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NICAM

La multiplexación de audio compactada casi instantánea ( NICAM ) es una forma temprana de compresión con pérdida para audio digital . Se desarrolló originalmente a principios de la década de 1970 para enlaces punto a punto dentro de redes de transmisión. [1] En la década de 1980, las emisoras comenzaron a utilizar la compresión NICAM para transmisiones de sonido de televisión estéreo al público.

Historia

Companding casi instantáneo

La idea fue descrita por primera vez en 1964. En ella, el 'ranging' se debía aplicar a la señal analógica antes del convertidor analógico-digital (ADC) y después del convertidor digital-analógico (DAC) . [2] La aplicación de esto a la radiodifusión, en la que la compresión-expansión se debía realizar de forma totalmente digital después del ADC y antes del DAC, se describió en un informe de investigación de la BBC de 1972. [3]

Enlaces punto a punto

En un principio, el NICAM tenía por objeto proporcionar a las emisoras seis canales de audio de alta calidad en un ancho de banda total de 2048 kbit/s. Se eligió esta cifra para que coincidiera con la velocidad de multiplexación primaria E1 , y los sistemas que utilizaran esta velocidad podrían utilizar las redes de telecomunicaciones nacionales e internacionales PDH previstas .

Se habían desarrollado varios sistemas similares en varios países y, aproximadamente en 1977/78, el Departamento de Investigación de la BBC realizó pruebas de audición para evaluarlos. Los candidatos fueron:

Se descubrió que NICAM-2 ofrecía la mejor calidad de sonido, pero reducía el ruido modulado por el programa a un nivel innecesariamente bajo a expensas de la velocidad de bits. NICAM-3, que se había propuesto durante la prueba para solucionar este problema, fue seleccionado como ganador. [4] [5]

El audio se codifica utilizando modulación de código de pulso de 14 bits a una frecuencia de muestreo de 32 kHz .

Transmisiones al público

La segunda función del NICAM (la transmisión al público) fue desarrollada en los años 80 por la BBC . Esta variante se conocía como NICAM-728, por el flujo de bits de 728 kbit/s que transmite. Utiliza los mismos parámetros de codificación de audio que el NICAM-3.

El primer programa estéreo digital NICAM fue la Primera Noche de la 92.ª edición de los Proms , que se emitió en la BBC2 desde la estación transmisora ​​Crystal Palace en Londres el 18 de julio de 1986, aunque los programas no se anunciaron como transmitidos en estéreo en la BBC hasta el sábado 31 de agosto de 1991, momento en el que la mayoría de los transmisores del país se habían actualizado para transmitir NICAM, y una gran cantidad de programas de la BBC se estaban haciendo en estéreo. Esto ocurrió hasta 18 meses después de que ITV y Channel 4 comenzaran a anunciar esta capacidad para coincidir con la Autoridad de Radiodifusión Independiente que implementaba NICAM transmisor por transmisor, lo que había comenzado en 1989 con los transmisores Crystal Palace y Emley Moor . [6]

Se ha estandarizado como ETS EN 300 163. [7]

Naciones y regiones que utilizan transmisiones públicas de NICAM

Varios países europeos habían implementado NICAM con los sistemas de televisión PAL y SECAM [8] [9] [10]

Algunas naciones y regiones de Asia y el Pacífico han implementado NICAM

En otros países se utiliza el estéreo analógico de dos canales , por lo que comienza la conversión a estéreo analógico.

Implementaciones

Actualmente no se conoce ningún equipo de consumo capaz de realizar modulación NICAM. [11] A continuación se muestra una lista no exhaustiva de equipos de transmisión capaces de realizar codificación y/o modulación NICAM:

Operación

Para proporcionar "compatibilidad" mono , la señal NICAM se transmite en una subportadora junto con la portadora de sonido. Esto significa que la portadora de sonido mono FM o AM normal se deja sola para su recepción por parte de receptores monoaurales.

Una infraestructura de televisión estéreo basada en NICAM puede transmitir un programa de televisión estéreo y el sonido de "compatibilidad" mono al mismo tiempo, o puede transmitir dos o tres flujos de sonido completamente diferentes. Este último modo podría utilizarse para transmitir audio en diferentes idiomas, de forma similar a la que se utiliza para las películas en los vuelos internacionales. En este modo, el usuario puede seleccionar qué banda sonora escuchar cuando ve el contenido mediante el control de "selección de sonido" del receptor.

El espectro de NICAM en el sistema PAL difiere del del sistema SECAM L, donde la portadora de sonido NICAM está a 5,85 MHz, antes de la portadora de sonido AM, y el ancho de banda de vídeo se reduce de 6,5 MHz a 5,5 MHz.

Actualmente, NICAM ofrece las siguientes posibilidades. El modo se selecciona automáticamente mediante la inclusión de un campo de tipo de 3 bits en el flujo de datos.

Las otras cuatro opciones podrían implementarse en una fecha posterior. Sin embargo, solo se sabe que las dos primeras de las mencionadas se utilizan de manera generalizada.

Transmisión de paquetes NICAM

El paquete NICAM (a excepción del encabezado) se codifica con un generador de bits pseudoaleatorios de nueve bits antes de la transmisión.

Es importante hacer que el flujo de bits NICAM se parezca más a ruido blanco porque esto reduce la formación de patrones de señal en los canales de TV adyacentes.

Problemas de transmisión NICAM

Existen algunos problemas latentes relacionados con el procesamiento de audio NICAM en la cadena de transmisión.

Potencia portadora NICAM

Las normas ITU (y CCITT) especifican que el nivel de potencia de la señal NICAM debe ser de -20 dB con respecto a la potencia de la portadora de visión.

Cuando se mide con un analizador de espectro, el nivel real de la portadora (L) se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

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

  1. L(NICAM) = nivel real de la portadora NICAM [dBμV]
  2. L(Medido) = nivel medido de la portadora NICAM [dBμV]
  3. R = -3 dB ancho de banda de la señal [kHz]
  4. BWAnalyser = ancho de banda del analizador de espectro [kHz]
  5. K = factor de forma logarítmico del analizador de espectro ~2 dB

Nota: si BWAnalyser es mayor que R, la fórmula se convierte en L(NICAM) = L(Medido) + K

Características diferentes

El muestreo NICAM no es un muestreo PCM estándar , como el que se emplea comúnmente con el CD o a nivel de códec en dispositivos de audio MP3 , AAC u Ogg . El muestreo NICAM se parece más a la modulación de código de pulso diferencial adaptativo o a la compresión-expansión de ley A con un rango dinámico extendido y rápidamente modificable.

Firma de complemento a dos

Se utiliza el método de complemento a dos para firmar las muestras, [20] de modo que:

±0 V tiene tres representaciones binarias

Comprobación de paridad limitada a sólo 6 de 10 bits

Para reforzar la protección de paridad de las muestras de sonido, el bit de paridad se calcula solo en los seis bits superiores de cada muestra NICAM. Las primeras investigaciones de la BBC sobre NICAM demostraron que los errores no corregidos en los cuatro bits menos significativos eran preferibles a la protección general reducida que ofrecía la protección por paridad de los diez bits.

Grabación

VCR

Las grabadoras de videocasete domésticas VHS y Betamax inicialmente sólo grababan las pistas de audio por medio de un cabezal de grabación lineal fijo, que era inadecuado para grabar audio NICAM; esto limitaba significativamente su calidad de sonido. Muchas grabadoras de video posteriormente incluyeron grabación de audio estéreo de alta calidad como una característica adicional, en la que la fuente de audio estéreo de alta calidad entrante (normalmente radio FM o TV NICAM) se modulaba en frecuencia y luego se grababa, además de las pistas de audio y video habituales de la grabadora de video, utilizando la misma técnica de escaneo helicoidal de alto ancho de banda utilizada para la señal de video. Las grabadoras de video de tamaño completo ya hacían un uso completo de la cinta, por lo que la señal de audio de alta calidad se grababa en diagonal debajo de la señal de video, utilizando cabezales de escaneo helicoidal adicionales y multiplexación de profundidad. La pista de audio mono (y en algunas máquinas, una pista estéreo que no era NICAM ni Hi-Fi) también se grababa en la pista lineal, como antes, para garantizar la compatibilidad con versiones anteriores de las grabaciones realizadas en máquinas Hi-Fi cuando se reproducían en grabadoras de video que no eran Hi-Fi.

Estos dispositivos se describían a menudo como "audio HiFi", "Audio FM" / "AFM" (FM significa "Modulación de frecuencia") y, a veces, informalmente, como VCR "Nicam" (debido a su uso para grabar la señal de audio de transmisión Nicam). Siguieron siendo compatibles con reproductores de VCR que no fueran HiFi, ya que también se grababa la pista de audio estándar, y en ocasiones se usaron como alternativa a las cintas de casete de audio debido a su rango de frecuencia superior y respuesta de frecuencia plana .

DVD

Al grabar en modo vídeo (compatible con DVD-Video ), la mayoría de grabadoras de DVD sólo pueden grabar uno de los tres canales (Digital I, Digital II, Analógico mono) permitidos por el estándar. Los estándares más nuevos como DVD-VR permiten grabar todos los canales digitales (tanto en modo estéreo como bilingüe), mientras que el canal mono se pierde.

Memoria flash y multimedia informática

Los códecs para medios digitales en computadoras a menudo convertirán NICAM a otro formato de audio digital para ahorrar espacio en el disco.

Véase también

Referencias

  1. ^ Croll, MG, Osborne, DW y Spicer, CR (1974), Señales de sonido digitales: el sistema de distribución actual de la BBC y una propuesta para la reducción de la tasa de bits mediante compresión digital . Publicación de la conferencia IEE n.º 119, págs. 90-96
  2. ^ Bartlett, CJC y Greszczuk, J. (1964), Companding in a pcm system . Simposio sobre aspectos de transmisión de redes de comunicación, Londres, IEE 1964, págs. 183-186.
  3. ^ Osborne, DW (1972) Señales de sonido digitales: investigación adicional sobre sistemas de compresión instantánea y otros sistemas de compresión rápida. Informe del Departamento de Investigación de la BBC 1972/31.
  4. ^ Jones, AH (1978), Codificación digital de señales de audio para transmisión punto a punto . Publicación de la conferencia IEE n.º 166, págs. 25-28
  5. ^ Gilchrist, NHC (1978), Señales de sonido digitales: pruebas para comparar el rendimiento de cinco sistemas de compresión para señales de sonido de alta calidad. Informe del Departamento de Investigación de la BBC 1978/26.
  6. ^ Anuncio de ingeniería de IBA 19 de diciembre de 1989
  7. ^ ETSI ETS EN 300163, (anteriormente: EBU T 3266)
  8. ^ "Detalles del sistema de radiodifusión". Universidad de Surrey – Departamento de Ingeniería Electrónica. Archivado desde el original el 5 de diciembre de 2010. Consultado el 30 de agosto de 2007 .
  9. ^ Tecnologías de televisión analógica
  10. ^ Estándares de televisión a nivel mundial
  11. ^ "Moduladores NICAM de consumo. ¿Existían?".
  12. ^ "Lista de codificadores NICAM-728 conocidos".
  13. ^ "Recordando NICAM Parte 1: Desmontaje del equipo de transmisión". 4 de junio de 2022.
  14. ^ "Lista de codificadores NICAM-728 conocidos".
  15. ^ "Examinando la solución de transmisión Sound-in-Sync (NICAM-728) de la (más o menos) BBC".
  16. ^ "Anuncios de ingeniería de la IBA - Graham Sawdy en NICAM - 20 de marzo de 1990". YouTube . 5 de marzo de 2014.
  17. ^ "Lista de codificadores NICAM-728 conocidos".
  18. ^ "Lista de codificadores NICAM-728 conocidos".
  19. ^ "Lista de codificadores NICAM-728 conocidos".
  20. ^ Steve Hosgood. "Todo lo que siempre quiso saber sobre NICAM pero tenía miedo de preguntar". Archivado desde el original el 14 de febrero de 2005. Consultado el 30 de agosto de 2007 .

Lectura adicional

Enlaces externos

Sitios web relacionados o explicaciones técnicas