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 .
Высококачественный звук с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) требует значительно большей полосы пропускания , чем обычный аналоговый аудиосигнал. Например, 16-битный сигнал ИКМ требует аналоговой полосы пропускания около 1-1,5 МГц по сравнению с аналоговой полосой пропускания около 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 высокой полосой пропускания.
Необходимо было средство преобразования цифрового звука в видеоформат. Такая система аудиозаписи включает два устройства: адаптер PCM, который преобразует звук в псевдовидео, и видеокассетный магнитофон. Адаптер PCM выполняет аналого-цифровое преобразование, производя ряд двоичных цифр, которые, в свою очередь, кодируются и модулируются в черно-белый видеосигнал, появляющийся в виде вибрирующего шахматного узора, который затем может быть записан как видеосигнал.
Большинство видеоадаптеров PCM записывают звук с разрядностью 14 или 16 бит на сэмпл 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 сэмпл, но использовали только 14 бит для звука, а оставшиеся 2 бита использовались для исправления ошибок в случае выпадений или других аномалий, присутствующих на видеоленте.
Использование видео для адаптера PCM помогает объяснить выбор частоты дискретизации для CD, поскольку количество видеострок, частота кадров и бит на строку в конечном итоге диктуют частоту дискретизации, которую можно достичь. Таким образом, для компакт-диска была принята частота дискретизации 44,1 кГц , поскольку в то время не было другого практичного способа хранения цифрового звука, кроме использования комбинации адаптера PCM и видеокассетного магнитофона.
Проще всего, если в каждом поле используется одинаковое количество строк, и, что особенно важно, было решено принять частоту дискретизации, которая может использоваться как на оборудовании PAL, так и на монохромном NTSC. Поскольку у монохромного NTSC частота полей составляет 60 Гц, а у PAL — 50 Гц, их наименьшее общее кратное — 300 Гц, а при 3 выборках на строку это дает частоту дискретизации, кратную 900 Гц. Для монохромного NTSC частота дискретизации составляет 5 m × 60 × 3, где 5 m — количество активных строк на поле, которое должно быть кратно 5 (остальное используется для синхронизации), а для PAL частота дискретизации составляет 6 n × 50 × 3, где 6 n — количество активных строк на поле, которое должно быть кратно 6. Частоты дискретизации, удовлетворяющие этим требованиям — не менее 40 кГц (для кодирования звуков до 20 кГц), не более 46,875 кГц (требуется не более 3 выборок на строку в PAL) и кратная 900 Гц (для обеспечения кодирования как в NTSC, так и в PAL), — составляют 40,5, 41,4, 42,3, 43,2, 44,1, 45, 45,9 и 46,8 кГц. Более низкие частоты исключаются из-за того, что фильтрам нижних частот требуется переходная полоса, а более высокие частоты исключаются из-за того, что некоторые строки требуются для интервала вертикального гашения; частота 44,1 кГц оказалась наиболее приемлемой и в конечном итоге была выбрана.
Таким образом, частоты дискретизации 44,1 и 44,056 кГц были результатом необходимости обеспечения совместимости с 25-кадровым (страны PAL) и 30-кадровым черно-белым (страны NTSC) видеоформатами, которые использовались для хранения звука в то время.
Аудиосэмплы записываются так, как если бы они находились на строках растровой развертки видео, следующим образом: аналоговые видеостандарты представляют видео с частотой полей 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 составляет половину строк чересстрочного изображения (чередование нечетных и четных строк). 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 в одной вертикальной развертке. Затем цифровые аудиосэмплы кодируются вдоль каждой строки, что позволяет повторно использовать существующую схему синхронизации — в качестве видео полученные изображения выглядят как линии бинарных черных и белых (скорее, серых) точек вдоль каждой строки развертки. Частота строк (строок 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 требовалось кодирование нескольких выборок на строку, при этом достаточно было 3 выборок на строку, что давало до 15 625 × 3 = 46 875 для PAL и 15 750 × 3 = 47 250 для NTSC. Желательно минимизировать количество выборок на строку, чтобы каждая выборка могла иметь больше места, отведенного ей, что облегчает получение более высокой битовой глубины (16 бит вместо 14 или 12 бит, скажем) и лучшую устойчивость к ошибкам, и на практике сигнал был стерео, 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 могли быть использованы, поэтому в NTSC можно было 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 [1] , тогда как NTSC имеет до 485).
Sony PCM-1600 был первым коммерческим видеомагнитофоном на основе 16-битного формата. 1600 (и его более поздние версии, 1610 и 1630) использовали специальные видеомагнитофоны формата U-matic , также поставляемые Sony для транспортов , такие как BVU-200B (первая модель видеомагнитофона, оптимизированная для работы и продаваемая с PCM-1600 в 1979 году), [2] BVU-800DA, VO-5630DA и более поздние DMR-2000 и DMR-4000, которые были основаны на промышленных видеомагнитофонах VO-5850 и вещательных BVU-800 соответственно. По сути, все они были модифицированными версиями существующих видеомагнитофонов Sony U-Matic, адаптированными для использования с адаптерами серии 1600 путем отключения схем компенсации цветности и выпадения видеомагнитофонов, что могло бы помешать надлежащей записи монохромных видеоданных на основе цифрового аудио с адаптеров серии 1600, если бы они были включены. BVU-200B, упакованный с PCM-1600, также был модифицирован, чтобы его точка переключения видеоголовки была перемещена на интервал вертикального гашения записываемого цифрового аудиосигнала для предотвращения ошибок или помех с цифровыми аудиоданными. Монтаж выполнялся с использованием адаптера серии 1600 и двух или более таких видеомагнитофонов с контроллером монтажа DAE-1100 или DAE-3000. Системы серии 1600 стали первыми системами, которые использовались для мастеринга аудиокомпакт- дисков в начале 1980-х годов многими крупными звукозаписывающими компаниями, при этом готовые цифровые аудиокассеты формата U-matic 1600 отправлялись на заводы по производству компакт-дисков для записи на стеклянный мастер- диск, используемый для изготовления тиражируемых компакт-дисков.
Компания Sony также выпустила несколько полупрофессиональных/бытовых моделей PCM-адаптеров:
Technics также выпустила работающий от батареи портативный PCM-адаптер SV-100, компонентный адаптер hi-fi SV-110 и версию со встроенным транспортом видеокассет VHS SV-P100. [ необходима цитата ] Все PCM-адаптеры Technics (Panasonic) ограничены 14-битным разрешением. Другие марки и модели PCM-адаптеров, предлагаемые на рынке, были Nakamichi DMP-100, JVC VP-100, Sharp RX-3, Sansui PC-X1 и Hitachi PCM-V300. [5]
Компания dbx, Inc. также производила псевдовидеоадаптер Model 700. Он отличался от перечисленных выше моделей тем, что использовал не PCM, а дельта-сигма-модуляцию . Это приводило к более качественной цифровой записи с большим динамическим диапазоном , чем могла предложить стандартная PCM-модуляция. [ необходима цитата ] Как и стандартный PCM-адаптер, Model 700 также использовала видеомагнитофон в качестве транспорта.
В 1987 году, через несколько лет после появления адаптера PCM, Sony представила новый формат цифровой аудиозаписи на основе кассеты под названием Digital Audio Tape (DAT). Поскольку DAT не зависел от отдельного видеокассетного магнитофона, это был гораздо более портативный и менее громоздкий формат в использовании, чем система на основе адаптера PCM. У DAT-рекордеров был свой собственный встроенный транспорт, использующий небольшую кассету, уникальную для этого формата. DAT использовал ленту шириной 4 миллиметра (0,16 дюйма), загруженную 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 помощью записи со спиральной разверткой , тем же способом, которым видеомагнитофон, подключенный к адаптеру PCM, записывал бы на видеоленту. 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 носителя, а также возможность принимать несколько частот дискретизации и другие гибкие возможности [a] давали DAT множество преимуществ по сравнению с системами на основе адаптера PCM.
Цифровые рекордеры, способные записывать многодорожечно [b], такие как формат ProDigi от Mitsubishi и формат DASH от Sony, также стали доступны на профессиональном аудиорынке примерно в то же время, что и появление адаптеров PCM. Другие системы цифровой аудиозаписи на основе лент преодолели проблемы, из-за которых типичные аналоговые рекордеры не могли удовлетворить требования к полосе пропускания (диапазону частот) цифровой записи, за счет сочетания более высоких скоростей ленты, более узких зазоров головок, используемых в сочетании с лентами с металлическим составом, и распределения данных по нескольким параллельным дорожкам.
Несмотря на устаревание, любители по-прежнему могут использовать современные DVD-диски или диски Blu-ray в качестве транспортного носителя для кодирования видеопотоков цифрового аудио.