NICAM - NICAM

Near Instantaneous Companded Audio Multiplex ( NICAM ) je raná forma ztrátové komprese pro digitální zvuk . Původně byl vyvinut na začátku 70. let 20. století pro spoje point-to-point v rámci vysílacích sítí. V osmdesátých letech začali provozovatelé vysílání používat kompresi NICAM pro přenos zvuku stereofonní televize na veřejnost.

Dějiny

Téměř okamžité kompandování

Myšlenka byla poprvé popsána v roce 1964. V tomto případě měl být „rozsah“ použit na analogový signál před převodníkem analogového signálu na digitální (ADC) a za převodníkem digitálního signálu na analogový (DAC) . Aplikace tohoto na vysílání, ve kterém mělo být kompandování provedeno zcela digitálně po ADC a před DAC, byla popsána ve zprávě BBC BBC Research Report z roku 1972 .

Odkazy typu point-to-point

NICAM měl původně poskytovat vysílacím společnostem šest vysoce kvalitních zvukových kanálů v celkové šířce pásma 2048 kbit/s. Toto číslo bylo vybráno tak, aby odpovídalo primární multiplexní rychlosti E1 , a systémy využívající tuto sazbu by mohly využívat plánované národní a mezinárodní telekomunikační sítě PDH .

V různých zemích bylo vyvinuto několik podobných systémů a asi v letech 1977/78 výzkumné oddělení BBC provedlo poslechové testy k jejich vyhodnocení. Kandidáti byli:

  • Systém RAI , který používal kompasování podle A ke kompresi 14bitových lineárních vzorků PCM na 10 bitů (14:10)
  • Systém typu NICAM navržený společností Télédiffusion de France (14: 9)
  • NICAM-1 (13:10)
  • NICAM-2 (14:11)
  • NICAM-3 (14:10)

Bylo zjištěno, že NICAM-2 poskytuje nejlepší kvalitu zvuku, ale snižuje programově modulovaný šum na zbytečně nízkou úroveň na úkor přenosové rychlosti. Vítězem byl vybrán NICAM-3, který byl během testu navržen k řešení tohoto problému.

Zvuk je kódován pomocí 14bitové modulace pulzního kódu se vzorkovací frekvencí 32 kHz .

Vysílání pro veřejnost

Druhou roli NICAM - přenos veřejnosti - vyvinula v 80. letech BBC . Tato varianta byla známá jako NICAM-728, po bitovém proudu 728 kbit/s je odeslána. Používá stejné parametry kódování zvuku jako NICAM-3.

Prvním digitálním stereo programem NICAM byla První noc 92. ročníku Proms, která byla vysílána na BBC2 z vysílací stanice Crystal Palace v Londýně dne 18. července 1986, ačkoli programy nebyly inzerovány jako stereofonní vysílání na BBC, dokud některé o pět let později, kdy byla většina vysílačů v zemi upgradována na vysílání NICAM, a velké množství programů BBC se vyrábělo stereofonně.

BBC veřejně zahájila svou NICAM stereo službu ve Spojeném království v sobotu 31. srpna 1991 (viz 1991 v televizi ), ačkoli ostatní britští vysílací společnosti ITV a Channel 4 inzerovaly tuto schopnost o několik měsíců dříve. Kanál 4 zahájil testy mnohem dříve v únoru 1989 prostřednictvím vysílače Crystal Palace v Londýně.

Byl standardizován jako ETS EN 300 163.

Národy a regiony využívající veřejné vysílání NICAM

Několik evropských zemí (stejně jako jedna asijská země) implementovalo NICAM se systémy PAL a SECAM TV

Některé asijsko-pacifické země a regiony zavedly NICAM

  • Hongkong (běžně používaný pro duální jazyk pro programování obsahující jak kantonský, tak anglický/mandarínský/japonský/korejský soundtrack; úplné přepnutí na DTMB s kódováním zvuku Dolby AC-3 dokončeno do 1. prosince 2020, NICAM se stal historickým od tohoto data)
  • Singapur (Úplné přepnutí na DVB-T2 a DVB-C dokončeno do 1. ledna 2019. NICAM se od tohoto data stal historickým.)
  • Macao
  • Guangzhou
  • Peking ( BTV )
  • Jižní Afrika (SABC1, SABC2, etv)
  • Malajsie
    • Používá TV1, TV2 , ntv7 , 8TV a TV9 v okolí Klang Valley. TV3 také používá NICAM na jejich VHF přenosové frekvenci (kanál 12) v údolí Klang, ale používá Zweikanalton na jejich přenosové frekvenci UHF (kanál 29). Analogické vypnutí v roce 2019, a tedy vysílání Nicam a Zweikanalton je zastaralé.
  • Nový Zéland (Úplné přepnutí na DVB-T dokončeno do 1. prosince 2013. NICAM se od tohoto data stal historickým.)
  • Indonésie
    • Televizní stanice v Indonésii používají pro analogovou televizi NICAM Stereo. Očekává se, že úplné přepnutí na DVB-T2 bude dokončeno do roku 2020, kdy bylo ukončeno veškeré analogové vysílání.
  • Thajsko

Některé jiné země místo toho používají analogové stereo Zweikanalton . Analogová stereofonní konverze tak začíná.

Úkon

Aby byla zajištěna mono „kompatibilita“, je signál NICAM přenášen na subnosné vedle zvukového nosiče. To znamená, že běžný mono zvukový nosič FM nebo AM je ponechán sám pro příjem monofonními přijímači.

Infrastruktura stereofonních televizorů na bázi NICAM může přenášet stereofonní televizní program i mono zvuk „kompatibility“ současně nebo může přenášet dva nebo tři zcela odlišné zvukové toky. Tento druhý režim by mohl být použit k přenosu zvuku v různých jazycích, podobným způsobem, jaký se používá pro filmy za letu na mezinárodních letech. V tomto režimu si uživatel může pomocí ovládání „výběru zvuku“ na přijímači vybrat, kterou zvukovou stopu má při sledování obsahu poslouchat.


Toto je spektrum NICAM v systému PAL. V systému SECAM L je zvukový nosič NICAM na 5,85 MHz, než zvukový nosič AM, a šířka pásma videa je snížena z 6,5 MHz na 5,5 MHz.

NICAM aktuálně nabízí následující možnosti. Režim je automaticky vybrán vložením pole 3bitového typu do datového proudu.

  • Jeden digitální stereo zvukový kanál.
  • Dva zcela odlišné digitální mono zvukové kanály.
  • Jeden digitální mono zvukový kanál a datový kanál 352 kbit/s.
  • Jeden datový kanál 704 kbit/s.

Čtyři další možnosti by mohly být implementovány později. Je však známo, že pouze první dva z uvedených jsou obecně používány.

Přenos paketů NICAM

Paket NICAM (kromě záhlaví) je před přenosem kódován devítibitovým pseudonáhodným bitovým generátorem.

  • Topologie tohoto pseudonáhodného generátoru poskytuje bitstream s periodou opakování 511 bitů.
  • Polynom pseudonáhodného generátoru je:
  • Generátor pseudonáhodných hodnot se inicializuje pomocí:

Je důležité, aby bitový tok NICAM vypadal spíše jako bílý šum, protože to snižuje vzorování signálu na sousedních televizních kanálech.

  • Hlavička NICAM není předmětem kódování. To je nezbytné, aby to pomohlo při uzamčení datového toku NICAM a resynchronizaci datového proudu v přijímači.
  • Na začátku každého paketu NICAM se posuvný registr generátoru pseudonáhodných bitů resetuje na všechny.

Problémy s přenosem NICAM

Se zpracováním zvuku NICAM v přenosovém řetězci souvisí některé latentní problémy.

  • NICAM (na rozdíl od standardu Compact Disc) vzorkuje 14bitový zvuk při 32 kHz.
  • Horní limit frekvence zvukového kanálu NICAM je 15 kHz kvůli filtrům vyhlazování na kodéru.
  • Původní 14bitové zvukové ukázky PCM jsou digitálně kompilovány pro přenos na 10 bitů.
  • Zvukové vzorky NICAM jsou rozděleny do bloků po 32. Pokud jsou všechny vzorky v bloku tiché, takže nejvýznamnějšími bity jsou všechny nuly, lze tyto bity bez ztráty zahodit.
  • Na hlasitějších vzorcích jsou některé nejméně významné bity zkráceny s nadějí, že budou neslyšitelné.
  • 3bitový řídicí signál pro každý blok zaznamenává, které bity byly vyřazeny.
  • Digitální kompandování (pomocí křivky pre-důraz CCITT J.17 ) zajišťuje, že algoritmy kódování a dekódování mohou perfektně sledovat.

Výkon nosiče NICAM

Normy ITU (a CCITT) specifikují, že úroveň výkonu signálu NICAM by měla být -20 dB vzhledem k výkonu nosiče vidění.

  • Úroveň mono nosiče zvuku FM musí být alespoň -13 dB.
  • Měření úrovně modulace signálu NICAM je obtížné, protože nosná vlna QPSK NICAM (na rozdíl od AM nebo FM modulovaných nosných průběhů) není vysílána na diskrétní frekvenci.

Při měření spektrálním analyzátorem lze skutečnou hladinu nosiče (L) vypočítat podle následujícího vzorce:

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

  1. L (NICAM) = skutečná úroveň nosiče NICAM [dBμV]
  2. L (měřeno) = naměřená úroveň nosiče NICAM [dBμV]
  3. R = -3 dB šířka pásma signálu [kHz]
  4. BWAnalyser = šířka pásma analyzátoru spektra [kHz]
  5. K = logaritmický tvarový faktor analyzátoru spektra ~ 2 dB

poznámka: pokud je BWAnalyser větší než R, vzorec se stane L (NICAM) = L (měřeno) + K

Různé funkce

Vzorkování NICAM není standardní vzorkování PCM , jak se běžně používá u kompaktních disků nebo na úrovni kodeku v audio zařízeních MP3 , AAC nebo Ogg . Vzorkování NICAM se více podobá Adaptive Differential Pulse Code Modulation nebo A-law s rozšířeným, rychle modifikovatelným dynamickým rozsahem.

Podepisování doplňků dvou

Používá se metoda doplňování těchto dvou vzorků, takže:

  • 01111111111111 představuje pozitivní plný rozsah
  • 10000000000000 představuje záporný plný rozsah

± 0 V má tři binární reprezentace

  • 00000000000001 představuje 0 V bez rozdílu +/-. To může mít původ v metodě ke snížení vzniku stejnosměrných vzorů z přenosu tichého materiálu.
  • 00000000000000 představuje 0 V bez rozdílu +/-
  • 11111111111111 představuje 0 V bez rozdílu +/-

Kontrola parity je omezena pouze na 6 z 10 bitů

Aby se posílila ochrana parity pro zvukové vzorky, paritní bit se vypočítá pouze na prvních šest bitů každého vzorku NICAM. Počáteční výzkum BBC NICAM ukázal, že neopravené chyby v nejméně významných čtyřech bitech byly upřednostňovány před sníženou celkovou ochranou nabízenou paritou chránící všech deset bitů.

Záznam

Videorekordér

Domácí videorekordéry (VCR) VHS a Betamax zpočátku zaznamenávaly zvukové stopy pouze pomocí pevné lineární záznamové hlavy, což bylo pro nahrávání zvuku NICAM nedostatečné; to výrazně omezilo jejich kvalitu zvuku. Mnoho videorekordérů později zahrnovalo vysoce kvalitní stereofonní záznam zvuku jako další funkci, ve které byl příchozí vysoce kvalitní stereofonní zvukový zdroj (obvykle FM rádio nebo NICAM TV) frekvenčně modulován a poté zaznamenáván, kromě obvyklých zvukových a video stop VCR, pomocí stejná technika spirálovitého skenování s vysokou šířkou pásma používaná pro video signál. Videorekordéry v plné velikosti již plně využívaly pásku, takže vysoce kvalitní zvukový signál byl zaznamenán diagonálně pod videosignál pomocí dalších šroubovicových skenovacích hlav a multiplexování hloubky . Monofonní zvuková stopa (a na některých strojích stereofonní stopa jiného výrobce než NICAM a jiná než Hi-Fi) byla také zaznamenána na lineární stopu, jako dříve, aby byla zajištěna zpětná kompatibilita záznamů pořízených na Hi-Fi strojích při přehrávání na videorekordéry jiné než Hi-Fi.

Taková zařízení byla často popisována jako „HiFi audio“, „Audio FM“ / „AFM“ (FM znamená „Frequency Modulation“) a někdy neformálně jako „Nicam“ videorekordéry (kvůli jejich použití při nahrávání vysílaného zvukového signálu Nicam). Zůstaly kompatibilní s jinými než HiFi videorekordéry, protože byla zaznamenána také standardní zvuková stopa, a byly občas používány jako alternativa k audiokazetovým páskám díky svému vynikajícímu frekvenčnímu rozsahu a ploché frekvenční odezvě .

DVD

Při nahrávání v režimu videa (kompatibilní s DVD-Video ) může většina rekordérů DVD nahrávat pouze jeden ze tří kanálů (Digital I, Digital II, Analogue mono) povolených standardem. Novější standard, jako je DVD-VR, umožňuje záznam všech digitálních kanálů (ve stereofonním i dvojjazyčném režimu), zatímco mono kanál bude ztracen.

Flash paměť a počítačová multimédia

Kodeky pro digitální média v počítačích často převádějí NICAM do jiného digitálního zvukového formátu, aby komprimovaly místo na disku.

Viz také

Reference

  1. ^ Croll, MG, Osborne, DW a Spicer, CR (1974), Digitální zvukové signály: současný distribuční systém BBC a návrh na snížení přenosové rychlosti digitálním kompandováním . Publikace konference IEE č. 119, s. 90–96
  2. ^ Bartlett, CJC a Greszczuk, J. (1964), Companding in a pcm system . Symposium on Transmission Aspects of Communication Networks, London, IEE 1964, s. 183–186.
  3. ^ Osborne, DW (1972) Digitální zvukové signály: další zkoumání okamžitých a dalších systémů rychlého kompandování . Zpráva BBC Research Department 1972/31.
  4. ^ Jones, AH (1978), Digitální kódování zvukových signálů pro přenos z bodu do bodu . Publikace konference IEE č. 166, s. 25–28
  5. ^ Gilchrist, NHC (1978), Digitální zvukové signály: testy pro porovnání výkonu pěti kompandovacích systémů pro vysoce kvalitní zvukové signály . Zpráva výzkumného oddělení BBC 1978/26.
  6. ^ ETSI ETS EN 300 163, (dříve: EBU T 3266)
  7. ^ "Podrobnosti o vysílacím systému" . University of Surrey - Department of Electronic Engineering. Archivovány od originálu 5. prosince 2010 . Citováno 2007-08-30 .
  8. ^ Technologie analogové televize
  9. ^ Celosvětové televizní standardy
  10. ^ Steve Hosgood. „Vše, co jste kdy chtěli vědět o NICAM, ale báli jste se zeptat“ . Archivovány od originálu 14. února 2005 . Citováno 2007-08-30 .

Další čtení

externí odkazy

Související webové stránky nebo technická vysvětlení