Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Цифрлық аудионы бейне ретінде кодтайды.
Encodes digital audio as video
PCM адаптері – видеокассетаға жазу үшін цифрлық аудионы бейнеге түрлендіретін құрылғы. Адаптер бейне сигналын цифрлық аудиоға кері түрлендіріп, ойнату мүмкіндігіне де ие. Бұл цифрлық аудио жүйесі алғашқы компакт-дискілерді дайындау үшін қолданылды.
A PCM adaptor is a device that encodes digital audio as video for recording on a videocassette recorder. The adapter also has the ability to decode a video signal back to digital audio for playback. This digital audio system was used for mastering early compact discs.
Операция
Жоғары сапалы импульстік кодты модуляциялау (PCM) дыбысы, кәдімгі аналогты дыбыс сигналына қарағанда, едәуір үлкен жолақты ені қажет етеді. Мысалы, 16 биттік PCM сигналына шамамен 1,5 МГц аналогты жолақты ені қажет, ал аналогты дыбыс сигналы үшін қажетті аналогты жолақты ені шамамен 15-20 кГц құрайды. Стандартты аналогты дыбыс жазғыш мұндай талапты қанағаттандыра алмайды. 1980 жылдардың басында табылған шешімдердің бірі – жоғары жолақты ені бар сигналдарды жазуға қабілетті бейнежазғышты пайдалану болды. Ол үшін дыбысты бейне форматқа түрлендіру қажет болды. Мұндай дыбыс жазу жүйесі екі құрылғыдан тұрады: дыбысты псевдо-видеоға түрлендіретін PCM адаптері және бейнекассета жазғышы. PCM адаптері аналогты-цифрлық түрлендіруді жүзеге асырады, нәтижесінде екілік цифрлар тізбегі пайда болады, ол өз кезегінде кодталып, қара-ақ бейне сигналына модуляцияланады, ол дірілдегі шахматтағы өрнек түрінде көрінеді, содан кейін оны бейне сигнал ретінде жазуға болады. Көптеген бейнеге негізделген PCM адаптерлері дыбысты үлгіге 14 немесе 16 битпен, PAL немесе монохромды NTSC үшін 44,1 кГц жиілігімен, ал түсті NTSC үшін 44,056 кГц жиілігімен жазады. Sony PCM 100 сияқты алғашқы модельдердің кейбіреулері бір үлгіге 16 битті жазды, бірақ дыбыс үшін тек 14 бит қолданылды, ал қалған 2 биті бейнекассетада қателер немесе басқа да аномалиялар пайда болған жағдайда қателерді түзету үшін пайдаланылды.
High quality pulse code modulation (PCM) audio requires a significantly larger bandwidth than a regular analog audio signal. For example, a 16 bit PCM signal requires an analog bandwidth of about 1 1.5 MHz compared to about 15 20 kHz of analog bandwidth required for an analog audio signal. A standard analog audio recorder cannot meet this requirement. One solution arrived at in the early 1980s was to use a videotape recorder, which is capable of recording signals with higher bandwidths. A means of converting digital audio into a video format was necessary. Such an audio recording system includes two devices: the PCM adaptor, which converts audio into pseudo video, and the videocassette recorder. A PCM adaptor performs an analog to digital conversion producing series of binary digits, which, in turn, is coded and modulated into a black and white video signal, appearing as a vibrating checkerboard pattern, which can then be recorded as a video signal. Most video based PCM adaptors record audio at 14 or 16 bits per sample, with a sampling frequency of 44.1 kHz for PAL or monochrome NTSC, or 44.056 kHz for color NTSC. Some of the earlier models, such as the Sony PCM 100, recorded 16 bits per sample, but used only 14 of the bits for the audio, with the remaining 2 bits used for error correction for the case of dropouts or other anomalies being present on the videotape.
Сынама алу жиілігі
PCM адаптері үшін бейнені пайдалану CD-ге үлгі алу жиілігін таңдауды түсіндіруге көмектеседі, себебі бейне жолдарының саны, кадр жылдамдығы және бір жолға біт саны қол жеткізілетін үлгі алу жиілігін анықтайды. Осылайша, компакт-диск үшін 44,1 кГц үлгі алу жиілігі қабылданды, өйткені сол кезде цифрлық аудионы сақтаудың PCM адаптері мен бейнекассета жазғышының үйлесімін пайдаланудан басқа практикалық жолы болмады. Әр өрісте бірдей сандағы жолдарды қолданғанда бұл оңайырақ, және ең бастысы, PAL және монохромды NTSC құралдарында қолдануға болатын үлгі алу жылдамдығын қабылдау туралы шешім қабылданды. Монохромды NTSC-тің өріс жылдамдығы 60 Гц, ал PAL-тің өріс жылдамдығы 50 Гц болғандықтан, олардың ең кіші ортақ еселігі 300 Гц құрайды, ал бір жолға 3 үлгі бойынша бұл 900 Гц-қа еселік үлгі алу жылдамдығын береді. Монохромды NTSC үшін үлгі алу жылдамдығы 5m × 60 × 3 болады, мұнда 5m – бір өрістегі белсенді жолдардың саны, ол 5-ке есеуі керек (қалғаны синхронизация үшін қолданылады), ал PAL үшін үлгі алу жылдамдығы 6n × 50 × 3 болады, мұнда 6n – бір өрістегі белсенді жолдардың саны, ол 6-ға есеуі керек. Осы талаптарға сай келетін үлгі алу жиіліктері – кемінде 40 кГц (20 кГц-ға дейінгі дыбыстарды кодтау үшін), 46,875 кГц-тан аспайтын (PAL-де бір жолға 3-тен аспайтын үлгілерді талап ететін), және 900 Гц-қа еселік (NTSC және PAL-де кодтауға мүмкіндік беру үшін) – 40,5, 41,4, 42,3, 43,2, 44,1, 45, 45,9 және 46,8 кГц. Төменгі жиіліктер төмен өткізгіш сүзгілерге ауысу жолағын қажет ететіндіктен алынып тасталды, ал жоғары жиіліктер тік бос интервал үшін қажетті бірнеше жолдар болғандықтан алынып тасталды; 44,1 кГц – ең жоғары пайдаланылатын жиілік болды және соңында таңдалды. 44,1 және 44,056 кГц үлгі алу жиіліктері сол кезде аудио сақтау үшін қолданылатын 25 кадрлық (PAL елдері) және 30 кадрлық қара-ақ (NTSC елдері) бейне форматтарымен үйлесімді болу қажеттілігінің нәтижесі болды.
The use of video for the PCM adapter helps to explain the choice of sampling frequency for the CD, because the number of video lines, frame rate and bits per line end up dictating the sampling frequency one can achieve. A sampling frequency of 44.1 kHz was thus adopted for the compact disc, as at the time, there was no other practical way of storing digital audio than by using a PCM adaptor and videocassette recorder combination. It is simplest if the same number of lines are used in each field, and, crucially, it was decided to adopt a sample rate that could be used on both PAL and monochrome NTSC equipment. Since monochrome NTSC has a field rate of 60 Hz, and PAL has a field rate of 50 Hz, their least common multiple is 300 Hz, and with 3 samples per line, this yields a sample rate that is a multiple of 900 Hz. For monochrome NTSC the sample rate is 5m × 60 × 3, where 5m is the number of active lines per field, which must be a multiple of 5 (the rest used for synchronization), and for PAL the sample rate is 6n × 50 × 3, where 6n is the number of active lines per field, which must be a multiple of 6. The sampling rates that satisfy these requirements – at least 40 kHz (to encode up to 20 kHz sounds), no more than 46.875 kHz (requiring no more than 3 samples per line in PAL), and a multiple of 900 Hz (to allow encoding in both NTSC and PAL), are thus 40.5, 41.4, 42.3, 43.2, 44.1, 45, 45.9, and 46.8 kHz. The lower ones are eliminated due to low pass filters requiring a transition band, while the higher ones are eliminated due to some lines being required for vertical blanking interval; 44.1 kHz was the higher usable rate, and was eventually chosen. The sampling frequencies of 44.1 and 44.056 kHz were thus the result of a need for compatibility with the 25 frame (PAL countries) and 30 frame black and white (NTSC countries) video formats used for audio storage at the time.
Видео форматы
Аудио үлгілері бейне экранының растрлік сканерлеу сызықтарында тіркелгендей жазылады: аналогты бейне стандарттары бейнені 60 Гц (NTSC, Солтүстік Америка) немесе 60/1.001 Гц (≈59.94 Гц) (түсті NTSC үшін) немесе 50 Гц (PAL, Еуропа) өріс жылдамдығымен көрсетеді, бұл секундына 30 кадр (фрейм/с) немесе 25 кадр/с кадр жылдамдығына сәйкес келеді. Әр өріс – өзара байланысқан бейнедегі сызықтардың жартысы (жеке және жұп сызықтарды кезектестіре отырып). Бұл өрістердің әрқайсысы сызықтардан тұрады – PAL үшін 625 сызықты, ал NTSC үшін 525 сызықты кадр, бірақ сызықтардың кейбіреулері сигналды синхрондау үшін қолданылады, ал өріс бір тік сканда көрінетін сызықтардың жартысын құрайды. Цифрлық аудио үлгілері әр сызық бойымен кодталады, бұл қолданыстағы синхрондау тізбегін қайта пайдалануға мүмкіндік береді. Бейне ретінде, нәтижедегі суреттер әр сканерлеу сызығындағы екілік қара және ақ (немесе сұр) нүктелердің сызықтары сияқты көрінеді. Сызық жиілігі (секундына сызықтар) PAL үшін 15,625 Гц (625 × 50/2), 60 Гц (монохромды) NTSC үшін 15,750 Гц (525 × 60/2) және 59.94 (түсті) NTSC үшін 15,750/1.001 Гц (шамамен 15,734.26 Гц) болды. Сондықтан, қажетті 40 кГц-тан жоғары аудионы кодтау үшін әр сызыққа бірнеше үлгіні кодтау қажет болды, әр сызыққа 3 үлгі жеткілікті, PAL үшін 15,625 × 3 = 46,875, ал NTSC үшін 15,750 × 3 = 47,250 нәтиже берді. Әр сызыққа арналған үлгілердің санын азайту қажет, сонда әр үлгіге көбірек орын бөлінеді, бұл жоғары биттік тереңдікке (мысалы, 16 бит, 14 немесе 12 бит емес) және жақсы қатеге төзімділікке қол жеткізуді жеңілдетеді. Іс жүзінде сигнал стерео болды, сондықтан сызыққа 3 × 2 = 6 үлгі қажет болды. Дегенмен, бұл сызықтардың кейбіреулері (тік) синхрондауға арналған: атап айтқанда, тік бос интервалдағы (VBI) сызықтарды пайдалануға болмайды, сондықтан NTSC үшін кадр бойынша ең көп дегенде 490 сызық (өріс бойынша 245 сызық) және PAL үшін кадр бойынша шамамен 588 сызық (өріс бойынша 294 сызық) қолданылуы мүмкін (есте сақтаңыз, бейнеде PAL-де (көптегенде) 575 көрінетін сызық бар, ал NTSC-де 485 сызық бар).
Audio samples are recorded as if they were on the lines of a raster scan of video, as follows: analog video standards represent video at a field rate of 60 Hz (NTSC, North America – or 60/1.001 Hz ≈ 59.94 Hz for color NTSC) or 50 Hz (PAL, Europe), which corresponds to a frame rate of 30 frames per second (frame/s) or 25 frame/s – each field is half the lines of an interlaced image (alternating the odd lines and the even lines). Each of these fields is in turn composed of lines – a frame of 625 lines for PAL and 525 lines for NTSC, though some of the lines are actually for synchronizing the signal, and a field comprises half the visible lines in one vertical scan. Digital audio samples are then encoded along each line, thus allowing reuse of the existing synchronization circuitry – as video, the resulting images look like lines of binary black and white (rather, gray) dots along each scan line. The line frequency (lines per second) was 15,625 Hz for PAL (625 × 50/2), 15,750 Hz for 60 Hz (monochrome) NTSC (525 × 60/2), and 15,750/1.001 Hz (approximately 15,734.26 Hz) for 59.94 (color) NTSC, and thus to record audio at the required over 40 kHz required encoding multiple samples per line, with 3 samples per line being sufficient, yielding up to 15,625 × 3 = 46,875 for PAL and 15,750 × 3 = 47,250 for NTSC. It is desirable to minimize the number of samples per line, so that each sample can have more space devoted to it, thus making it easier to have a higher bit depth (16 bits, rather than 14 or 12 bits, say) and better error tolerance, and in practice, the signal was stereo, requiring 3 × 2 = 6 samples per line. However, some of these lines are devoted to (vertical) synchronization: specifically, the lines during the vertical blanking interval (VBI) could not be used, so a maximum of 490 lines per frame (245 lines per field) could be used in NTSC, and about 588 lines per frame (294 lines per field) on PAL (Note that, in video, PAL has (up to) 575 visible lines while NTSC has up to 485).
Ескіру
1987 жылы PCM адаптерінің пайда болуынан кейін бірнеше жыл өткен соң, Sony Digital Audio Tape (DAT) деп аталатын сандық аудио жазуға арналған жаңа кассеталық форматты ұсынды. DAT жеке бейнекассета жазғышына тәуелді болмағандықтан, PCM адаптеріне негізделген жүйеге қарағанда әлдеқайда ыңғайлы және қолдануға жеңіл болды. DAT жазғыштары форматына тән кішкентай кассетаны пайдалана отырып, жазуды жүзеге асыратын құрылғыға ие болды. DAT-ке 73 мм × 54 мм × 10,5 мм (2,87 дюйм x 2,12 дюйм x 0,41 дюйм) өлшемді кассетаға салынатын таспа қолданылды. Аудио деректері VCR-дың PCM адаптерімен қосылғанда бейне таспаға жазған сияқты, спиральді сканерлеу арқылы таспаға жазылды. Қысқасы, DAT – PCM адаптеріне негізделген жүйенің жаңартылған, біріктірілген және кішірейтілген нұсқасы еді. PCM адаптері сияқты, DAT бір уақытта тек екі аудио тректі жазуға қабілетті болды, бірақ жабдық пен медианың кішірек өлшемдері, сондай-ақ әртүрлі дискретизация жылдамдықтары мен басқа да икемділіктері DAT-ке PCM адаптеріне негізделген жүйелерге қарағанда көптеген артықшылықтар берді. Mitsubishi-дің ProDigi форматы және Sony-дің DASH форматы сияқты көп тректі жазуға қабілетті цифрлық жазғыштар да PCM адаптерлері енгізілген шамамен бір уақытта кәсіби аудио нарығында қолжетімді болды. Басқа таспаға негізделген цифрлық аудио жазу жүйелері жоғары таспа жылдамдықтары, металл қосылыстары бар таспалармен қолданылатын тар бас аралықтары және деректерді бірнеше параллель тректерге тарату арқылы дәстүрлі аналогты жазғыштардың цифрлық жазудың жолақтығына (жиілік диапазонына) қанағаттандыра алмайтын мәселелерін шешті. Ескіргеніне қарамастан, хоббистер әлі де қазіргі заманғы DVD немесе Blu-ray дисктерін цифрлық аудио ағындарын бейнелеу үшін тасымалдау құралы ретінде пайдалана алады.
In 1987, a few years after the PCM adaptor's introduction, Sony introduced a new cassette based format for digital audio recording called Digital Audio Tape (DAT). Since DAT did not rely on a separate video cassette recorder, it was a much more portable and less cumbersome format to use than a PCM adaptor based system. DAT recorders had their own built in transport using a small cassette unique to the format. DAT used tape in width loaded into a cassette 73 mm × 54 mm × 10.5 mm (2.87 in. x 2.12 in. x 0.41 in.) in size. The audio data was recorded to the tape by using helical scan recording, the same fashion that a VCR connected to a PCM adaptor would record to a videotape. In essence, DAT was a modernized, integrated, and miniaturized version of a PCM adaptor based system. Like a PCM adaptor, DAT could record only two tracks of audio at a time, but the smaller size of the equipment and media, as well as being able to accept multiple sampling rates and other flexibility, gave DAT many advantages over PCM adaptor based systems. Digital recorders capable of multi track recording such as Mitsubishi's ProDigi format and Sony's DASH format also became available on the professional audio market about the same time as the introduction of PCM adaptors. Other tape based digital audio recording systems overcame problems that made typical analog recorders unable to meet the bandwidth (frequency range) demands of digital recording by a combination of higher tape speeds, narrower head gaps used in combination with metal formulation tapes, and the spreading of data across multiple parallel tracks. Despite obsolescence, hobbyists are still capable of using modern day DVDs or Blu ray discs as a transport medium for video based encoding of digital audio streams.