PCM-адаптер

Сони PCM-1630

PCM -адаптер — это устройство, которое кодирует цифровой звук в видео для записи на видеомагнитофон . Адаптер также имеет возможность декодировать видеосигнал обратно в цифровой звук для воспроизведения. Эта цифровая аудиосистема использовалась для мастеринга ранних компакт-дисков .

Операция

Высококачественный звук с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) требует значительно большей полосы пропускания, чем обычный аналоговый аудиосигнал. Например, для 16-битного сигнала PCM требуется аналоговая полоса пропускания около 1–1,5 МГц по сравнению с аналоговой полосой пропускания примерно 15–20 кГц , необходимой для аналогового аудиосигнала. Стандартный аналоговый аудиорекордер не может удовлетворить этому требованию. Одним из решений, принятых в начале 1980-х годов, было использование видеомагнитофона, способного записывать сигналы с более широкой полосой пропускания.

Требовалось средство преобразования цифрового звука в видеоформат. Такая система звукозаписи включает в себя два устройства: адаптер PCM, преобразующий звук в псевдовидео, и видеомагнитофон. Адаптер PCM выполняет аналого-цифровое преобразование, создавая серию двоичных цифр, которые, в свою очередь, кодируются и модулируются в черно-белый видеосигнал, имеющий вид вибрирующей шахматной доски, который затем можно записать как видеосигнал. .

Большинство видеоадаптеров PCM записывают звук с разрешением 14 или 16 бит на выборку, с частотой дискретизации 44,1 кГц для PAL или монохромного NTSC или 44,056 кГц для цветного NTSC. Некоторые из более ранних моделей, такие как Sony PCM-100, записывали 16 бит на выборку, но использовали только 14 бит для звука, а оставшиеся 2 бита использовались для исправления ошибок в случае пропусков или других аномалий. на видеокассете.

Частота дискретизации

Использование видео для адаптера PCM помогает объяснить выбор частоты дискретизации для компакт-диска, поскольку количество видеострок, частота кадров и бит на строку в конечном итоге определяют достижимую частоту дискретизации. частота дискретизации 44,1 кГц была принята Таким образом, для компакт-диска , поскольку в то время не было другого практического способа хранения цифрового звука, кроме как с помощью комбинации адаптера PCM и видеомагнитофона.

Проще всего, если в каждом поле используется одинаковое количество строк, и, что особенно важно, было решено принять частоту дискретизации, которая могла бы использоваться как на PAL, так и на монохромном NTSC оборудовании. Поскольку монохромный NTSC имеет частоту полей 60 Гц, а PAL имеет частоту полей 50 Гц, их наименьшее общее кратное составляет 300 Гц, а при 3 выборках в строке это дает частоту дискретизации, кратную 900 Гц. Для монохромного NTSC частота дискретизации составляет 5 м × 60 × 3, где 5 м — количество активных строк на поле, которое должно быть кратно 5 (остальное используется для синхронизации), а для PAL частота дискретизации составляет 6 н. × 50 × 3, где 6 n — количество активных строк в поле, которое должно быть кратно 6. Частоты дискретизации, удовлетворяющие этим требованиям, — не менее 40 кГц (для кодирования звуков частотой до 20 кГц), не более 46,875 кГц (требуется не более 3 выборок на строку в PAL) и частота, кратная 900 Гц (чтобы обеспечить кодирование как в NTSC, так и в PAL), составляют, таким образом, 40,5, 41,4, 42,3, 43,2, 44,1, 45, 45,9 и 46,8. кГц. Нижние исключаются из-за того, что фильтры нижних частот требуют полосы перехода, а более высокие исключаются из-за того, что некоторые линии необходимы для интервала вертикального гашения; 44,1 кГц была более высокой полезной частотой, и в конечном итоге она была выбрана.

Таким образом, частоты дискретизации 44,1 и 44,056 кГц были результатом необходимости совместимости с 25-кадровым (страны PAL) и 30-кадровым черно-белым (страны NTSC) видеоформатами, использовавшимися в то время для хранения звука.

Формат видео

Аудиосэмплы записываются так, как если бы они находились на строках растровой развертки видео, следующим образом: стандарты аналогового видео представляют видео с частотой поля 60 Гц ( NTSC , Северная Америка) или 60/1,001 Гц ≈ 59,94 Гц для цветного NTSC. ) или 50 Гц ( PAL , Европа), что соответствует частоте кадров 30 кадров в секунду (кадров/с) или 25 кадров/с – каждое поле представляет собой половину строк чересстрочного изображения (чередование нечетных и четных строк). линии). Каждое из этих полей, в свою очередь, состоит из строк — кадр из 625 строк для PAL и 525 строк для NTSC, хотя некоторые из строк на самом деле предназначены для синхронизации сигнала, а поле содержит половину видимых строк за одно вертикальное сканирование. Цифровые аудиосэмплы затем кодируются вдоль каждой строки, что позволяет повторно использовать существующую схему синхронизации — в качестве видео результирующие изображения выглядят как линии двоичных черно-белых (скорее серых) точек вдоль каждой строки сканирования. ( Частота линии строк в секунду) составляла 15 625 Гц для PAL (625 × 50/2), 15 750 Гц для 60 Гц (монохромный) NTSC (525 × 60/2) и 15 750/1,001 Гц (приблизительно 15 734,26 Гц) для 59,94. (цветной) NTSC, и, таким образом, для записи звука с требуемой частотой более 40 кГц требуется кодирование нескольких сэмплов на строку, при этом достаточно 3 семплов на строку, что дает до 15 625 × 3 = 46 875 для PAL и 15 750 × 3 = 47 250 для NTSC. Желательно свести к минимуму количество образцов в строке, чтобы каждому образцу было отведено больше места, что упрощает получение более высокого значения. разрядность (16 бит, а не, скажем, 14 или 12 бит) и лучшая устойчивость к ошибкам, и на практике сигнал был стереофоническим, требуя 3 × 2 = 6 выборок на строку. Однако некоторые из этих строк предназначены для (вертикальной) синхронизации: в частности, строки во время интервала вертикального гашения (VBI) не могут использоваться, поэтому в NTSC можно использовать максимум 490 строк на кадр (245 строк на поле). и около 588 строк на кадр (294 строки на поле) в PAL (Обратите внимание, что в видео PAL имеет (до) 575 видимых строк). в то время как NTSC имеет до 485).

Модели

Адаптер Sony PCM-501ES EIAJ LPCM на видеомагнитофоне Sony SL-HF360

Sony PCM-1600 был первым коммерческим 16-битным записывающим устройством для записи видео. В 1600 (и его более поздних версиях, 1610 и 1630) использовались специальные видеомагнитофоны формата U-matic , также поставляемые Sony для транспорта , такие как BVU-200B (первая модель видеомагнитофона, оптимизированная для работы и продававшаяся с PCM). -1600 в 1979 г.), БВУ-800ДА, ВО-5630ДА, а также более поздние ДМР-2000 и ДМР-4000, которые были основаны на промышленной видеомашине ВО-5850 и вещательной БВУ-800 соответственно. По сути, это были модифицированные версии существующих видеомагнитофонов Sony U-Matic, адаптированные для использования с адаптерами серии 1600 путем отключения схем компенсации цветности и падения напряжения в видеомагнитофонах, что препятствовало бы правильной записи монохромного видео. на основе цифровых аудиоданных от адаптеров серии 1600, если они включены. BVU-200B, поставляемый с PCM-1600, также был модифицирован, чтобы точка переключения видеоголовки была перемещена в интервал вертикального гашения записываемого видеосигнала, несущего цифровой аудиосигнал, чтобы предотвратить ошибки или помехи в цифровых аудиоданных. Монтаж осуществлялся с использованием адаптера серии 1600 и двух или более таких видеомагнитофонов с монтажным контроллером DAE-1100 или DAE-3000. Серия 1600 была первыми системами, которые использовались для мастеринга аудиокомпакт- дисков в начале 1980-х годов многими крупными звукозаписывающими компаниями, а окончательные цифровые аудиокассеты формата U-matic 1600 отправлялись на фабрики по производству компакт-дисков для записи на компакт-диски. стеклянный мастер- диск, используемый для изготовления тиражируемых компакт-дисков.

Sony также выпустила несколько полупрофессиональных/бытовых моделей адаптеров PCM:

• Sony PCM-1 (выпущен в 1977 году)
• Sony PCM-F1 (первая потребительская модель, которая продавалась вместе с сопутствующим видеомагнитофоном формата Betamax , Sony SL-2000, SL-F1 или SL-F1E, для записи и воспроизведения)
• Сони ПКМ-100
• Сони PCM-501ES
• Sony PCM-601 (включая цифровой аудиовход и выход SPDIF)
• Сони PCM-701

Компания Technics также выпустила портативный PCM-адаптер с батарейным питанием SV-100, компонентный адаптер Hi-Fi SV-110 и версию со встроенным VHS транспортером видеокассет SV-P100. Все PCM-адаптеры Technics (Panasonic) ограничены разрешением 14 бит. Другими марками и моделями адаптеров PCM, предлагаемыми на рынке, были Nakamichi DMP-100, JVC VP-100, Sharp RX-3, Sansui PC-X1 и Hitachi PCM-V300.

dbx, Inc. также выпустила псевдовидеоадаптер Model 700 . От вышеперечисленных моделей он отличался тем, что в нем использовалась не PCM, а дельта-сигма модуляция . Это привело к более качественной цифровой записи с более широким динамическим диапазоном, чем могла предложить стандартная модуляция PCM. Как и стандартный адаптер PCM, модель 700 также использовала видеомагнитофон для транспортировки.

Устаревание

В 1987 году, через несколько лет после появления адаптера PCM, Sony представила новый кассетный формат для цифровой аудиозаписи, названный Digital Audio Tape (DAT). Поскольку для DAT не требовался отдельный видеомагнитофон, это был гораздо более портативный и менее громоздкий формат в использовании, чем система на основе адаптера PCM. У рекордеров DAT был собственный встроенный транспорт, использующий небольшую кассету, уникальную для этого формата. В DAT использовалась лента шириной 4 миллиметра (0,16 дюйма), загруженная в кассету размером 73 мм × 54 мм × 10,5 мм (2,87 дюйма x 2,12 дюйма x 0,41 дюйма). Аудиоданные записывались на ленту с использованием записи со спиральной разверткой , точно так же, как видеомагнитофон, подключенный к адаптеру PCM, записывал на видеокассету. По сути, DAT представлял собой модернизированную, интегрированную и миниатюрную версию системы на базе адаптера PCM.

Как и адаптер PCM, DAT мог записывать только две дорожки звука одновременно, но меньший размер оборудования и носителей, а также способность принимать несколько частот дискретизации и другая гибкость, дало DAT множество преимуществ перед системами на основе адаптеров PCM.

Цифровые рекордеры с возможностью многодорожечной записи такие как Mitsubishi от формат ProDigi и Sony, от формат DASH также стали доступны на рынке профессионального аудио примерно в то же время, когда появились адаптеры PCM. Другие системы цифровой аудиозаписи на основе ленты преодолели проблемы, из-за которых типичные аналоговые записывающие устройства не могли удовлетворить требования к полосе пропускания (диапазону частот) цифровой записи за счет сочетания более высоких скоростей ленты, более узких зазоров между головками, используемых в сочетании с лентами с металлическим составом, и распространение данных по нескольким параллельным дорожкам.

Несмотря на устаревание, любители по-прежнему могут использовать современные диски DVD или Blu-ray в качестве носителя для видеокодирования цифровых аудиопотоков.

Ссылки

• Уоткинсон, Джон. Искусство цифрового звука . Оксфорд: Focal Press. ISBN  978-0-08-049936-9 . OCLC   171287847 .