NICAM

La idea se describió por primera vez en 1964. En ella, el "rango" se aplicaría 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 se realizaría completamente de forma digital después del ADC y antes del DAC, se describió en un informe de investigación de la BBC de 1972. ^{[ 3 ]}

NICAM se diseñó originalmente para proporcionar a las emisoras seis canales de audio de alta calidad con un ancho de banda total de 2048  kbit/s. Esta cifra se eligió para que coincidiera con la velocidad de multiplexación primaria E1 , y los sistemas que utilizaran esta velocidad podrían aprovechar las redes de telecomunicaciones nacionales e internacionales PDH previstas .

En varios países se habían desarrollado sistemas similares, y alrededor de 1977/78 el Departamento de Investigación de la BBC realizó pruebas de escucha para evaluarlos. Los candidatos fueron:

• Un sistema RAI que utilizaba compresión A-law para comprimir muestras PCM lineales de 14 bits en 10 bits (14:10).
• Un sistema tipo NICAM propuesto por Télédiffusion de France (14:9)
• NICAM-1 (13:10)
• NICAM-2 (14:11)
• NICAM-3 (14:10)

Se determinó que NICAM-2 proporcionaba la mejor calidad de sonido, pero reducía el ruido modulado por el programa a un nivel innecesariamente bajo a costa de la tasa de bits. NICAM-3, que se había propuesto durante la prueba para solucionar este problema, fue seleccionado como el ganador. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

El audio se codifica mediante modulación por impulsos codificados de 14 bits a una frecuencia de muestreo de 32 kHz .

La segunda función de NICAM —la transmisión al público— fue desarrollada en los años 80 por la BBC . Esta variante se conocía como NICAM-728, debido a la velocidad de transmisión  de 728 kbit/s . Utiliza los mismos parámetros de codificación de audio que NICAM-3.

El primer programa digital estéreo NICAM fue la Noche de Apertura de la 92.ª edición de los Proms, que se emitió en BBC2 desde la estación transmisora ​​de Crystal Palace en Londres el 18 de julio de 1986, aunque los programas no se anunciaron como emitidos 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 emitir NICAM, y un gran número de programas de la BBC se producían en estéreo. ITV y Channel 4 no comenzaron a anunciar esta capacidad hasta 18 meses después, coincidiendo con el despliegue de NICAM por parte de la Autoridad Independiente de Radiodifusión , que había comenzado en 1989 con los transmisores de Crystal Palace y Emley Moor . ^{[ 6 ]}

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

El paquete NICAM (excepto la cabecera) se codifica con un generador de bits pseudoaleatorios de nueve bits antes de su transmisión.

• La topología de este generador pseudoaleatorio produce una secuencia de bits con un período de repetición de 511 bits.
• El polinomio del generador pseudoaleatorio es:${\displaystyle x^{9}+x^{4}+1.}$
• El generador pseudoaleatorio se inicializa con:${\displaystyle 111111111.}$

Es importante lograr que el flujo de bits de NICAM se parezca más al ruido blanco, ya que esto reduce la aparición de patrones de señal en los canales de televisión adyacentes.

• La cabecera NICAM no se somete a codificación. Esto es necesario para facilitar la sincronización con el flujo de datos NICAM y la resincronización del flujo de datos en el receptor.
• Al inicio de cada paquete NICAM, el registro de desplazamiento del generador de bits pseudoaleatorios se reinicia a todos los valores en uno.

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

• NICAM (a diferencia del estándar de disco compacto) muestrea audio de 14 bits a 32  kHz.
• El límite superior de frecuencia de un canal de sonido NICAM es de 15  kHz debido a los filtros anti-aliasing del codificador.
• Las muestras de audio PCM originales de 14 bits se comprimen digitalmente a 10 bits para su transmisión.
• Las muestras de audio de NICAM se dividen en bloques de 32. Si todas las muestras de un bloque están en silencio, de modo que los bits más significativos son todos ceros, estos bits se pueden descartar sin pérdida alguna.
• En las muestras con mayor volumen, se truncan algunos de los fragmentos menos significativos , con la esperanza de que resulten inaudibles.
• Una señal de control de 3 bits para cada bloque registra qué bits fueron descartados.
• La compresión digital (mediante una curva de preénfasis CCITT J.17 ) garantiza que los algoritmos de codificación y decodificación funcionen a la perfección.

Las normas de la UIT (y de la 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.

• El nivel de la portadora de sonido mono FM debe ser de al menos -13  dB.
• Medir el nivel de modulación de la señal NICAM es difícil porque la forma de onda portadora QPSK de NICAM (a diferencia de las formas de onda portadoras moduladas en AM o FM) no se emite a una frecuencia discreta.

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

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

1. L(NICAM) = nivel real del portador NICAM [dBμV]
2. L(Medido) = nivel medido del portador 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

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

• 01111111111111 representa escala completa positiva
• 10000000000000 representa escala completa negativa

• 00000000000001 representa 0 V, sin distinción de +/-. Esto puede haberse originado como un método para reducir la aparición de patrones de CC durante la transmisión de material silencioso.
• 00000000000000 representa 0 V, sin distinción de +/-
• 11111111111111 representa 0 V, sin distinción de +/-

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

Las videograbadoras domésticas VHS y Betamax inicialmente solo grababan las pistas de audio mediante un cabezal de grabación lineal fijo, que resultaba inadecuado para grabar audio NICAM; esto limitaba significativamente su calidad de sonido. Posteriormente, muchas videograbadoras incluyeron la grabación de audio estéreo de alta calidad como una función adicional, en la que la fuente de audio estéreo de alta calidad entrante (normalmente radio FM o televisión NICAM) se modulaba en frecuencia y luego se grababa, además de las pistas de audio y vídeo habituales de la videograbadora, utilizando la misma técnica de escaneo helicoidal de alto ancho de banda que se utilizaba para la señal de vídeo. Las videograbadoras de tamaño completo ya aprovechaban al máximo la cinta, por lo que la señal de audio de alta calidad se grababa diagonalmente debajo de la señal de vídeo, utilizando cabezales de escaneo helicoidal adicionales y multiplexación en 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 retrocompatibilidad de las grabaciones realizadas en máquinas Hi-Fi al reproducirlas en videograbadoras que no eran Hi-Fi.

Estos dispositivos solían describirse como "audio HiFi", "Audio FM" / "AFM" (FM significa "Modulación de Frecuencia") y, a veces informalmente, como videograbadoras "Nicam" (debido a su uso para grabar la señal de audio de las emisoras Nicam). Eran compatibles con reproductores de vídeo que no eran HiFi, ya que también grababan la pista de audio estándar, y en ocasiones se utilizaban como alternativa a las cintas de casete de audio debido a su rango de frecuencia superior y su respuesta de frecuencia plana .

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

Los códecs para medios digitales en ordenadores suelen convertir NICAM a otro formato de audio digital para ahorrar espacio en el disco duro.