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NICAM（ニアインスタントコンパンデッドオーディオマルチプレックス）は、デジタルオーディオの非可逆圧縮の初期の形式です。これはもともと、1970年代初頭に放送ネットワーク内のポイントツーポイントリンク用に開発されました。[1] 1980年代には、放送局はステレオテレビサウンドを一般に 送信するためにNICAM圧縮を使用し始めました。
歴史
ほぼ瞬時の圧縮
このアイデアは1964年に初めて説明されました。このアイデアでは、アナログ信号に対して、アナログ-デジタル変換器（ADC）の前とデジタル-アナログ変換器（DAC）の後に「レンジング」を適用することになっていました。[2]これを放送に適用し、ADCの後とDACの前に完全にデジタルで圧縮圧縮を行うことは、1972年のBBC研究レポートで説明されました。[3]
ポイントツーポイントリンク
NICAM はもともと、合計2048 kbit/s の帯域幅内で 6 つの高品質オーディオ チャネルを放送局に提供することを目的としていました。この数値はE1プライマリマルチプレックスレートと一致するように選択され、このレートを使用するシステムは計画中のPDH国内および国際通信ネットワークを利用できます。
同様のシステムがさまざまな国で開発されており、1977/78 年頃にBBC 研究部門がそれらを評価するために聴取テストを実施しました。候補となったのは次のシステムです。
- A-law圧縮法を使用して 14 ビットの線形 PCM サンプルを 10 ビットに圧縮するRAIシステム( 14:10 )
- Télédiffusion de Franceが提案した NICAM タイプのシステム(14:9)
- NICAM-1 (13:10)
- NICAM-2 (14:11)
- NICAM-3 (14:10)
NICAM-2は最高の音質を提供したが、ビットレートを犠牲にしてプログラム変調ノイズを不必要に低いレベルにまで低減したことが判明した。これを解決するためにテスト中に提案されていたNICAM-3が優勝者に選ばれた。[4] [5]
オーディオは、32 kHzのサンプリング レートで14ビットの パルス コード変調を使用してエンコードされます。
一般向け放送
NICAM の 2 番目の役割である一般への送信は、80 年代にBBCによって開発されました。この変種は、送信される 728 kbit/s のビットストリームにちなんで、NICAM-728 と呼ばれていました。NICAM-3 と同じオーディオ コーディング パラメータを使用します。
最初のNICAMデジタルステレオ番組は、 1986年7月18日にロンドンのクリスタルパレス送信所からBBC2で放送された第92回プロムスの初日だったが、番組がBBCでステレオ放送されることが宣伝されたのは1991年8月31日土曜日になってからで、その頃までに英国の送信機の大部分はNICAM放送にアップグレードされ、BBCの番組の多くはステレオで制作されていた。これは、1989年にクリスタルパレスとエムリームーアの送信機で開始された送信機ごとのNICAM展開に追随するため、ITVとチャンネル4がこの機能の宣伝を始めてから18か月も後のことだった。 [ 6 ]
ETS EN 300 163として標準化されている。[7]
NICAMの公共放送を利用している国と地域
いくつかのヨーロッパ諸国はPALとSECAMのテレビシステムでNICAMを導入していた[8] [9] [10]
- ベルギー（アナログケーブルシステムのみ、地上波はDVB-Tに切り替え）
- デンマーク（歴史的、DVB-T および DVB-C に切り替え）
- エストニア（歴史的、DVB-T および DVB-C に切り替え済み）
- フィンランド（歴史的、DVB-T および DVB-C に切り替え）
- フランス（歴史的、DVB-T に切り替え）
- ギリシャ( ANT1、新ギリシャテレビ、ET3、ET1 - 歴史的、DVB-T に切り替え)
- ハンガリー（歴史的、DVB-T に切り替え）
- アイスランド（歴史的、DVB-T に切り替え）
- アイルランド(歴史的に、DVB-T に切り替えられました。アナログ ケーブル チャンネルは、引き続き NICAM オーディオを伝送する場合があります。ただし、これらはヘッドエンドで NICAM を使用して PAL として再エンコードされたデジタル ソース チャンネルです。)
- ルクセンブルク(DVB-T に切り替え、ケーブル?)
- ノルウェー（歴史的、DVB-T および DVB-C に切り替え済み）
- ポーランド(アナログケーブルシステムのみ、地上波は DVB-T に切り替え)
- ポルトガル（歴史的、DVB-T に切り替え）
- ルーマニア（地上波では DVB-T2 に切り替えられたため歴史的。ケーブル ネットワークでは、アナログ ケーブル テレビを提供する一部の事業者によって現在も使用されている）
- ロシア
- スペイン（歴史的、DVB-T に切り替え）
- 南アフリカ( SABC 1、SABC 2、e.tv )
- スウェーデン（歴史的、DVB-T および DVB-C に切り替え）
- ウクライナ
- イギリス（歴史的、DVB-T に切り替え）
アジア太平洋諸国や地域の一部ではNICAMを実施している。
- 中国
- 香港（広東語と英語/北京語/日本語/韓国語のサウンドトラックの両方を含むプログラミングの二重言語によく使用されます。2020年 12 月 1 日までに Dolby AC-3 オーディオ エンコーディングによるDTMBへの完全な切り替えが完了し、その日から NICAM は歴史的になりました）
- マカオ（広東語とポルトガル語/英語/北京語/日本語/韓国語のサウンドトラックの両方を含むプログラミングのデュアル言語によく使用されます。MPEG-1 Audio Layer IIオーディオエンコーディングを使用したDTMBへの完全な切り替えは2023年6月30日までに完了し、その日からNICAMは歴史的になりました）
- マレーシア
- ニュージーランド(2013 年 12 月 1 日までに DVB-T への完全切り替えが完了しました。NICAM はその日から歴史的になりました。)
- インドネシア
- インドネシアのほとんどの国営テレビ局は、アナログテレビに NICAM を使用していました。アナログ放送の停止は 2023 年 8 月 12 日までに完了するため、その日から NICAM は歴史上存在することになりました。
- シンガポール( Mediacorp Channel Uで使用。2019 年 1 月 1 日までに DVB-T2 への完全切り替えが完了しました。その日から NICAM は歴史的になりました。)
- スリランカ
- タイ
- チャンネル3、チャンネル9 MCOT HD、タイPBSで使用され、通常はデュアルサウンドモードで放送され、ステレオモードで放送されることもあります。2020年3月26日以降、すべてのアナログテレビサービスは停止しました。HE-AAC v2コーデックを使用した地上DVB-T2への切り替えにより、NICAMはその日から歴史的なものとなりました。
他の国では、代わりにツヴァイカナールトン アナログ ステレオが使用されています。こうしてアナログ ステレオへの変換が始まります。
実装
NICAM変調が可能な民生用機器は現在知られていない。[11]以下は、NICAM符号化および変調が可能な放送用機器の一覧である。
- フィリップス PM5685/PM5686/PM5686A [12]
- フィリップスPM5687 [13]
- エイデン198A [14]
- Pye /Varian/BBC Sound-in-Syncsソリューション[15]
- IBA /REコミュニケーションズ サウンドインシンクソリューション[16]
- テクトロニクス728E [17]
- ローデ・シュワルツ SBUF-E NICAM モジュール[18]
- バルコNE-728 [19]
手術
モノラル「互換性」を提供するために、NICAM 信号はサウンド キャリアとともにサブキャリアで送信されます。つまり、FMまたはAM の通常のモノラル サウンド キャリアは、モノラル受信機で受信できるようにそのまま残されます。
NICAM ベースのステレオ TV インフラストラクチャは、ステレオ TV プログラムとモノラルの「互換」サウンドを同時に送信したり、2 つまたは 3 つのまったく異なるサウンド ストリームを送信したりできます。この後者のモードは、国際便の機内映画で使用されるのと同様の方法で、異なる言語のオーディオを送信するために使用できます。このモードでは、ユーザーは受信機の「サウンド選択」コントロールを操作して、コンテンツを視聴するときに聞くサウンドトラックを選択できます。
PAL システム上の NICAM のスペクトルは、SECAM L システム上のスペクトルとは異なります。SECAM L システムでは、NICAM サウンド キャリアは AM サウンド キャリアの前の 5.85 MHz にあり、ビデオ帯域幅は 6.5 MHz から 5.5 MHz に削減されます。
NICAM は現在、次の可能性を提供しています。モードは、データ ストリームに 3 ビットのタイプ フィールドを含めることによって自動的に選択されます。
- 1 つのデジタル ステレオ サウンド チャンネル。
- 完全に異なる 2 つのデジタル モノラル サウンド チャネル。
- 1 つのデジタル モノラル サウンド チャネルと 352 kbit/s のデータ チャネル。
- 1 つの 704 kbit/s データ チャネル。
他の 4 つのオプションは後日実装される可能性があります。ただし、リストされているオプションのうち、一般的に使用されているのは最初の 2 つだけです。
NICAMパケット伝送
NICAM パケット (ヘッダーを除く) は、送信前に 9 ビットの疑似ランダム ビット ジェネレータでスクランブルされます。
- この疑似乱数ジェネレータのトポロジーにより、繰り返し周期が 511 ビットのビット ストリームが生成されます。
- 疑似乱数ジェネレータの多項式は次のとおりです。
- 疑似乱数ジェネレータは次のように初期化されます。
NICAM ビットストリームをホワイト ノイズのように見せることは、隣接する TV チャネルの信号パターン化を減らすため重要です。
- NICAM ヘッダーはスクランブルの対象ではありません。これは、NICAM データ ストリームへのロックオンと、受信側でのデータ ストリームの再同期を支援するために必要です。
- 各 NICAM パケットの開始時に、疑似ランダム ビット ジェネレータのシフト レジスタがすべて 1 にリセットされます。
NICAM 送信の問題
伝送チェーンにおける NICAM オーディオの処理には、いくつかの潜在的な問題が伴います。
- NICAM は (コンパクト ディスク標準とは異なり) 14 ビットのオーディオを 32 kHz でサンプリングします。
- エンコーダーのアンチエイリアシング フィルターにより、NICAM サウンド チャネルの上限周波数は 15 kHz になります。
- 元の 14 ビット PCM オーディオ サンプルは、送信時にデジタル的に 10 ビットに圧縮されます。
- NICAM オーディオ サンプルは 32 個のブロックに分割されます。ブロック内のすべてのサンプルが静かで、最上位ビットがすべてゼロである場合、これらのビットは損失なく破棄できます。
- 音量の大きいサンプルでは、聞こえなくなることを期待して、最下位ビットの一部が切り捨てられます。
- 各ブロックの 3 ビットの制御信号は、どのビットが破棄されたかを記録します。
- デジタル圧縮 (CCITT J.17 プリエンファシス曲線を使用) により、エンコードおよびデコード アルゴリズムが完全に追跡できるようになります。
NICAMキャリアパワー
ITU (および CCITT) 規格では、NICAM 信号の電力レベルはビジョン キャリアの電力に対して -20 dB である必要があると規定されています。
- FM モノラル音声キャリアのレベルは少なくとも -13 dB である必要があります。
- QPSK NICAM キャリア波形は (AM または FM 変調キャリア波形とは異なり) 離散周波数で放射されないため、NICAM 信号の変調レベルを測定することは困難です。
スペクトラムアナライザで測定する場合、キャリアの実際のレベル (L) は次の式を使用して計算できます。
L(NICAM) = L(測定値) + 10 log (R/BWAnalyser) + K
- L(NICAM) = NICAMキャリアの実際のレベル[dBμV]
- L(測定値) = NICAMキャリアの測定レベル[dBμV]
- R = 信号の -3 dB 帯域幅 [kHz]
- BWAnalyser = スペクトルアナライザの帯域幅 [kHz]
- K = スペクトルアナライザの対数フォームファクタ ~2 dB
注: BWAnalyser が R より大きい場合、式は L(NICAM) = L(測定値) + K になります。
異なる機能
NICAM サンプリングは、コンパクト ディスクやMP3、AAC、Oggオーディオ デバイスのコーデック レベルで一般的に使用されている標準のPCMサンプリングではありません。NICAM サンプリングは、拡張され、迅速に変更可能なダイナミック レンジを備えた適応差分パルス コード変調、またはA-lawコンパンディングによく似ています。
2の補数サイン
サンプルの符号には2の補数法が使用され、[ 20 ]次のようになります。
- 01111111111111は正のフルスケールを表す
- 100000000000000は負のフルスケールを表す
±0 Vには3つのバイナリ表現がある
- 00000000000001 は0 V を表し、+/- の区別はありません。これは、無音素材の送信による DC パターンの発生を抑える方法として始まったと考えられます。
- 00000000000000は0Vを表し、+/-の区別はありません
- 11111111111111 は0 V を表し、+/- の区別はありません。
パリティチェックは10ビット中6ビットのみに制限される
サウンド サンプルのパリティ保護を強化するために、パリティ ビットは各 NICAM サンプルの上位 6 ビットのみで計算されます。BBC NICAM の初期の研究では、下位 4 ビットの未訂正エラーは、10 ビットすべてをパリティ保護することで得られる全体的な保護の低下よりも好ましいことが示されました。
録音
ビデオデッキ
VHSおよびベータマックスの家庭用ビデオカセット レコーダー(VCR) は、当初は固定のリニア レコーディング ヘッドを使用してオーディオ トラックのみを記録していましたが、これは NICAM オーディオの録音には不十分で、音質が大幅に制限されていました。その後、多くの VCR に高品質ステレオ オーディオ録音が追加機能として搭載され、通常のオーディオおよびビデオ VCR トラックに加えて、ビデオ信号に使用されるのと同じ高帯域幅のヘリカル スキャン技術を使用して、入力される高品質ステレオ オーディオ ソース (通常はFMラジオまたはNICAM TV )が周波数変調され、録音されました。フルサイズの VCR はすでにテープを最大限に活用していたため、追加のヘリカル スキャンヘッドと深度多重化を使用して、高品質オーディオ信号がビデオ信号の下に斜めに録音されました。モノラル オーディオ トラック (および一部のマシンでは非 NICAM、非 Hi-Fi ステレオ トラック) も、以前と同様にリニア トラックに録音され、Hi-Fi マシンで録音した内容を非 Hi-Fi VCR で再生する際の下位互換性が確保されました。
このようなデバイスは、「HiFi オーディオ」、「オーディオ FM」/「AFM」（FM は「周波数変調」の略）と呼ばれることが多く、非公式には「Nicam」VCR（Nicam 放送音声信号の録音に使用されるため）と呼ばれることもありました。標準のオーディオ トラックも録音されるため、非 HiFi VCR プレーヤーとの互換性が維持され、優れた周波数範囲とフラットな周波数応答により、オーディオ カセット テープの代替として使用されることもありました。
販売終了
ビデオ モード ( DVD-Videoと互換性あり) で録画する場合、ほとんどのDVD レコーダーは、標準で許可されている 3 つのチャネル (デジタル I、デジタル II、アナログ モノ) のうち 1 つしか録画できません。DVD -VRなどの新しい標準では、すべてのデジタル チャネル (ステレオ モードとバイリンガル モードの両方) を録画できますが、モノ チャネルは失われます。
フラッシュメモリとコンピュータマルチメディア
コンピュータ上のデジタル メディアのコーデックは、ドライブのスペースを節約するために、NICAM を別のデジタル オーディオ形式に変換することがよくあります。
参照
参考文献
- ^ Croll, MG, Osborne, DW および Spicer, CR (1974)、「デジタル音声信号：現在の BBC 配信システムとデジタル圧縮によるビットレート削減の提案」。IEE 会議出版物 No. 119、pp. 90–96
- ^ Bartlett, CJC および Greszczuk, J. (1964)、「PCM システムにおける圧縮」。通信ネットワークの伝送に関するシンポジウム、ロンドン、IEE 1964、pp. 183–186。
- ^ Osborne, DW (1972) デジタル音声信号: 瞬間圧縮およびその他の高速圧縮システムのさらなる調査 BBC 研究部レポート 1972/31。
- ^ Jones, AH (1978)、「ポイントツーポイント伝送のためのオーディオ信号のデジタル符号化」、IEE 会議出版物 No. 166、pp. 25–28
- ^ Gilchrist, NHC (1978)、「デジタル音声信号: 高品質音声信号用の 5 つの圧縮伸張システムのパフォーマンスを比較するテスト」。BBC 調査部レポート 1978/26。
- ^ IBAエンジニアリング発表、1989年12月19日
- ^ ETSI ETS EN 300 163、(以前: EBU T 3266)
- ^ 「放送システムの詳細」。サリー大学 – 電子工学部。2010年12月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年8月30日閲覧。
- ^ アナログテレビ技術
- ^ 世界のテレビ規格
- ^ 「消費者向け NICAM モジュレーター。存在したのか?」
- ^ 「既知のNICAM-728エンコーダーのリスト」。
- ^ 「NICAMを振り返るパート1：放送機器の分解」。2022年6月4日。
- ^ 「既知のNICAM-728エンコーダーのリスト」。
- ^ 「BBC の Sound-in-Sync (NICAM-728) 放送ソリューションの検討」
- ^ 「IBAエンジニアリング発表 - NICAMに関するGraham Sawdy - 1990年3月20日」。YouTube 。 2014年3月5日。
- ^ 「既知のNICAM-728エンコーダーのリスト」。
- ^ 「既知のNICAM-728エンコーダーのリスト」。
- ^ 「既知のNICAM-728エンコーダーのリスト」。
- ^ Steve Hosgood. 「NICAM について知りたいことすべて、でも聞くのが怖かったこと」。2005 年 2 月 14 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年8 月 30 日閲覧。
さらに読む
- Osborne, DW および Croll, MG (1973)、「デジタル音声信号: 実験的なデジタル コンパンダーを使用したビット レートの削減」。BBC 調査部レポート 1973/41。
- Croll, MG、Osborne, DW、Reid, DF (1973)、「デジタル音声信号: 2.048 Mbit/s のビットレートで伝送するための 6 つの高品質音声チャネルの多重化」BBC 調査部レポート 1973/42。
- Reid, DF および Croll, MG (1974)、「デジタル音声信号: ほぼ瞬時にデジタル圧縮されたシステムにおける伝送エラーの影響」BBC 調査部レポート 1974/24。
- Reid, DF および Gilchrist, NHC (1977)、「2 つの 15 kHz サウンド チャネル用の実験的な 704 kbit/s 多重化装置」。BBC 研究部門レポート 1977/38。
- Kalloway, MJ (1978)、「実験的な 4 相 DPSK ステレオ サウンド システム: マルチパス伝播の影響」BBC 研究部レポート 1978/15。
外部リンク
関連ウェブサイトまたは技術的説明
- NICAMの技術的説明
- BBCのNICAMに関する情報ページ
- テレビ放送システムの概要
- MATLAB NICAM関数