Стандарт сжатия цифрового звука
Мультиплексирование почти мгновенного компандированного аудио (NICAM ) - ранняя форма сжатия с потерями для цифрового звука. Первоначально он был разработан в начале 1970-х годов для соединений точка-точка в широковещательных сетях. В 1980-х годах радиовещательные компании начали использовать сжатие NICAM для передачи стереозвука телевидения публике.
Содержание
- 1 История
- 1.1 Практически мгновенное компандирование
- 1.2 Двухточечные ссылки
- 1.3 Общедоступные трансляции
- 1.3.1 Страны, использующие публичные трансляции NICAM
- 2 Эксплуатация
- 2.1 Передача пакетов NICAM
- 2.2 Проблемы передачи NICAM
- 2.3 Мощность несущей NICAM
- 3 Различия в характеристиках
- 3.1 Подписание дополнением до двух
- 3,2 ± 0 В имеет три двоичных представления
- 3,3 Проверка четности ограничена только 6 из 10 бит
- 4 Запись
- 4.1 Видеомагнитофон
- 4.2 DVD
- 4.3 Флэш-память и компьютерные мультимедиа
- 5 См. Также
- 6 Ссылки
- 7 Дополнительная литература
- 8 Внешние ссылки
История
Практически мгновенное компандирование
Идея была впервые описана в 1964 году. При этом «ранжирование» должно было применяться к аналоговому сигналу раньше. аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и после цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Применение этого к радиовещанию, в котором компандирование должно было выполняться полностью в цифровом виде после АЦП и до ЦАП, было описано в отчете BBC Research 1972 года.
Соединения «точка-точка»
NICAM изначально предназначалась для обеспечения вещателей шестью высококачественными аудиоканалами с общей полосой пропускания 2048 кбит / с. Эта цифра была выбрана для соответствия скорости первичного мультиплексирования E1, и системы, использующие эту скорость, могут использовать запланированные национальные и международные телекоммуникационные сети PDH.
Несколько подобных систем было разработано в разных странах, и примерно в 1977/78 гг. Исследовательский отдел BBC провел тесты на прослушивание, чтобы оценить их. Кандидатами были:
- A RAI система, которая использовала A-закон компандирование для сжатия 14-битных линейных выборок PCM в 10 бит (14:10)
- Тип NICAM система, 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 излишне низкого уровня за счет скорости передачи данных. NICAM-3, который был предложен во время теста для решения этой проблемы, был выбран в качестве победителя.
Аудио кодируется с использованием 14 бит импульсно-кодовой модуляции при частота дискретизации 32 кГц.
Вещание для публики
Вторая роль NICAM - передача для публики - была разработана в 80-х годах BBC. Этот вариант был известен как NICAM-728, после 728 кбит / с битовый поток он пересылается. Он использует те же параметры кодирования звука, что и NICAM-3.
Первой цифровой стерео программой NICAM была Первая ночь 92-го выпуска Променада, которая транслировалась по BBC2 с передающей станции Crystal Palace в Лондоне 18 июля 1986 года, хотя программы BBC не рекламировались как транслируемые в стереофоническом формате до тех пор, пока не более пяти лет спустя, когда большинство передатчиков страны были модернизированы для вещания NICAM, и большое количество программ BBC было делается в стерео.
BBC публично запустила свою стереоуслугу NICAM в Соединенном Королевстве в субботу, 31 августа 1991 года (см. 1991 на телевидении ), хотя другие британские вещательные компании ITV и Канал 4 объявил об этой возможности несколькими месяцами ранее. Канал 4 начал испытания намного раньше, в феврале 1989 года, через передатчик Crystal Palace в Лондоне.
Он был стандартизирован как ETS EN 300 163.
Страны, использующие общедоступные трансляции NICAM
Несколько европейских стран (а также одна азиатская страна) внедрили NICAM с PAL и SECAM Телевизионные системы
- Бельгия (только аналоговые кабельные системы; наземное вещание переключено на DVB-T )
- Дания (историческое, переключено на DVB-T и DVB-C)
- Эстония (исторический, переключился на DVB-T и DVB-C)
- Финляндия (исторический, переключился на DVB-T и DVB-C)
- Франция (исторический, переключился на DVB-T)
- Греция (ANT1, New Hellenic Television, ET3 и ET1 - исторический, переключился на DVB-T)
- Венгрия (исторический, переключился на DVB-T)
- Исландия (исторический, переключился на DVB-T)
- Ирландия (исторически, переключено на DVB-T. Аналоговые кабельные каналы могут по-прежнему передавать звук NICAM. Однако это каналы с цифровым источником, перекодированные как PAL с NICAM на головном узле.)
| - Люксембург (переключено на DVB-T; кабель?)
- Norw ay (исторически, переключено на DVB-T и DVB-C)
- Польша (только аналоговые кабельные системы; наземное вещание перешло на DVB-T)
- Португалия (исторически, перешло на DVB-T)
- Румыния (исторически, перешло на DVB-T2, кабельное?)
- Россия ( исторический, переключился на DVB-T2; кабельное телевидение?)
- Испания (исторический, переключился на DVB-T)
- Шри-Ланка
- Швеция (исторический, переключился на DVB-T и DVB -C)
- Соединенное Королевство (исторически, переключено на DVB-T)
|
Некоторые страны Азиатско-Тихоокеанского региона внедрили NICAM
- Гонконг (обычно используется для двойного языка для программирования, содержащего оба кантонского и саундтреки на английском / китайском / японском / корейском языках; планируется прекратить к 2020 году, когда будет завершен переход на цифровое телевещание и будет прекращена передача аналогового телевидения)
- Сингапур (Полный переход на DVB-T2 и DVB-C завершен 1 января 2019 года. С этой даты NICAM стал историческим.)
- Макао
- Гуанчжоу
- Пекин (BTV )
- Южная Африка (SABC1, SABC2, etv)
- Малайзия
- Используется TV1, TV2, ntv7, 8TV и TV9 в окрестностях Кланг Валле у. TV3 также использует NICAM на своей частоте передачи VHF (канал 12) в долине Кланг, но использует Zweikanalton на своей частоте передачи UHF (канал 29).
- Новая Зеландия (полный переход на DVB -T завершено к 1 декабря 2013 года. NICAM стал историческим с этой даты.)
- Индонезия
- Телестанции в Индонезии используют NICAM Stereo для аналогового телевидения. Ожидается, что полный переход на DVB-T2 будет завершен к 2020 году, когда будет прекращено все аналоговое вещание.
- Таиланд
- Используется на канале 3 и канале 9 MCOT HD (кроме Тайский PBS обычно вещает в стереофоническом режиме, но аналоговое вещание было прекращено 16 июня 2018 г.; переключено на наземное DVB-T2 )
В некоторых других странах вместо него используется аналоговое стерео Zweikanalton. Таким образом, начинается аналоговое стерео преобразование.
Операция
Чтобы обеспечить моно «совместимость», сигнал NICAM передается на поднесущей вместе с несущая звука. Это означает, что обычная несущая монофонического звука FM или AM остается в покое для приема монофоническими приемниками.
Инфраструктура стерео-телевидения на основе NICAM может одновременно передавать стереофоническую телепрограмму, а также монофонический «совместимый» звук или передавать два или три совершенно разных звуковых потока. Последний режим можно использовать для передачи звука на разных языках в аналогично тому, как используется для бортовых фильмов на международных рейсах. В этом режиме пользователь может выбрать саундтрек для прослушивания при просмотре контента с помощью элемента 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 видеосигнала сокращается с 6,5 МГц до 5,5 МГц.
NICAM в настоящее время предлагает следующие возможности. Режим выбирается автоматически путем включения 3-битного поля типа в поток данных.
- Один цифровой стереофонический звуковой канал.
- Два совершенно разных цифровых монофонических звуковых канала.
- Один цифровой монофонический звуковой канал и канал данных 352 кбит / с.
- Один Канал данных 704 кбит / с.
Остальные четыре варианта могут быть реализованы позже. Однако известно, что только первые два из перечисленных являются общедоступными.
Передача пакета NICAM
Пакет NICAM (за исключением заголовка) перед передачей скремблируется с помощью девятиразрядного псевдослучайного генератора бит.
- Топология этого псевдослучайного генератора дает поток битов с периодом повторения 511 бит.
- Полином псевдослучайного генератора равен:
- Генератор псевдослучайных чисел инициализируется с помощью:
Сделать поток битов NICAM более похожим на белый шум важно, потому что это уменьшает паттерн сигнала на соседних телеканалах.
- Заголовок NICAM не подлежит скремблированию. Это необходимо, чтобы помочь в блокировке потока данных NICAM и повторной синхронизации потока данных в приемнике.
- В начале каждого пакета NICAM сдвиговый регистр генератора псевдослучайных битов сбрасывается на все единицы.
Проблемы передачи NICAM
Есть некоторые скрытые проблемы, связанные с обработкой звука NICAM в цепи 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 сглаживающих фильтров на кодере.
- Исходные 14-битные аудиосэмплы PCM компактируются в цифровом виде до 10 бит для передачи.
- Аудиосэмплы NICAM делятся на блоки по 32. Если все отсчеты в блоке тихие, так что старшие значащие биты - все нули, эти биты могут быть отброшены без потерь.
- На более громких выборках некоторые из младших битов усекаются с надеждой, что они будут не слышны.
- 3-битный управляющий сигнал для каждого блока записывает, какие биты были отброшены.
- Цифровое компандирование (с использованием кривой предыскажения) гарантирует, что алгоритмы кодирования и декодирования могут
Мощность несущей NICAM
Стандарты ITU (и CCITT) указывают, что уровень мощности сигнала NICAM должен быть на уровне -20 дБ относительно мощности несущей изображения.
- Уровень несущей монофонического звука FM должен быть не менее -13 дБ.
- Измерение уровня модуляции сигнала NICAM затруднено из-за формы волны несущей QPSK NICAM (в отличие от сигналов модулированной несущей AM или FM) не излучается на дискретной частоте.
При измерении с помощью анализатора спектра фактический уровень несущей (L) может быть рассчитан по следующей формуле:
L (NICAM) = L (Измерено) + 10 log (R / BWAnalyser) + K
- L (NICAM) = фактический уровень несущей NICAM [дБмкВ]
- L (измеренный) = измеренный уровень несущей NICAM [дБмкВ]
- R = -3 дБ ширина полосы сигнала [кГц]
- BWAnalyser = ширина полосы анализатора спектра [кГц]
- K = логарифмический коэффициент формы анализатора спектра ~ 2 дБ
Примечание: если BWAnalyser больше R, формула принимает вид L (NICAM) = L (Измерено) + K
Различия в характеристиках
Выборка NICAM не является стандартной Выборка PCM, как обычно используется с Compact Disc или на уровне кодека в Аудиоустройства MP3, AAC или Ogg. Выборка NICAM больше похожа на адаптивную дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию или компандирование по A-закону с расширенным, быстро изменяемым динамическим диапазоном.
Подписание с дополнением до двух
Используется метод подписания с дополнением до двух образцов, так что:
- 01111111111111 представляет положительный полноразмерный
- 10000000000000 представляет отрицательную полную шкалу
± 0 В имеет три двоичных представления
- 00000000000001 представляет 0 В без различия +/-. Это могло быть связано с методом уменьшения появления шаблонов постоянного тока при передаче бесшумного материала.
- 00000000000000 представляет 0 В, без различия +/-
- 11111111111111 представляет 0 В, без +/- различие
Проверка четности ограничена только 6 из 10 битов
Чтобы усилить защиту четности для звуковых выборок, бит четности вычисляется только на шести верхних битах каждой выборки NICAM. Раннее исследование BBC NICAM показало, что неисправленные ошибки в четырех младших разрядах предпочтительнее общей сниженной защиты, обеспечиваемой защитой по четности всех десяти битов.
Запись
VCR
VHS и Betamax home видеомагнитофоны (VCR) изначально записывали только аудиодорожки с помощью фиксированная линейная записывающая головка, которая не подходила для записи звука в формате NICAM; это значительно ухудшило их качество звука. Многие видеомагнитофоны позже включали высококачественную стереофоническую аудиозапись в качестве дополнительной функции, в которой входящий высококачественный стереофонический источник звука (обычно FM-радио или NICAM TV) был модулирован по частоте, а затем записан, в дополнение к обычным аудио- и видеодорожкам видеомагнитофона, используется тот же метод широкополосного спирального сканирования, используемый для видеосигнала. Полноразмерные видеомагнитофоны уже полностью использовали ленту, поэтому высококачественный аудиосигнал был записан по диагонали под видеосигналом с использованием дополнительных головок спиральной развертки и. Монофоническая аудиодорожка (а на некоторых машинах стереодорожка без NICAM и Hi-Fi) также была записана на линейную дорожку, как и раньше, чтобы обеспечить обратную совместимость записей, сделанных на устройствах Hi-Fi при воспроизведении на не-Hi-Fi видеомагнитофоны.
Такие устройства часто описывались как «HiFi audio», «Audio FM» / «AFM» (FM, что означает «частотная модуляция») и иногда неофициально как видеомагнитофоны «Nicam» (из-за их использования при записи Звуковой сигнал вещания Nicam). Они оставались совместимыми с проигрывателями видеомагнитофонов, отличными от HiFi, поскольку также была записана стандартная звуковая дорожка, и иногда использовались в качестве альтернативы аудиокассетам из-за их превосходного частотного диапазона и плоской частотной характеристики.
DVD
Во время записи в режиме видео (совместимом с DVD-Video ) большинство DVD-рекордеров могут записывать только один из трех каналов (Digital I, Digital II, аналоговый моно), разрешенный стандартом. Более новый стандарт, такой как DVD-VR, позволяет записывать все цифровые каналы (как в стереофоническом, так и в двуязычном режиме), тогда как моно канал будет потерян.
Флэш-память и компьютерные мультимедиа
Кодеки для цифровых носителей на компьютерах часто преобразуют NICAM в другой цифровой аудиоформат для сжатия дискового пространства.
См. Также
Ссылки
- ^Кролл, М.Г., Осборн, Д.У. и Спайсер, C.R. (1974), Цифровые звуковые сигналы: существующая система распространения BBC и предложение по снижению битовой скорости с помощью цифрового компандирования. Публикация конференции IEE № 119, стр. 90–96
- ^Bartlett, C.J.C. и Greszczuk, J. (1964), Компандирование в p.c.m. система. Симпозиум по аспектам передачи в сетях связи, Лондон, IEE 1964, стр. 183–186.
- ^Осборн, Д.В. (1972) Цифровые звуковые сигналы: дальнейшее исследование мгновенных и других систем быстрого компандирования. Отчет исследовательского отдела BBC 1972/31.
- ^Джонс, A.H. (1978), Цифровое кодирование аудиосигналов для двухточечной передачи. Публикация конференции IEE № 166, стр. 25–28
- ^Gilchrist, N.H.C. (1978), Цифровые звуковые сигналы: тесты для сравнения производительности пяти систем компандирования для получения высококачественных звуковых сигналов. Отчет исследовательского отдела BBC 1978/26.
- ^ETSI ETS EN 300 163, (ранее: EBU T 3266)
- ^«Подробная информация о системе вещания». Университет Суррея - факультет электронной инженерии. Архивировано из оригинала 5 декабря 2010 г. Получено 30 августа 2007 г.
- ^Технологии аналогового телевидения
- ^Мировые стандарты ТВ
- ^Стив Хосгуд. "" Все, что вы хотели знать о NICAM, но боялись спросить "". Архивировано из оригинала 14 февраля 2005 г. Получено 30 августа 2007 г.
Дополнительная литература
- Osborne, D.W. и Кролл, М. (1973), Цифровые звуковые сигналы: снижение скорости передачи данных с помощью экспериментального цифрового компандора. Отчет исследовательского отдела BBC 1973/41.
- Кролл, М.Г., Осборн, Д.У. и Рид, Д.Ф. (1973), Цифровые звуковые сигналы: мультиплексирование шести высококачественных звуковых каналов для передачи со скоростью 2,048 Мбит / с. Отчет исследовательского отдела BBC 1973/42.
- Рейд, DF и Кролл, М. (1974), Цифровые звуковые сигналы: влияние ошибок передачи в системе с цифровой компандировкой почти мгновенного действия. Отчет исследовательского отдела BBC 1974/24.
- Reid, D.F. и Gilchrist, N.H.C. (1977), Экспериментальное мультиплексное оборудование со скоростью 704 кбит / с для двух звуковых каналов 15 кГц. Отчет исследовательского отдела BBC 1977/38.
- Каллоуэй, MJ (1978), Экспериментальный 4-х фазный dpsk стереофоническая звуковая система: эффект многолучевого распространения. Отчет исследовательского отдела BBC за 1978/15 гг.
Внешние ссылки
Связанные веб-сайты или технические пояснения