NICAM

Эта статья о форме сжатия цифрового звука. Информацию об институте рейтинга медиаконтента см. в Нидерландском институте классификации аудиовизуальных медиа .

Почти мгновенный компандированный аудиомультиплекс ( NICAM ) — это ранняя форма с потерями сжатия цифрового звука . Первоначально он был разработан в начале 1970-х годов для связи «точка-точка» в сетях вещания. В 1980-х годах вещательные компании начали использовать сжатие NICAM для передачи стереозвука телепередач для публики.

История

Почти мгновенное компандирование

Идея была впервые описана в 1964 году. При этом «ранжирование» должно было применяться к аналоговому сигналу перед аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и после цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) . Применение этого метода к радиовещанию, в котором компандирование должно было выполняться полностью в цифровом формате после АЦП и перед ЦАП, было описано в исследовательском отчете BBC за 1972 год .

Ссылки «точка-точка»

Первоначально NICAM был предназначен для предоставления вещателям шести высококачественных аудиоканалов с общей пропускной способностью 2048 кбит/с. Эта цифра была выбрана так, чтобы соответствовать E1 скорости первичного мультиплексирования , и системы, использующие эту скорость, могли использовать запланированные PDH национальные и международные телекоммуникационные сети .

Несколько подобных систем было разработано в разных странах, и примерно в 1977/78 году исследовательский отдел BBC провел тесты на прослушивание для их оценки. Кандидатами были:

• Система RAI , которая использовала компандирование по закону A для сжатия 14-битных линейных выборок PCM в 10 бит (14:10).
• Система типа NICAM, предложенная Télédiffusion de France (14:9)
• NICAM-1 (13:10)
• NICAM-2 (14:11)
• NICAM-3 (14:10)

Было обнаружено, что NICAM-2 обеспечивает наилучшее качество звука, но снижает программно-модулированный шум до неоправданно низкого уровня за счет скорости передачи данных. NICAM-3, предложенный во время испытаний для решения этой проблемы, был выбран победителем.

Звук кодируется с использованием 14- битной импульсно-кодовой модуляции с частотой дискретизации 32 кГц .

Трансляции для публики

Вторая роль NICAM – передача информации для общественности – была разработана в 80-х годах компанией BBC . Этот вариант был известен как NICAM-728, в честь потока битов 728 кбит/с , по которому он передается. Он использует те же параметры кодирования звука, что и NICAM-3.

Первой цифровой стереопрограммой NICAM была « Первая ночь» 92-го выпуска «Променадов» , которая транслировалась на BBC2 с передающей станции «Кристал Пэлас» в Лондоне 18 июля 1986 года, хотя программы не рекламировались как транслируемые в стерео на BBC до тех пор, пока некоторые пять лет спустя, когда большинство передатчиков страны были модернизированы для вещания NICAM, а большое количество программ BBC создавалось в стереорежиме.

BBC публично запустила свою стереослужбу NICAM в Соединенном Королевстве в субботу, 31 августа 1991 года (см. 1991 год на телевидении ), хотя другие британские вещательные компании ITV и Channel 4 рекламировали эту возможность примерно за 18 месяцев до этого. Канал 4 начал испытания гораздо раньше, в феврале 1989 года, через передатчик Crystal Palace в Лондоне.

Он стандартизирован как ETS EN 300 163.

Страны и регионы, использующие общественные трансляции NICAM

Несколько европейских стран внедрили NICAM с PAL и SECAM. телевизионными системами

• Бельгия (только аналоговые кабельные системы; наземное переключение на DVB-T )
• Дания (историческая, перешла на DVB-T и DVB-C)
• Эстония (историческая, перешла на DVB-T и DVB-C)
• Финляндия (историческая, перешла на DVB-T и DVB-C)
• Франция (исторический, перешел на DVB-T)
• Греция ( ANT1 , New Hellenic Television , ET3 и ET1 — исторические, перешли на DVB-T)
• Венгрия (историческая, перешла на DVB-T)
• Исландия (исторический, перешел на DVB-T)
• Ирландия (исторически, переключена на DVB-T. Аналоговые кабельные каналы все еще могут передавать звук NICAM. Однако это каналы с цифровым источником, перекодированные в PAL с NICAM на головной станции.)
• Люксембург (перешел на DVB-T; кабельное?)
• Норвегия (историческая, перешла на DVB-T и DVB-C)
• Польша (только аналоговые кабельные системы; наземное переключение на DVB-T)
• Португалия (историческая, перешла на DVB-T)
• Румыния (исторически связана с наземным вещанием, поскольку перешла на DVB-T2; в кабельных сетях, до сих пор используется некоторыми операторами, предоставляющими аналоговое кабельное телевидение)
• Россия
• Испания (историческая, перешла на DVB-T)
• Южная Африка ( SABC 1 , SABC 2 , e.tv )
• Швеция (историческая, перешла на DVB-T и DVB-C)
• Украина
• Великобритания (исторический, перешел на DVB-T)

Некоторые страны и регионы Азиатско-Тихоокеанского региона внедрили NICAM.

• Китай
  • Гонконг (обычно используется для двуязычного программирования, содержащего саундтреки как на кантонском, так и на английском/мандаринском/японском/корейском языках; полный переход на DTMB с кодированием звука Dolby AC-3 завершится к 1 декабря 2020 года, с этой даты NICAM стал историческим)
  • Макао (обычно используется для двуязычного программирования, содержащего саундтреки как на кантонском, так и на португальском/английском/мандаринском/японском/корейском языках; полный переход на DTMB с аудиокодированием MPEG-1 Audio Layer II завершен к 30 июня 2023 года, с этой даты NICAM стал историческим)
  • Гуанчжоу
  • Пекин ( БТВ )
• Малайзия
  • Ранее использовался TV1, TV2 , ntv7 , 8TV и TV9 в долине Кланг. TV3 также использовало NICAM на своей частоте передачи УКВ (канал 12) в долине Кланг, но использовало Zweikanalton на своей частоте передачи УВЧ (канал 29). Отключение аналогового сигнала завершится к 1 января 2019 года, таким образом, с этой даты вещание NICAM и Zweikanalton стало историческим.
• Новая Зеландия (Полный переход на DVB-T завершится к 1 декабря 2013 года. С этой даты NICAM стал историческим.)
• Индонезия
  • Телевизионные станции Индонезии использовали NICAM для аналогового телевидения. Отключение аналогового оборудования завершится к 12 августа 2023 года, таким образом, с этой даты NICAM стал историческим.
• Сингапур (используется на канале Mediacorp U. Полный переход на DVB-T2 завершится к 1 января 2019 года. С этой даты NICAM стал историческим.)
• Шри-Ланка
• Таиланд
  • Используется на Channel 3 , Channel 9 MCOT HD и Thai PBS , обычно транслируется в режиме двойного звука, а иногда и в стереорежиме. Все услуги аналогового телевидения прекратились с 26 марта 2020 года. С этой даты переход на наземное DVB-T2 с кодеком HE-AAC v2 и NICAM стал историческим.

Некоторые другие страны вместо этого используют аналоговое стерео Zweikanalton . Таким образом, начинается преобразование аналогового стерео.

Реализации

В настоящее время не известно оборудование потребительского уровня, поддерживающее модуляцию NICAM. Ниже приведен неисчерпывающий список оборудования вещательного класса, способного кодировать и/или модуляцию NICAM:

• Philips PM5685/PM5686/PM5686A
• Филипс PM5687
• Иден 198А
• Pye /Varian/BBC Sound-in-Syncs Решение
• IBA /RE Communications Sound-in-Syncs Решение
• Тектроникс 728E
• Модули Rohde & Schwarz SBUF-E NICAM
• Корабль НЕ-728

Операция

Чтобы обеспечить моно «совместимость», сигнал NICAM передается на поднесущей рядом со звуковой несущей. Это означает, что обычная монофоническая несущая звука FM или AM остается в покое для приема монофоническими приемниками.

Инфраструктура стереотелевидения на базе NICAM может одновременно передавать стереотелевизионную программу и монофонический «совместимый» звук или может передавать два или три совершенно разных звуковых потока. Этот последний режим можно использовать для передачи звука на разных языках, аналогично тому, как это используется для просмотра фильмов на международных рейсах. В этом режиме пользователь может выбрать саундтрек для прослушивания при просмотре контента, используя элемент управления «выбор звука» на ресивере.

Это спектр NICAM в системе PAL. В системе SECAM L несущая звука NICAM находится на частоте 5,85 МГц перед несущей звука AM, а полоса пропускания видео уменьшается с 6,5 МГц до 5,5 МГц.

В настоящее время NICAM предлагает следующие возможности. Режим выбирается автоматически путем включения 3-битного поля типа в поток данных.

• Один цифровой стереозвуковой канал.
• Два совершенно разных цифровых монофонических звуковых канала.
• Один цифровой монофонический звуковой канал и канал данных 352 кбит/с.
• Один канал передачи данных 704 кбит/с.

Четыре других варианта могут быть реализованы позднее. Однако известно, что только первые два из перечисленных широко используются.

Передача пакетов NICAM

Пакет NICAM (за исключением заголовка) перед передачей скремблируется с помощью девятибитного генератора псевдослучайных битов.

• Топология этого псевдослучайного генератора дает битовый поток с периодом повторения 511 бит.
• псевдослучайного генератора Полином : $x^{9}+x^{4}+1.$
• Псевдослучайный генератор инициализируется с помощью: $111111111.$

сделать поток битов NICAM более похожим на белый шум Важно , поскольку это уменьшает структурирование сигнала на соседних телевизионных каналах.

• Заголовок NICAM не подлежит скремблированию. Это необходимо для того, чтобы помочь в захвате потока данных NICAM и повторной синхронизации потока данных в приемнике.
• В начале каждого пакета NICAM сдвиговый регистр генератора псевдослучайных бит сбрасывается до всех единиц.

NICAM transmission problems

Существуют некоторые скрытые проблемы, связанные с обработкой звука NICAM в цепочке передачи.

• NICAM (в отличие от стандарта Compact Disc) сэмплирует 14-битный звук с частотой 32 кГц.
• Верхний предел частоты звукового канала NICAM составляет 15 кГц из-за фильтров сглаживания в кодере.
• Исходные 14-битные аудиосэмплы PCM компонуются в цифровом виде до 10 бит для передачи.
• Аудиосэмплы NICAM разделены на блоки по 32. Если все семплы в блоке тихие, то есть все старшие биты равны нулям, эти биты можно отбросить без потерь.
• В более громких семплах некоторые наименее значимые биты обрезаются в надежде, что их не будет слышно.
• 3-битный управляющий сигнал для каждого блока записывает, какие биты были отброшены.
• Цифровое компандирование (с использованием CCITT J.17 ) гарантирует идеальное отслеживание алгоритмов кодирования и декодирования. кривой предыскажения

Мощность несущей NICAM

Стандарты ITU (и CCITT) определяют, что уровень мощности сигнала NICAM должен быть на уровне -20 дБ относительно мощности несущей изображения.

• Уровень монозвуковой несущей FM должен быть не менее -13 дБ.
• Измерение уровня модуляции сигнала NICAM затруднено, поскольку несущая QPSK NICAM (в отличие от модулированных несущих сигналов AM или FM) не излучается на дискретной частоте.

При измерении с помощью анализатора спектра фактический уровень несущей(L) можно рассчитать по следующей формуле:

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

1. L(NICAM) = фактический уровень несущей NICAM [дБмкВ]
2. L(Измеренный) = измеренный уровень несущей NICAM [дБмкВ]
3. R = ширина полосы сигнала -3 дБ [кГц]
4. BWAnalyser = полоса пропускания анализатора спектра [кГц]
5. K = логарифмический форм-фактор анализатора спектра ~2 дБ

примечание: если BWAnalyser больше, чем R, формула принимает вид L(NICAM) = L(Измеренное) + K

Различные функции

Сэмплирование NICAM не является стандартным сэмплированием PCM , которое обычно используется с компакт-дисками или на уровне кодека в MP3 , AAC или Ogg аудиоустройствах . Выборка NICAM больше напоминает адаптивную дифференциально-импульсно-кодовую модуляцию или компандирование по закону А с расширенным, быстро изменяемым динамическим диапазоном.

Подписание дополнения до двух

образцов , Используется метод двух дополнений для подписания так что:

• 01111111111111 представляет собой положительный полномасштабный
• 10000000000000 представляет собой отрицательный полный масштаб

±0 В имеет три двоичных представления.

• 00000000000001 представляет собой 0 В, без различия +/-. Возможно, это возникло как метод уменьшения возникновения паттернов постоянного тока при передаче немого материала.
• 00000000000000 представляет собой 0 В, без различия +/-.
• 11111111111111 представляет собой 0 В, без различия +/-.

Проверка четности ограничена только 6 из 10 бит.

Чтобы усилить защиту четности для звуковых сэмплов, бит четности рассчитывается только по шести старшим битам каждого семпла NICAM. Раннее исследование BBC NICAM показало, что неисправленные ошибки в четырех наименее значимых битах предпочтительнее сниженной общей защиты, обеспечиваемой защитой всех десяти бит по четности.

Запись

видеомагнитофон

Основная статья: Видеомагнитофон

(ВКМ) VHS и Betamax Домашние видеомагнитофоны изначально записывали только звуковые дорожки с помощью фиксированной линейной записывающей головки, что было недостаточно для записи звука NICAM; это существенно ограничивало качество их звука. Многие видеомагнитофоны позже включали запись высококачественного стереозвука в качестве дополнительной функции, при которой источник входящего высококачественного стереозвука (обычно FM-радио или телевизор NICAM) модулировался по частоте , а затем записывался, в дополнение к обычным аудио- и видеодорожкам видеомагнитофона, с использованием тот же с высокой пропускной способностью, метод спирального сканирования который используется для видеосигнала. Полноразмерные видеомагнитофоны уже в полной мере использовали ленту, поэтому высококачественный аудиосигнал записывался по диагонали под видеосигналом с использованием дополнительных головок спирального сканирования и мультиплексирования по глубине . Моно-звуковая дорожка (а на некоторых машинах – стереодорожка, отличная от NICAM и не-Hi-Fi), как и раньше, также записывалась на линейную дорожку, чтобы обеспечить обратную совместимость записей, сделанных на машинах Hi-Fi, при воспроизведении на видеомагнитофоны, не относящиеся к Hi-Fi.

Такие устройства часто описывались как «HiFi audio», «Audio FM» / «AFM» (FM означает «частотная модуляция»), а иногда неофициально как видеомагнитофоны «Nicam» (из-за их использования при записи аудиосигнала вещания Nicam). Они оставались совместимыми с видеомагнитофонами, не поддерживающими HiFi, поскольку также записывалась стандартная звуковая дорожка, и иногда использовались в качестве альтернативы аудиокассетам из-за их превосходного частотного диапазона и плоской частотной характеристики .

DVD

При записи в видеорежиме (совместимом с DVD-Video ) большинство устройств записи DVD могут записывать только один из трех каналов (Цифровой I, Цифровой II, Аналоговое моно), разрешенных стандартом. Новый стандарт, такой как DVD-VR, позволяет записывать все цифровые каналы (как в стерео, так и в двуязычном режиме), тогда как моноканал будет потерян.

Флэш-память и компьютерное мультимедиа

Кодеки для цифрового мультимедиа на компьютерах часто преобразуют NICAM в другой формат цифрового аудио для экономии места на диске.

См. также

• Многоканальный телевизионный звук
• Синхронизация звука
• ВИМКАС
• Двухканальный звук А2

Дальнейшее чтение

• Осборн, Д.В. и Кролл, М.Г. (1973), Цифровые звуковые сигналы: снижение скорости передачи данных с использованием экспериментального цифрового компандора . Отчет исследовательского отдела BBC за 1973/41 год.
• Кролл М.Г., Осборн Д.В. и Рид Д.Ф. (1973), Цифровые звуковые сигналы: мультиплексирование шести высококачественных звуковых каналов для передачи со скоростью передачи данных 2,048 Мбит/с . Отчет исследовательского отдела BBC за 1973/42 год.
• Рид, Д.Ф. и Кролл, М.Г. (1974), Цифровые звуковые сигналы: влияние ошибок передачи в почти мгновенной системе с цифровым сопровождением . Отчет исследовательского отдела BBC за 1974/24 год.
• Рид, Д.Ф. и Гилкрист, NHC (1977), Экспериментальное мультиплексное оборудование со скоростью 704 кбит / с для двух звуковых каналов 15 кГц . Отчет исследовательского отдела BBC за 1977/38 год.
• Каллоуэй, MJ (1978), Экспериментальная 4-фазная стереозвуковая система dpsk: эффект многолучевого распространения . Отчет исследовательского отдела BBC за 1978/15 год.

Внешние ссылки

Сопутствующие веб-сайты или технические пояснения

• Техническое описание NICAM
• Информационная страница BBC о NICAM
• Обзор систем телевизионного вещания
• Функция MATLAB NICAM