded audio Multiplex ( NICAM ) to wczesna forma kompresji stratnej dla cyfrowego audio . Został pierwotnie opracowany na początku lat 70. XX wieku dla połączeń punkt-punkt w sieciach nadawczych. W latach 80. nadawcy zaczęli stosować kompresję NICAM do transmisji dźwięku stereo z telewizora do publiczności.

Historia

Prawie natychmiastowe kompandowanie

Pomysł został po raz pierwszy opisany w 1964 roku. W tym przypadku „zakres” miał być zastosowany do sygnału analogowego przed przetwornikiem analogowo-cyfrowym (ADC) i po przetworniku cyfrowo-analogowym (DAC) . Zastosowanie tego do nadawania, w którym kompandowanie miało być wykonane całkowicie cyfrowo po ADC, a przed DAC, zostało opisane w raporcie badawczym BBC z 1972 roku .

Łącza punkt-punkt

NICAM pierwotnie miał zapewnić nadawcom sześć wysokiej jakości kanałów audio o łącznej przepustowości 2048 kbit/s. Liczba ta została dobrana tak, aby odpowiadała pierwotnej stawki multipleksowej E1 , a systemy korzystające z tej stawki mogłyby korzystać z planowanych krajowych i międzynarodowych sieci telekomunikacyjnych PDH .

Kilka podobnych systemów zostało opracowanych w różnych krajach, a około 1977/78 Dział Badań BBC przeprowadził testy odsłuchowe w celu ich oceny. Kandydatami byli:

  • System RAI wykorzystujący kompandy A-law do kompresji 14-bitowych liniowych próbek PCM do 10 bitów (14:10)
  • System typu NICAM zaproponowany przez Télédiffusion de France (14:9)
  • NICAM-1 (13:10)
  • NICAM-2 (14:11)
  • NICAM-3 (14:10)

Stwierdzono, że NICAM-2 zapewnia najlepszą jakość dźwięku, ale redukuje szum modulowany programowo do niepotrzebnie niskiego poziomu kosztem szybkości transmisji. NICAM-3, który został zaproponowany podczas testu, aby rozwiązać ten problem, został wybrany jako zwycięzca.

Dźwięk jest kodowany przy użyciu 14- bitowej modulacji kodu impulsowego z częstotliwością próbkowania 32 kHz .

Transmisje dla publiczności

Druga rola NICAM – transmisja do publiczności – została opracowana w latach 80. przez BBC . Ten wariant był znany jako NICAM-728, po strumieniu bitów 728 kbit/s jest przesyłany. Wykorzystuje te same parametry kodowania dźwięku, co NICAM-3.

Pierwszym cyfrowym programem stereo NICAM był First Night z 92. edycji Proms, który był nadawany przez BBC2 ze stacji nadawczej Crystal Palace w Londynie 18 lipca 1986 roku, chociaż programy nie były reklamowane jako nadawane w stereo w BBC aż do pięć lat później, kiedy większość krajowych nadajników została zmodernizowana do nadawania NICAM, a duża liczba programów BBC była emitowana w stereo.

BBC publicznie uruchomiło swoją usługę stereo NICAM w Wielkiej Brytanii w sobotę 31 sierpnia 1991 r. (patrz 1991 w telewizji ), chociaż inni brytyjscy nadawcy ITV i Channel 4 reklamowali tę możliwość kilka miesięcy wcześniej. Kanał 4 rozpoczął testy znacznie wcześniej, w lutym 1989 roku, za pośrednictwem nadajnika Crystal Palace w Londynie.

Został znormalizowany jako ETS EN 300 163.

Kraje i regiony korzystające z transmisji publicznych NICAM

Kilka krajów europejskich (a także jeden kraj azjatycki) wdrożyło NICAM z systemami telewizyjnymi PAL i SECAM

Niektóre kraje i regiony Azji i Pacyfiku wdrożyły NICAM

  • Hongkong (powszechnie używany do programowania dwujęzycznego zawierającego ścieżki dźwiękowe zarówno kantońskie, jak i angielskie/mandaryńskie/japońskie/koreańskie; pełne przejście na DTMB z kodowaniem dźwięku Dolby AC-3 zakończone przed 1 grudnia 2020 r., NICAM stał się historyczny od tej daty)
  • Singapur (Pełne przejście na DVB-T2 i DVB-C zakończone do 1 stycznia 2019 r. NICAM stał się historyczny od tej daty.)
  • Makau
  • Kanton
  • Pekin ( BTV )
  • Republika Południowej Afryki (SABC1, SABC2, itd.)
  • Malezja
    • Używany przez TV1, TV2 , ntv7 , 8TV i TV9 w okolicy Klang Valley. TV3 używa również NICAM na swojej częstotliwości nadawania VHF (kanał 12) w dolinie Klang, ale używa Zweikanalton na swojej częstotliwości nadawania UHF (kanał 29). Zamknięcie analogu w 2019 r., a tym samym transmisja Nicam i Zweikanalton jest przestarzała.
  • Nowa Zelandia (Pełne przejście na DVB-T zakończone przed 1 grudnia 2013. NICAM stał się historyczny od tej daty.)
  • Indonezja
    • Stacje telewizyjne w Indonezji używają NICAM Stereo do telewizji analogowej. Oczekuje się, że pełne przejście na DVB-T2 zakończy się do 2020 r., do którego zaprzestano nadawania analogowego.
  • Tajlandia
    • Używany na kanale 3 i 9 MCOT HD (z wyjątkiem Thai PBS zwykle nadawanych w stereo, ale nadawanie analogowe zostało przerwane 16 czerwca 2018 r.; Przełączono na naziemny DVB-T2 )

Niektóre inne kraje używają zamiast tego analogowego stereo Zweikanalton . W ten sposób rozpoczyna się analogowa konwersja stereo.

Operacja

Aby zapewnić „kompatybilność” mono , sygnał NICAM jest przesyłany na podnośnej obok nośnej dźwięku. Oznacza to, że zwykły nośnik dźwięku mono FM lub AM jest pozostawiony sam do odbioru przez odbiorniki monofoniczne.

Infrastruktura stereofoniczna oparta na NICAM może jednocześnie transmitować stereofoniczny program telewizyjny oraz dźwięk „zgodny z mono” lub może przesyłać dwa lub trzy zupełnie różne strumienie dźwięku. Ten ostatni tryb może być używany do przesyłania dźwięku w różnych językach, w sposób podobny do tego, który jest używany w przypadku filmów na pokładzie podczas lotów międzynarodowych. W tym trybie użytkownik może wybrać ścieżkę dźwiękową do słuchania podczas oglądania treści, korzystając z elementu sterującego „wybór dźwięku” na odbiorniku.


To jest spektrum NICAM w systemie PAL. W systemie SECAM L nośna dźwięku NICAM wynosi 5,85 MHz, przed nośną dźwięku AM, a przepustowość wideo jest zmniejszona z 6,5 MHz do 5,5 MHz.

NICAM oferuje obecnie następujące możliwości. Tryb jest wybierany automatycznie przez włączenie pola typu 3-bitowego do strumienia danych.

  • Jeden cyfrowy kanał dźwięku stereo.
  • Dwa zupełnie różne cyfrowe kanały dźwiękowe mono.
  • Jeden cyfrowy kanał dźwiękowy mono i kanał danych 352 kbit/s.
  • Jeden kanał danych 704 kbit/s.

Cztery pozostałe opcje mogłyby zostać wdrożone w późniejszym terminie. Wiadomo jednak, że tylko dwa pierwsze z wymienionych są powszechnie używane.

Transmisja pakietów NICAM

Pakiet NICAM (z wyjątkiem nagłówka) jest przed transmisją zaszyfrowany za pomocą dziewięciobitowego pseudolosowego generatora bitów.

  • Topologia tego pseudolosowego generatora daje strumień bitów o okresie powtarzania wynoszącym 511 bitów.
  • Wielomian generatora pseudolosowego to:
  • Generator pseudolosowy jest inicjowany za pomocą:

Ważne jest, aby strumień bitów NICAM wyglądał bardziej jak biały szum, ponieważ zmniejsza to wzór sygnału na sąsiednich kanałach telewizyjnych.

  • Nagłówek NICAM nie podlega szyfrowaniu. Jest to konieczne, aby pomóc w blokowaniu strumienia danych NICAM i ponownej synchronizacji strumienia danych w odbiorniku.
  • Na początku każdego pakietu NICAM rejestr przesuwny generatora bitów pseudolosowych jest resetowany do wszystkich jedynek.

Problemy z transmisją NICAM

Istnieje kilka ukrytych problemów związanych z przetwarzaniem dźwięku NICAM w łańcuchu transmisji.

  • NICAM (w przeciwieństwie do standardu Compact Disc) próbkuje 14-bitowy dźwięk z częstotliwością 32 kHz.
  • Górna granica częstotliwości kanału dźwiękowego NICAM wynosi 15 kHz ze względu na filtry antyaliasingowe w koderze.
  • Oryginalne 14-bitowe próbki audio PCM są kompandowane cyfrowo do 10 bitów w celu transmisji.
  • Próbki audio NICAM są podzielone na bloki po 32. Jeśli wszystkie próbki w bloku są ciche, tak że najbardziej znaczące bity są zerami, te bity można odrzucić bez strat.
  • W głośniejszych próbkach niektóre z najmniej znaczących bitów są obcinane z nadzieją, że będą niesłyszalne.
  • 3-bitowy sygnał sterujący dla każdego bloku rejestruje, które bity zostały odrzucone.
  • Kompandowanie cyfrowe (przy użyciu krzywej pre- emfazy CCITT J.17 ) zapewnia, że ​​algorytmy kodowania i dekodowania mogą idealnie śledzić.

Moc nośna NICAM

Standardy ITU (i CCITT) określają, że poziom mocy sygnału NICAM powinien wynosić -20 dB w odniesieniu do mocy nośnej wizji.

  • Poziom nośnika dźwięku FM mono musi wynosić co najmniej -13 dB.
  • Pomiar poziomu modulacji sygnału NICAM jest trudny, ponieważ fala nośna QPSK NICAM (w przeciwieństwie do fal nośnych modulowanych AM lub FM) nie jest emitowana z częstotliwością dyskretną.

Przy pomiarze analizatorem widma rzeczywisty poziom nośnika (L) można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

L(NICAM) = L(Pomiar) + 10 log (R/BWAnalyser) + K

  1. L(NICAM) = rzeczywisty poziom nośnika NICAM [dBμV]
  2. L(Measured) = zmierzony poziom nośnika NICAM [dBμV]
  3. R = -3 dB szerokość pasma sygnału [kHz]
  4. BWAnalyser = szerokość pasma analizatora widma [kHz]
  5. K = współczynnik kształtu logarytmicznego analizatora widma ~2 dB

uwaga: jeśli BWAnalyser jest większe niż R, formuła zmienia się na L(NICAM) = L(Measured) + K

Różne cechy

Próbkowanie NICAM nie jest standardowym próbkowaniem PCM , które jest powszechnie stosowane w przypadku płyt Compact Disc lub na poziomie kodeków w urządzeniach audio MP3 , AAC lub Ogg . Próbkowanie NICAM bardziej przypomina adaptacyjną modulację różnicowego kodu impulsowego lub kompandowanie A-law z rozszerzonym, szybko modyfikowalnym zakresem dynamiki.

Podpisywanie dopełniacza do dwóch

Wykorzystywana jest metoda uzupełniania dwóch próbek podpisywania próbek, dzięki czemu:

  • 01111111111111 reprezentuje dodatnią pełną skalę
  • 100000000000000 reprezentuje ujemną pełną skalę

±0 V ma trzy reprezentacje binarne

  • 00000000000001 reprezentuje 0 V, bez różnicy +/-. Mogło to mieć swój początek jako metoda ograniczania pojawiania się wzorców DC z transmisji cichego materiału.
  • 00000000000000 reprezentuje 0 V, bez różnicy +/-
  • 11111111111111 reprezentuje 0 V, bez różnicy +/-

Kontrola parzystości ograniczona tylko do 6 z 10 bitów

W celu wzmocnienia ochrony parzystości dla próbek dźwięku, bit parzystości jest obliczany tylko dla sześciu górnych bitów każdej próbki NICAM. Wczesne badania BBC NICAM wykazały, że nieskorygowane błędy w najmniej znaczących czterech bitach były lepsze niż zmniejszona ogólna ochrona oferowana przez ochronę parzystości wszystkich dziesięciu bitów.

Nagranie

Magnetowid

Główny artykuł: magnetowid

Domowe magnetowidy VHS i Betamax (VCR) początkowo nagrywały tylko ścieżki dźwiękowe za pomocą stałej liniowej głowicy nagrywającej, która była niewystarczająca do nagrywania dźwięku NICAM; to znacznie ograniczyło ich jakość dźwięku. Wiele magnetowidów później zawierało wysokiej jakości nagrywanie dźwięku stereo jako dodatkową funkcję, w której przychodzące źródło dźwięku stereo wysokiej jakości (zwykle radio FM lub telewizor NICAM) było modulowane częstotliwościowo, a następnie nagrywane, oprócz zwykłych ścieżek audio i wideo na magnetowidzie, przy użyciu ta sama technika skanowania spiralnego o wysokiej przepustowości , która jest stosowana w przypadku sygnału wideo. Pełnowymiarowe magnetowidy już w pełni wykorzystały taśmę, dzięki czemu wysokiej jakości sygnał audio został nagrany po przekątnej pod sygnałem wideo, z wykorzystaniem dodatkowych głowic skanujących spiralnie i zwielokrotniania wgłębnego . Ścieżka dźwiękowa mono (a na niektórych maszynach ścieżka stereo nie-NICAM nie Hi-Fi) została również nagrana na ścieżce liniowej, tak jak poprzednio, aby zapewnić wsteczną kompatybilność nagrań wykonanych na urządzeniach Hi-Fi podczas odtwarzania na magnetowidy inne niż Hi-Fi.

Takie urządzenia były często określane jako „HiFi audio”, „Audio FM” / „AFM” (FM oznacza „Frequency Modulation”), a czasem nieformalnie jako magnetowidy „Nicam” (ze względu na ich zastosowanie w nagrywaniu sygnału audio emitowanego przez Nicam). Pozostały kompatybilne z odtwarzaczami magnetowidów innych niż HiFi, ponieważ standardowa ścieżka dźwiękowa została również nagrana, a czasami były używane jako alternatywa dla kaset magnetofonowych ze względu na ich doskonały zakres częstotliwości i płaską charakterystykę częstotliwościową .

płyta DVD

Podczas nagrywania w trybie wideo (zgodnym z DVD-Video ), większość nagrywarek DVD może nagrywać tylko jeden z trzech kanałów (Digital I, Digital II, Analog mono) dozwolonych przez standard. Nowszy standard, taki jak DVD-VR, umożliwia nagrywanie wszystkich kanałów cyfrowych (zarówno w trybie stereo, jak i dwujęzycznym), podczas gdy kanał mono zostanie utracony.

Pamięć flash i multimedia komputerowe

Kodeki multimediów cyfrowych na komputerach często konwertują NICAM na inny cyfrowy format audio w celu skompresowania miejsca na dysku.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Croll, MG, Osborne, DW i Spicer, CR (1974), Cyfrowe sygnały dźwiękowe: obecny system dystrybucji BBC i propozycja redukcji przepływności przez kompandowanie cyfrowe . Publikacja konferencji IEE nr 119, s. 90–96
  2. ^ Bartlett, CJC i Greszczuk, J. (1964), Companding w systemie PCM . Symposium on Transmission Aspects of Communication Networks, Londyn, IEE 1964, s. 183–186.
  3. ^ Osborne, DW (1972) Cyfrowe sygnały dźwiękowe: dalsze badania chwilowych i innych szybkich systemów kompandingowych . Raport Departamentu Badań BBC 1972/31.
  4. ^ Jones, AH (1978), Cyfrowe kodowanie sygnałów audio do transmisji punkt-punkt . Publikacja Konferencji IEE nr 166, s. 25–28
  5. ^ Gilchrist, NHC (1978), Cyfrowe sygnały dźwiękowe: testy mające na celu porównanie wydajności pięciu systemów Companding dla wysokiej jakości sygnałów dźwiękowych . Raport Departamentu Badań BBC 1978/26.
  6. ^ ETSI ETS EN 300 163, (poprzednio: EBU T 3266)
  7. ^ „Szczegóły systemu nadawania” . University of Surrey – Wydział Elektroniki. Zarchiwizowane z oryginału w dniu 5 grudnia 2010 . Pobrano 2007-08-30 .
  8. ^ Technologie telewizji analogowej
  9. ^ Światowe standardy telewizyjne
  10. ^ Steve Hosgood. „Wszystko, co kiedykolwiek chciałeś wiedzieć o NICAM, ale bałeś się zapytać” . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 14 lutego 2005 . Źródło 2007-08-30 .

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

Powiązane strony internetowe lub wyjaśnienia techniczne