Адаптер PCM

Sony PCM-1630

Адаптер PCM представляет собой устройство , которое кодирует цифровой звук в качестве видео для записи на видеомагнитофон . Адаптер также имеет возможность декодировать видеосигнал обратно в цифровой звук для воспроизведения. Эта цифровая аудиосистема использовалась для мастеринга ранних компакт-дисков .

Операция [ править ]

Для звука с высококачественной импульсно-кодовой модуляцией (PCM) требуется значительно большая полоса пропускания, чем для обычного аналогового аудиосигнала. Например, для 16-битного сигнала ИКМ требуется аналоговая полоса пропускания около 1–1,5  МГц по сравнению с примерно 15–20  кГц аналоговой полосы пропускания, необходимой для аналогового аудиосигнала. Стандартный аналоговый аудиомагнитофон не может удовлетворить это требование. Одним из решений, придуманных в начале 1980-х годов, было использование видеомагнитофона, способного записывать сигналы с более широкой полосой пропускания.

Требовалось средство преобразования цифрового звука в видеоформат. Такая система аудиозаписи включает в себя два устройства: адаптер PCM, преобразующий звук в псевдо-видео, и видеомагнитофон. Адаптер PCM выполняет аналого-цифровое преобразование, производя серию двоичных цифр, которые, в свою очередь, кодируются и модулируются в черно-белый видеосигнал, представляющий собой вибрирующий узор в виде шахматной доски, который затем может быть записан как видеосигнал. .

Большинство видеоадаптеров PCM записывают звук с частотой 14 бит на выборку и частотой дискретизации 44,056 кГц для стран EIAN (или 44,1 кГц для стран CCIR). Однако некоторые из более ранних моделей, например Sony PCM-100, записывали Также 16 бит на выборку, но используется только 14 бит для звука, а оставшиеся 2 бита используются для исправления ошибок в случае выпадения сигналов или других аномалий, присутствующих на видеокассете.

Частота дискретизации [ править ]

Использование видео для адаптера PCM помогает объяснить выбор частоты дискретизации для компакта - диска, так как количество видео линий, частота кадров и бит в конце линии вверх диктуя частоту дискретизации можно добиться, что частота дискретизации 44,1 кГц была Таким образом, принятый в компакт-диске , поскольку в то время не было другого практического способа хранения цифрового звука, кроме как с помощью комбинации преобразователя PCM и видеомагнитофона.

Проще всего, если в каждом поле будет использоваться одинаковое количество строк, и, что особенно важно, было решено выбрать частоту дискретизации, которая могла бы использоваться как на оборудовании NTSC (монохромное), так и на оборудовании PAL. Поскольку NTSC имеет частоту поля 60 Гц, а PAL имеет частоту поля 50 Гц, их наименьшее общее кратное составляет 300 Гц, а с 3 отсчетами на строку это дает частоту дискретизации, кратную 900 Гц. Для NTSC частота дискретизации составляет 5 м × 60 × 3, где 5 м - количество активных строк на поле, которое должно быть кратно 5 (остальные используются для синхронизации), а для PAL частота дискретизации составляет 6 n × 50 × 3, где 6 n- количество активных строк в поле, которое должно быть кратно 6. Частота дискретизации, удовлетворяющая этим требованиям - не менее 40 кГц (так можно кодировать звуки 20 кГц), не более 46,875 кГц (поэтому требуется не более 3 выборок на строку в PAL), а кратное 900 Гц (так что может быть закодировано в NTSC и PAL), таким образом, составляет 40,5, 41,4, 42,3, 43,2, 44,1, 45, 45,9 и 46,8 кГц. Нижние удаляются из-за того, что фильтры нижних частот требуют переходной полосы, в то время как верхние удаляются из-за того, что некоторые строки требуются для интервала вертикального гашения; 44,1 кГц была более высокой используемой частотой и в конечном итоге была выбрана.

Таким образом, частоты дискретизации 44,1 и 44,056 кГц были результатом необходимости совместимости с 25-кадровыми (страны CCIR 625/50 ) и 30-кадровыми черно-белыми (страны EIAN 525/60 ) видеоформатами, используемыми для хранения аудио в время. ^[а]

Формат видео [ править ]

Аудиосэмплы записываются так, как если бы они были на строках растрового сканирования видео, следующим образом: стандарты аналогового видео представляют видео с частотой поля 60 Гц ( NTSC , Северная Америка - или 60 / 1,001 Гц ≈ 59,94 Гц для цветного NTSC). ) или 50 Гц ( PAL , Европа), что соответствует частоте кадров 30 кадров в секунду (кадр / с) или 25 кадров / с - каждое поле составляет половину строк чересстрочного изображения.(чередование нечетных и четных строк). Каждое из этих полей, в свою очередь, состоит из строк - кадр из 625 строк для PAL и 525 строк для NTSC, хотя некоторые из «строк» ​​на самом деле предназначены для синхронизации сигнала, а поле содержит половину видимых строк за одно вертикальное сканирование. . Затем цифровые аудиосэмплы кодируются вдоль каждой строки, что позволяет повторно использовать существующую схему синхронизации - как видео, результирующие изображения выглядят как линии двоичных черных и белых (скорее, серых) точек вдоль каждой строки развертки. Частота линии(строк в секунду) составляло 15 625 Гц для PAL (625 × 50/2), 15 750 Гц для 60 Гц (монохромный) NTSC (525 × 60/2) и 15 750 / 1,001 Гц (приблизительно 15 734,26 Гц) для 59,94 (цвет) NTSC, и, таким образом, для записи звука с требуемой частотой более 40 кГц требовалось кодирование нескольких отсчетов на строку, при этом достаточно 3 отсчетов на строку, что дает 15625 × 3 = 46 875 для PAL и 15 750 × 3 = 47 250 для NTSC. Желательно свести к минимуму количество выборок в строке, чтобы для каждой выборки могло быть выделено больше места, что упростило бы получение более высокой битовой глубины (16 бит, а не 14 или 12 бит, скажем) и улучшение ошибок. толерантность, а на практике сигнал был стереофоническим,требуя 3 × 2 = 6 выборок на строку. Однако некоторые из этих строк посвящены (вертикальной) синхронизации: в частности, строки во время интервала вертикального гашения (VBI) не могли использоваться, поэтому в NTSC можно было использовать максимум 490 строк на кадр (245 строк на поле). и около 588 строк на кадр (294 строки на поле) в PAL (обратите внимание, что в видео PAL имеет (до) 575 видимых строк ^[1], а NTSC - до 485)

Модели [ править ]

Адаптер Sony PCM-501ES EIAJ LPCM на видеомагнитофоне Sony SL-HF360

Sony PCM-1600 был первым коммерческим 16-битным видеомагнитофоном. В 1600 (и его более поздних версиях, 1610 и 1630) использовались видеомагнитофоны специального формата U-matic (также известные как «3/4» или «три четверти»), также поставляемые Sony для транспортных средств , такие как BVU-200B ( первая модель видеомагнитофона, оптимизированная для работы и проданная вместе с PCM-1600 в 1979 году), ^[2] BVU-800DA, VO-5630DA, а также более поздние модели DMR-2000 и DMR-4000, которые были основаны на промышленных VO -5850 и вещательные видеомашины BVU-800 соответственно. Все они были, по сути, модифицированными версиями существующих видеорегистраторов Sony U-Matic, адаптированных для использования с адаптерами серии 1600, путем отключения компенсатора цветности и пропадания сигнала.схемы видеомагнитофонов, которые могут препятствовать правильной записи цифровых аудиоданных на основе монохромного видео с адаптеров серии 1600, если они включены. BVU-200B, поставляемый с PCM-1600, также был модифицирован, чтобы его точка переключения видеоголовки была перемещена на интервал вертикального гашения записываемого видеосигнала с цифровым аудиосигналом, чтобы предотвратить ошибки или интерференцию с цифровыми аудиоданными. Монтаж осуществлялся с помощью адаптера серии 1600 и двух или более таких видеомагнитофонов с монтажным контроллером DAE-3000. Серия 1600 была первой системой, использовавшейся для мастеринга аудиокомпакт- дисков в начале 1980-х годов многими крупными звукозаписывающими компаниями, при этом окончательные цифровые аудиокассеты формата U-matic 1600 отправлялись на предприятия по прессованию компакт-дисков для записи на мастер по изготовлению стекла. диск, используемый для создания копий компакт-дисков.

Также Sony выпустила несколько полупрофессиональных / потребительских моделей PCM-адаптера:

• Sony PCM-1 (первая модель для потребительского рынка, представленная в 1977 году)
• Sony PCM-F1 (который продавался вместе с видеомагнитофоном формата Betamax , Sony SL-2000 или SL-F1e для записи и воспроизведения) ^[3]
• Sony PCM-100
• Sony PCM-501ES
• Sony PCM-601 (включая цифровой аудиовход и выход SPDIF)
• Sony PCM-701

Technics также выпустила портативный PCM-адаптер с батарейным питанием, SV-100, компонентный hi-fi адаптер, SV-110, и версию со встроенным транспортом для видеокассет VHS , SV-P100. ^{[ необходима цитата ]} Все адаптеры PCM Technics (Panasonic) ограничены разрешением 14 бит. Другие марки и модели адаптеров PCM, представленные на рынке, были Nakamichi DMP-100, Sharp RX-3, Sansui PC-X1 и Hitachi PCM-V300. ^[4]

dbx, Inc. также произвела псевдо-видеоадаптер Model 700 . Он отличался от перечисленных выше моделей тем, что в нем использовалась не ИКМ, а дельта-сигма модуляция . Это привело к более качественной цифровой записи с более широким динамическим диапазоном, чем может предложить стандартная модуляция PCM. ^{[ необходима цитата ]} Подобно стандартному адаптеру PCM, модель 700 также использовала видеомагнитофон для транспорта.

Устаревание [ править ]

В 1987 году, через несколько лет после появления адаптера PCM, Sony представила новый кассетный формат для цифровой аудиозаписи под названием Digital Audio Tape (DAT). Поскольку DAT не полагался на отдельный кассетный видеомагнитофон, это был гораздо более портативный и менее громоздкий формат в использовании, чем система на основе адаптера PCM. Рекордеры DAT имели свой собственный встроенный транспорт, использующий небольшую кассету, уникальную для этого формата. DAT использовала ленту шириной 4 мм (0,16 дюйма), загруженную в кассету размером 73 мм × 54 мм × 10,5 мм (2,87 дюйма x 2,12 дюйма x 0,41 дюйма). Аудиоданные записывались на ленту с помощью спирального сканирования.запись, так же, как видеомагнитофон, подключенный к адаптеру PCM, будет записывать на видеокассету. По сути, DAT был модернизированной, интегрированной и миниатюрной версией системы на основе адаптера PCM.

Подобно адаптеру PCM, DAT мог записывать только 2 дорожки звука за раз, но меньший размер оборудования и носителей, а также возможность принимать несколько частот дискретизации и другую гибкость ^[b] дали DAT много преимуществ перед PCM. адаптерные системы.

Цифровые регистраторы , способные многоканальная запись (в отличии от только две дорожки для стерео , что адаптер PCM или DAT может записывать) , такие как Mitsubishi «s Prodigi формат и Sony » s DASH формата также стали доступны на профессиональном аудио рынка примерно такие же время появления кодировщиков / декодеров PCM, предназначенных для использования с видеомагнитофонами. Машины для этих форматов также имели собственные встроенные транспорты, использующие ленту с катушкой на катушку шириной 1/4 дюйма, 1/2 дюйма или 1 дюйм, при этом аудиоданные записывались на ленту с использованием многослойной ленты. стационарная ленточная головка ADAT также стал доступен в начале 1990-х, что позволяло записывать восемь дорожек с частотой 44,1 или 48 кГц на кассеты S-VHS, а DTRS выполнял аналогичную функцию с кассетами Hi8.

Форматы как Prodigi и DASH упоминалось как SDAT ( S tationary головка D igital udio Т обезьяна) форматы, в отличие от форматов , таких как адаптер на основе системы PCM и DAT, которые были переданы в качестве RDAT ( R otating головка D igital udio Т обезьяна) форматы, из - за их процесс спирального сканирования записи.

Как и кассета DAT, машины ProDigi и DASH также поддерживали обязательную частоту дискретизации 44,1 кГц, но также 48 кГц на всех машинах и частоту дискретизации 96 кГц на устройствах последнего поколения. Они преодолели проблемы, из-за которых типичные аналоговые записывающие устройства не могли удовлетворить требования к полосе пропускания (частотному диапазону) цифровой записи за счет сочетания более высоких скоростей ленты, более узких зазоров между головками, используемых в сочетании с лентами с металлическим составом, и распределения данных по множеству параллельных треки.

Несмотря на устаревание, любители по-прежнему могут использовать современные DVD-диски или диски Blu-ray в качестве транспортной среды для кодирования цифровых аудиопотоков на основе видео, хотя DVD-аудио имеет превосходный цифровой звук сам по себе, а также способность DVD хранить аудио в "режиме данных", особенно в сжатых форматах, таких как MP3 .

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]