Введение

Стандарт цифрового аудио сжатия – форма сжатия цифрового аудио.

Near Instantaneous Companded Audio Multiplex (NICAM) – это ранняя форма компрессии цифрового аудио с потерями. Изначально он был разработан в начале 1970-х годов для организации каналов связи в вещательных сетях. В 1980-х годах телерадиокомпании начали использовать компрессию NICAM для передачи стереозвука телевидения широкой публике.

Почти мгновенное сопоставление

Идея была впервые описана в 1964 году. Предполагалось, что "размах" будет применяться к аналоговому сигналу перед аналого-цифровым преобразователем (ADC) и после цифро-аналогового преобразователя (DAC). Применение этого в вещании, где компрессия должна была выполняться полностью в цифровом виде после ADC и перед DAC, было описано в исследовательском отчете BBC 1972 года.

Трансляции для широкой публики

Вторая роль NICAM – вещание для широкой публики – была разработана в 80-х годах компанией BBC. Этот вариант получил название NICAM 728, по названию потока данных со скоростью 728 кбит/с, по которому он передается. Он использует те же параметры кодирования звука, что и NICAM 3. Первой цифровой стереопрограммой, переданной по NICAM, стал Первый вечер 92-го сезона Промов, который транслировался на BBC2 с передающей станции Crystal Palace в Лондоне 18 июля 1986 года. Однако программы не рекламировались как стереофонические на BBC до примерно пяти лет спустя, когда большинство передатчиков страны были модернизированы для вещания в формате NICAM, и значительная часть программ BBC создавалась в стерео. Компания BBC официально запустила свою стереовещательную службу NICAM в Соединенном Королевстве в субботу 31 августа 1991 года (см. 1991 год в истории телевидения), хотя другие британские телеканалы ITV и Channel 4 рекламировали эту возможность примерно за полтора года до этого. Channel 4 начал испытания гораздо раньше, в феврале 1989 года, через передатчик Crystal Palace в Лондоне. Стандарт был утвержден как ETS EN 300 163.

Операция

Для обеспечения моно "совместимости" сигнал NICAM передается на поднесущей вместе со звуковой несущей. Это означает, что обычная монозвуковая несущая FM или AM остается неизменной для приема монофоническими приемниками. Стереотелевизионная инфраструктура на базе NICAM может одновременно передавать стереотелевизионную программу и монозвук "совместимости", либо передавать два или три совершенно разных звуковых потока. Этот последний режим может использоваться для передачи аудио на разных языках, подобно тому, как это делается для фильмов на международных рейсах. В этом режиме пользователь может выбрать, какую звуковую дорожку слушать при просмотре контента, с помощью элемента управления "выбор звука" на приемнике. Это спектр NICAM в системе PAL. В системе SECAM L звуковая несущая NICAM находится на частоте 5,85 МГц, перед AM-звуковой несущей, а полоса пропускания видео уменьшена с 6,5 МГц до 5,5 МГц. В настоящее время NICAM предоставляет следующие возможности. Режим выбирается автоматически за счет включения 3-битного поля типа в поток данных. Один цифровой стереоканал. Два совершенно разных цифровых моноканала. Один цифровой моноканал и канал данных со скоростью 352 кбит/с. Один канал данных со скоростью 704 кбит/с. Остальные четыре варианта могут быть реализованы в будущем. Однако известно, что в настоящее время широко используются только первые два из перечисленных.

Проблемы передачи NICAM

Есть некоторые скрытые проблемы, связанные с обработкой аудио NICAM в тракте передачи. NICAM (в отличие от стандарта Compact Disc) дискретизирует 14-битный звук с частотой 32 кГц. Верхняя частотная граница звукового канала NICAM ограничена 15 кГц из-за антиалиасинговых фильтров на кодировщике. Исходные 14-битные аудиосемплы PCM подвергаются цифровой компрессии до 10 бит для передачи. Аудиосемплы NICAM разделяются на блоки по 32. Если все семплы в блоке тихие, то есть старшие биты равны нулю, эти биты могут быть отброшены без потерь. Для более громких семплов некоторые младшие биты отсекаются, в надежде, что они будут неслышны. 3-битный управляющий сигнал для каждого блока фиксирует, какие биты были отброшены. Цифровая компрессия (с использованием кривой предварительного усиления CCITT J.17) обеспечивает точное согласование алгоритмов кодирования и декодирования.

Различия

НИКАМ-дискретизация не является стандартной PCM-дискретизацией, как это обычно применяется на компакт-дисках или на уровне кодеков в аудиоустройствах MP3, AAC или Ogg. НИКАМ-дискретизация больше напоминает адаптивную дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию, или А-закон компрессии с расширенным, быстро изменяемым динамическим диапазоном.

Проверка паритета ограничена только 6 из 10 бит

Для усиления защиты чётности звуковых выборок, бит чётности вычисляется только для старших шести битов каждой выборки NICAM. Ранние исследования BBC NICAM показали, что некорректируемые ошибки в младших четырёх битах предпочтительнее снижения общей надёжности, обеспечиваемой проверкой чётности всех десяти битов.

Видеомагнитофон

Домашние видеомагнитофоны VHS и Betamax изначально записывали звуковые дорожки только с помощью фиксированной линейной записывающей головки, что было недостаточно для записи звука NICAM и значительно ограничивало качество звука. Позже многие видеомагнитофоны включали высококачественную стереофоническую запись звука в качестве дополнительной функции: входящий высококачественный стереофонический аудиосигнал (обычно с FM-радио или NICAM-телевидения) подвергался частотной модуляции и затем записывался, в дополнение к обычным аудио- и видеодорожкам, с использованием той же высокоскоростной спиральной развертки, что и для видеосигнала. Видеомагнитофоны стандартного размера уже полностью использовали ленту, поэтому высококачественный аудиосигнал записывался по диагонали под видеосигналом, используя дополнительные спиральные сканирующие головки и мультиплексирование по глубине. Монофоническая звуковая дорожка (а на некоторых моделях – не-NICAM, не-Hi-Fi стереодорожка) также записывалась на линейную дорожку, как и прежде, для обеспечения обратной совместимости записей, сделанных на Hi-Fi магнитофонах, при воспроизведении на не-Hi-Fi видеомагнитофонах. Такие устройства часто называли "HiFi audio", "Audio FM" / "AFM" (где FM означает "Frequency Modulation") и иногда неофициально "Nicam" видеомагнитофонами (из-за их использования для записи аудиосигнала Nicam). Они оставались совместимыми с не-Hi-Fi видеомагнитофонами, поскольку стандартная звуковая дорожка также записывалась, и иногда использовались как альтернатива аудиокассетам благодаря превосходному частотному диапазону и ровной частотной характеристике.

DVD-диск

При записи в видеорежиме (совместимом с DVD Video) большинство DVD-регистраторов могут записывать только один из трех каналов (Digital I, Digital II, аналоговый моно), допустимых стандартом. Более новые стандарты, такие как DVD VR, позволяют записывать все цифровые каналы (как в стерео-, так и в двуязычном режиме), при этом моноканал будет потерян.

Флэш-память и компьютерная мультимедиа

Кодеки для цифровых медиа на компьютерах часто преобразуют NICAM в другой цифровой аудиоформат для экономии места на диске.