Nicam

NICAM es un acrónimo de Near Instant Companded Audio Multiplex : " Multiplexación de audio de compresión casi instantánea ". Este proceso permite la transmisión de sonido estéreo digital además de una señal de televisión analógica . La primera transmisión de NICAM tuvo lugar enSeptiembre de 1994con el canal TF1 . A finales de 2011, la abolición de la radiodifusión analógica de canales nacionales por tierra, satélite y cable resultó en el cierre definitivo de NICAM en Francia.

Calidad de la señal de audio

Desde el lanzamiento del estándar de audio, la promoción presentó la calidad de sonido de NICAM, equivalente a la de un CD de audio . Sin embargo, aunque un rendimiento superior al AM y la modulación monofónica asociada con el histórico estándar SECAM y el "estándar L", la calidad de sonido de NICAM es limitada; Si la codificación digital del CD utiliza 44,1 kHz con 16 bits de muestreo, NICAM, por su parte, se codifica sólo a 32 kHz con 14 bits de muestra comprimidos en 10 bits. Según Shannon , el espectro de sonido reproducido en NICAM se reduce por lo tanto a ~ 15 kHz contra ~ 20 kHz para el CD. Finalmente, la dinámica máxima (la relación entre el nivel de sonido más alto y el sonido más bajo teóricamente reproducible) está limitada a 84 dB en lugar de 96 dB ; Finalmente, el estándar de compresión Musicam puede en ciertos casos generar artefactos que son más o menos audibles para el oído humano.

Histórico

Hay muchos estándares de televisión . Los que utilizan sonido modulado en FM permiten la transmisión de una señal de sonido estereofónica , lo que no ocurre con los estándares que emiten sonido en AM.

Sin embargo, para permitir la transmisión de sonido estéreo, la BBC desarrolló el estándar NICAM en la década de 1980 (Primera transmisión estéreo NICAM en 1986 en la BBC).

Transmisiones digitales disponibles en NICAM

Los flujos digitales de carga útil se multiplexan en tramas de transporte de 728 bits (incluido el encabezado de la trama y los bits de control de flujo además de los 704 bits de carga útil), se pueden distribuir en uno de los cuatro modos de multiplexación posibles:

1 canal de audio estéreo digital (con posible respaldo al canal de audio analógico AM / FM existente, o sin respaldo si este canal analógico es diferente).
2 canales de audio monoaurales digitales separados (con posible respaldo del primer canal de audio digital en el canal de audio analógico AM / FM existente, o sin respaldo si este canal analógico es diferente).
1 canal monoaural (con posible retroceso del canal en el canal analógico AM / FM existente, o sin retroceso si este canal analógico es diferente) y 1 canal de datos a 352 kbit / s .
1 canal de datos a 704 kbit / s .

Cada uno de los 3 modos de multiplexación que admiten al menos un flujo de audio puede retroceder opcionalmente, en caso de demasiados errores de decodificación de recepción, al canal analógico AM / FM existente admitido en la banda de canales de televisión, para mantener una recepción suficiente. calidad.

Estos modos de multiplexación pueden variar en el tiempo, a elección del programador, lo que permite, por ejemplo, pasar de una transmisión estereofónica a una transmisión bilingüe monofónica, o emitir canales digitales completamente diferentes a los utilizados para el canal; Sin embargo, el estándar NICAM requiere que este modo permanezca constante durante al menos 32 cuadros (cada cuadro durante 1 milisegundo), porque uno de los bits de verificación en el encabezado de cada cuadro de transporte también permite identificar los cuadros pares e impares necesarios para la 'identificación de los canales (este bit está en 1 para 8 cuadros, luego cambia a cero para 8 cuadros antes de volver a conmutar), siendo necesarios 32 cuadros para validar también la presencia del canal NICAM y su modo de multiplexación efectivo, gracias al detección de dos ciclos completos de este bit de control).

Además, se incluye un canal de extensión digital de 11 kbit / s en cada uno de los modos de multiplexación (11 bits por trama de 728 bits entre los bits de control de flujo y los bits de carga útil), pero este canal digital de n 'no se ha utilizado (aunque Los circuitos de decodificación NICAM lo proporcionan). Estaba destinado al transporte de datos de tipo teletexto (pero resultó ser poco fiable porque carecía de un dispositivo de corrección de errores, lo que redujo aún más su ya modesto ancho de banda). Más bien, el teletexto se desarrolló utilizando las líneas de fotogramas de video que se dejaron libres en la parte superior e inferior del fotograma dentro de cada medio fotograma de video, lo que permitió un ancho de banda digital mucho mayor: históricamente, se necesitaba un retraso para que el escaneo de video analógico pudiera volver la parte superior de la pantalla y se estabilizan, estas líneas se dejan en negro (las partes izquierda y derecha de cada línea de video también estaban libres para proporcionar un retorno de escaneo horizontal y se usaron para mejorar la resolución o para transportar información de cifrado de video). También se ha experimentado con este canal digital lento para transportar información relacionada con el cifrado de programas en canales de pago (por ejemplo, datos de actualización de derechos en los decodificadores de los suscriptores), pero nuevamente este canal ha demostrado ser demasiado lento. suscriptores.

Técnico

La fuente de sonido estereofónica procedente de la emisora está en primer lugar pre-enfatizada (estándar CCITT J17), para garantizar una mejor señal / ruido en la recepción. El
filtrado de suavizado limita la banda de frecuencia de audio que se procesará dentro del límite de 15 kHz .

Luego, el sonido se cuantifica en 14 bits lineales y a una frecuencia de muestreo de 32 kHz . Luego, la señal digital se comprime en 10 bits simplemente eliminando los bits más significativos, para los sonidos débiles (sin pérdida de información) y los bits débiles para los sonidos fuertes (pérdida de información inaudible), un código de verificación de 3 bits lo hace posible para indicar qué bits se han eliminado se recalcula y se envía cada 32 muestras (lo que puede causar problemas cuando hay demasiada diferencia dinámica en el mismo bloque).

A cada muestra se le agrega un bit de paridad, calculado a partir de los 6 bits más significativos (los otros bits tienen menor influencia en el sonido, la paridad en los primeros 6 bits permite una mejor robustez de la señal).

Luego, la señal digital se mezcla aleatoriamente (mezcla y entrelazado), el propósito de esta operación no es encriptar el sonido, sino simplemente evitar que la señal digital interfiera con la imagen en forma de bandas oblicuas u ondulaciones. Luego, la señal se modula (modulación QPSK ) antes de integrarse en la señal de video en una subportadora de la misma manera que para el sonido analógico. La velocidad digital para datos NICAM estéreo es de 728 kbit / s (NICAM-728).

Concretamente, una trama NICAM de 728 bits por lo tanto contiene:

8 bits de sincronización de trama, valor fijo 01001110;
1 bit de control para la identificación de las tramas (este bit alterna cada 8 tramas);
un encabezado de comando o control de 4 bits, compuesto por:
- 2 bits de control que identifican uno de los 4 modos de multiplexación de los 2 canales digitales;
- 1 bit de control que autoriza o no el retorno del sonido digital en el canal analógico AM / FM (codificado y transportado por separado, pero utilizado en la entrada de un decodificador NICAM);
- 1 bit que indica si se utiliza o no el canal de extensión digital;
11 bits para el canal de extensión digital (de lo contrario, estos bits contienen datos pseudoaleatorios solo destinados a la creación de perfiles analógicos, para limitar aún más la interferencia con las bandas de frecuencia vecinas).
un bloque de 704 bits de datos útiles, formado por 32 palabras (de 10 bits cada uno más un bit de paridad para los canales de audio, o de 11 bits cada uno para los canales de datos), los bits se entrelazan por transposición en una matriz de 44 × 16 bits destinados a limitar el impacto de múltiples errores de bits.

La trama digital de 728 bits es codificada o exclusiva con una secuencia binaria pseudoaleatoria predeterminada (cuyo polinomio generador es y que se realiza con un registro de desplazamiento de retroalimentación lineal de 9 bits y otra puerta o exclusiva), restableciéndose esta secuencia (por estableciendo los 9 bits del registro de desplazamiento en 1) en la cabecera de cada 728 tramas después de sus 8 bits de sincronización iniciales (que en sí mismos no están sujetos a interferencia). Esta interferencia limita la formación de armónicos residuales fuera de la banda de transmisión de la señal digital, siguiendo ciertos datos de audio no aleatorios (que podrían causar que aparezca muaré en un canal de video analógico vecino) y hace posible restringir mejor filtrando este canal en su frecuencia. banda al tiempo que reduce la tasa de error. $x ^ {9} + x ^ {4} +1$

Cabe señalar que este formato no protege directamente los datos útiles frente a la posible presencia de una posible secuencia de 8 bits igual a los 8 bits de sincronización. Sin embargo, las restricciones de codificación impuestas a las tramas (en particular, la imposición de no modificar los 4 bits de control y comando dentro del mismo grupo de 32 tramas, y la imposición del bit de control alternando cada 8 tramas, alarga efectivamente la secuencia fija en 32 veces 13 bits (es decir 416 bits en total en uno de los 16 modos posibles de multiplexación), la sincronización se produce después de 32 milisegundos con un margen muy pequeño de sincronización errónea. Codificador digital pseudoaleatorio del contenido de las tramas limita en gran medida la aparición de tales errores.

Las tramas codificadas obtenidas de 768 bits luego se transmiten una tras otra luego sirven para modular una subportadora sinusoidal en modulación QPSK (que utiliza los bits de dos en dos para modular esta subportadora en cuadratura de fase diferencial, esto lo que evita tener que sincronizar la fase de la propia subportadora). La subportadora se transporta entonces dentro de la banda de frecuencia del canal analógico principal modulado que transporta la cadena, junto a la subportadora de la señal de audio AM o FM analógica. En ausencia de una trama digital NICAM, solo los 8 bits de sincronización se transmiten como relleno o, de lo contrario, la subportadora NICAM se elimina por completo de la señal principal.

Integración de NICAM en la señal SÉCAM 'L' en Francia

En Francia, el estándar SECAM 'L' integra la subportadora NICAM en la frecuencia de 5,85 MHz (en comparación con la frecuencia de la portadora de luminancia).

El ancho de banda de la señal NICAM es de 500 kHz .

El nivel de la subportadora es de -27 dB con respecto a la portadora de la imagen (luminancia), para evitar interferencias en la señal de vídeo.