Почти мгновенный компандированный аудиомультиплекс ( NICAM ) — это ранняя форма сжатия цифрового звука с потерями . Первоначально он был разработан в начале 1970-х годов для связи «точка-точка» в сетях вещания. [1] В 1980-х годах вещательные компании начали использовать сжатие NICAM для передачи стереозвука телевизоров населению.
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) . [2] Применение этого подхода 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. [3]
Первоначально NICAM был предназначен для предоставления вещателям шести высококачественных аудиоканалов с общей пропускной способностью 2048 кбит/с. Эта цифра была выбрана так, чтобы соответствовать скорости первичного мультиплексирования E1 , и системы, использующие эту скорость, могли использовать запланированные национальные и международные телекоммуникационные сети PDH .
Несколько подобных систем были разработаны в разных странах, и примерно в 1977/78 году исследовательский отдел BBC провел тесты на прослушивание для их оценки. Кандидатами были:
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. [4] [5]
Звук кодируется с использованием 14- битной импульсно-кодовой модуляции с частотой дискретизации 32 кГц .
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 стереофоническом формате.
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. [6]
Несколько европейских стран внедрили NICAM с телевизионными системами PAL и SECAM [7] [8] [9]
Некоторые страны и регионы Азиатско-Тихоокеанского региона внедрили NICAM.
Некоторые другие страны вместо этого используют аналоговое стерео Zweikanalton . Таким образом, начинается преобразование аналогового стерео.
В настоящее время не известно оборудование потребительского уровня, поддерживающее модуляцию NICAM. [10] Ниже приведен неисчерпывающий список оборудования вещательного класса, способного кодировать и/или модулировать NICAM:
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.
Четыре других варианта могут быть реализованы позднее. Однако известно, что только первые два из перечисленных широко используются.
Пакет NICAM (за исключением заголовка) перед передачей скремблируется с помощью девятибитного генератора псевдослучайных битов.
Очень важно сделать поток битов NICAM более похожим на белый шум , поскольку это уменьшает структурирование сигнала на соседних телевизионных каналах.
Существуют некоторые скрытые проблемы, связанные с обработкой звука NICAM в цепочке передачи.
Стандарты ITU (и CCITT) определяют, что уровень мощности сигнала NICAM должен быть на уровне -20 дБ относительно мощности несущей изображения.
При измерении с помощью анализатора спектра фактический уровень несущей (L) можно рассчитать по следующей формуле:
L(NICAM) = L(Измеренное) + 10 log (R/BWAnalyser) + K
примечание: если BWAnalyser больше, чем R, формула принимает вид L(NICAM) = L(Измеренное) + K
Сэмплирование NICAM не является стандартным сэмплированием PCM , которое обычно используется с компакт-дисками или на уровне кодека в аудиоустройствах MP3 , AAC или Ogg . Выборка NICAM больше напоминает адаптивную дифференциально-импульсно-кодовую модуляцию или компандирование по закону А с расширенным, быстро изменяемым динамическим диапазоном.
Используется метод двух дополнений для подписи образцов [19] , так что:
Чтобы усилить защиту четности для звуковых сэмплов, бит четности рассчитывается только по шести старшим битам каждого сэмпла 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.
Домашние видеомагнитофоны (ВКМ) VHS и Betamax 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 метод спирального сканирования с высокой пропускной способностью , 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 .
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.
Кодеки для цифрового мультимедиа на компьютерах часто преобразуют NICAM в другой формат цифрового аудио для экономии места на диске.
Сопутствующие веб-сайты или технические пояснения
