Стереозвук в ТВ
Цифровая система передачи многоканального звукового сопровождения NICAM была разработана специалистами британской радиовещательной корпорации (BBC) в 1987 году, а публичная эксплуатация началась в 1988 году. Сегодня NICAM широко применяется в Европе: Великобритании, Бельгии, скандинавских странах, Испании и Франции. Официально сиcтемы NICAM D/K не существует, но фактически она есть. Сначала ее стали применять наши бывшие союзники из восточной Европы (Венгрия, Чехия, Польша). Затем — бывшие союзные республики СССР: страны Балтии и Украина. И наконец, осенью прошлого года передачу программ со стереосопровождением с использованием NICAM начал Первый канал российского телевидения, а вслед за ним и музыкальный канал MTV.
Спектр телевизионного сигнала стандарта D/K с передачей сигнала NICAM
Все больше производителей начинают
поставлять в Россию телевизоры с возможностью приема
стереосопровождения по системе NICAM. Сегодня, например, все новые телевизоры Samsung (от 14" до самых больших) могут принимать стереозвук (на фото — модель CS-21M20)
Для приема стереосопровождения по системе NICAM можно использовать Hi-Fi-видеомагнитофон, предназначенный для европейского рынка (таких большинство в России) с обозначением A2/NICAM.
Сегодня это может быть уже и комбинация DVD-VHS или даже DVD-рекордер.
Причем телетюнеры с приемом NICAM есть в любых DVD-рекордерах независимо от используемого носителя.
На фото показан комбинированный Hi-Fi-видеомагнитофон с DVD-проигрывателем JVC HR-XV2
NICAM — это сокращение от Near Instantaneously Companded Audio Multiplex. «Near Instantaneously Companded» означает, что прежде чем начнется процесс компандирования, должна появиться порция входных данных, соответствующих звуковому фрагменту длительностью 1 мс. Audio Multiplex свидетельствует, что возможности системы не ограничиваются передачей стереосопровождения. Теоретически NICAM допускает разные варианты передачи данных с автоматическим выбором режима по трехбитному коду, содержащемуся в служебной зоне потока данных. Система NICAM может быть использована для передачи одного стереоканала звука, двух полностью независимых моноканалов звука с разным содержанием, одного моноканала цифрового звука и канала передачи данных с потоком 352 кб/с или канала передачи данных с потоком 704 кб/с. Однако сегодня аппаратно реализованы только первые две возможности. Для передачи звука в системе NICAM используются две несущие частоты. Одна из них, основная fЗВ/МОНО, модулируется по частоте аналоговым монофоническим сигналом звукового сопровождения телевизионной программы. Вторая, дополнительная несущая fЗВ/СТЕРЕО, модулируется цифровым стереофоническим сигналом. Для передачи цифрового сигнала используется дифференциальная фазовая манипуляция второй несущей звука (DQPSK). Фазовая манипуляция была выбрана как наиболее экономичная: в ней частота несущей остается постоянной, а меняется только ее фаза в соответствии с битом данных.
И для первоначального британского варианта (стандарт I, полоса телевизионного канала 8 МГц, поднесущая звука 6 МГц), и для континентальной Европы (стандарт В, полоса телевизионного канала 7 МГц, поднесущая звука 5,5 МГц) частота дополнительной поднесущей для передачи цифрового звука выше основной — 6,552 и 5,85 МГц соответственно. При этом она находится в пределах полосы частот радиоканала, но не попадает в полосу частот сигнала изображения. Наши западные соседи и бывшие союзники из лагеря народной демократии, у которых, как у старшего брата, был принят стандарт D (полоса телевизионного канала 8 МГц, поднесущая звука 6,5 МГц), но которые были не прочь перейти на В, не мудрствуя лукаво создали гибрид, получивший название NICAM D/K. Так что применительно к отечественному вещанию значения несущих звука отстоят от несущей частоты изображения fИЗ на 5,85 МГц (fЗВ/СТЕРЕО) и на 6,5 МГц (fЗВ/МОНО) (см. рис.). То есть не меняя частоту поднесущей для монозвука, в сигнал была интегрирована еще поднесущая для цифрового звука, как в стандарте В. При этом она попала в полосу яркостного сигнала. Уровень мощности несущей fЗВ/МОНО в системе NICAM составляет –10–13 дБ от максимальной мощности несущей изображения, а уровень мощности несущей fЗВ/СТЕРЕО намного меньше: –20 дБ. И чтобы исключить возникающие перекрестные помехи как на изображении, так и в канале цифрового звука, потребовалось уменьшить полосу яркости с 6 до 5 МГц. Это делается на телецентре при сведении полного телевизионного сигнала, который затем подается на передатчик. То есть ценой за внедрение стереозвука стала потеря четкости видеоканала. Надо полагать, что это не слишком большая плата за новое качество вещания.
Для телезрителей, имеющих телевизор без NICAM-декодера, все осталось по-старому. Они могут принимать монофонический сигнал как и раньше. При передаче с использованием NICAM канал для монозвука остается тот же, что и в действующей аналоговой системе, чем обеспечивается совместимость с существующим парком телевизоров, а цифровой канал предназначен только для стерео или двуязычного вещания.
Часто производители утверждают, что NICAM обеспечивает качество звучания, сопоставимое с качеством звука на CD. Однако это далеко не так. В отличие от CD, здесь данные представляются в 14-разрядной форме с частотой дискретизации 32 кГц. Это обеспечивает отношение сигнал/шум не менее 80 дБ (против 96 дБ для CD) и коэффициент нелинейных искажений не более 0,05%. Из-за пониженной частоты дискретизации ограничена на 15 кГц полоса входного сигнала. Это сделано для предотвращения наложения спектров и связанных с этим явлением искажений.
Общая скорость передачи цифрового потока 728 кбит/с — отсюда и полное название NICAM 728. Однако при передаче цифровая информация не остается 14-разрядной. Для более эффективного использования канала она компандируется цифровым способом до 10-разрядной. При этом для сигналов с большим уровнем просто отбрасываются от одного до четырех младших битов, значением которых в данном случае можно пренебречь. А при удалении старших битов используется кодирование с масштабным множителем, позволяющее полностью восстановить в приемнике исходный цифровой 14-разрядный сигнал. Поэтому 728-битовый кадр, кроме основного 704-битового блока звуковых данных, содержит еще 24 служебных бита (синхронизации, управления и дополнительных данных). Сигналы управления, например, подсказывают телевизору о необходимости переключиться на аналоговый моноканал звука в случае низкого качества цифрового.
Покончив с техническими подробностями, посмотрим, что нужно иметь для приема передач с NICAM и как реально обстоит дело в России. Во-первых, нужно иметь аппарат, обеспечивающий декодирование NICAM. Самый простой вариант, но не самый дешевый — стереотелевизор со встроенным NICAM-декодером. Причем желательно, чтобы в инструкции еще было специально указано, что это нелегально существующий NICAM D/K. Причина в том, что на нашем рынке встречаются модели германских или других производителей, но предназначенные исключительно для этой страны, обеспечивающие декодирование NICAM B/G, но отказывающиеся делать его для NICAM D/K. Второй способ — использовать для приема телевизионной программы с NICAM обычный Hi-Fi-видеомагнитофон. Дело в том, что подавляющее число видеомагнитофонов, продающихся в России, — это универсальные аппараты, предназначенные для всей Европы, а потому имеющие встроенный декодер NICAM. Наличием встроенного декодера дело не ограничивается. Нужно иметь еще и правильный сигнал в антенне. Если используется индивидуальная антенна и дальность от Останкинской телебашни не более 25–30 км, то все будет хорошо. Особенности приема цифрового сигнала таковы, что при уменьшении уровня сигнала проявляются специфические помехи: пропадания, задержки, наличие эхо-сигнала и шумовые всплески. В таких условиях просмотр, и особенно музыкальных передач, будет дискомфортным. Для удаленного приема (более 30 км) потребуется использование антенного усилителя. В то же время для качественного приема аналогового звука дальность может быть вдвое большей.
Поскольку руководство Первого канала объявило трансляцию в течение года как пробную, то доступна она сначала была только москвичам и жителям Подмосковья. При этом не во всех районах телезрители могли принимать программы в новом формате, особенно при единой коллективной антенне. Причин тому может быть множество, начиная от состояния кабельной разводки и используемого оборудования (антенна должна быть без активных преобразователей и узкополосных усилителей) и кончая нюансами в работе и настройке аппаратуры конкретного провайдера кабельного телевидения. Точно так же для передачи стереозвука через системы ретрансляции потребуется их основательная модернизация. Теоретически после этого стереозвук будет доступен всем российским телезрителям.
К сожалениею, этим не ограничиваются препятствия на пути к стереозвуку. Реально в эфире практически нет передач со стереосопровождением. На Первом канале это одна-две музыкальные программы в неделю и столько же фильмов. Ну еще иногда эксклюзив вроде церемонии открытия Олимпиады в Афинах. При этом прием NICAM будет индицироваться практически всегда: вторая поднесущая все время модулируется одним сигналом в режиме «дуал-моно». Что касается музыкального канала MTV, у которого под логотипом появилась надпись «стерео», то там все современные зарубежные и отечественные видеоклипы передаются в стереоварианте. Сообщалось о планах перехода на стереосопровождение и других российских каналов (РТР, МузТВ и т.д.), но пока этого не случилось. Будем надеяться, что это временно и связано с периодом реорганизации структуры министерства, выдающего лицензии на вещание.
Первая статья об этой системе стереофонического сопровождения в нашем журнале семь лет тому назад называлась «NICAM, но не нам».
Теперь он уже — нам, но, как показала практика, увы, далеко не всем. И пока непонятно, будет ли стереофоническое сопровождение в наземном отечественном телевидении доступно всем до перехода на цифровое телевизионное вещание (DVB), протокол о намерении внедрения которого после 2010 года весной подписало наше правительство.
Российский опыт
Первая попытка внедрения стереозвука в отечественное телевидение была предпринята более сорока лет назад. Когда разрабатывалась наша система стереорадиовещания с полярной модуляцией для диапазона УКВ, то надтональная несущая была специально выбрана равной 31,25 кГц, то есть удвоенной частоте строчной развертки, принятой в отечественном ТВ. Это создавало предпосылки быстрого внедрения стереозвука и в телевидении. Однако дальше благих намерений дело не пошло.
Аналоговое стерео
Специальные телевизоры для России с декодерами NICAM появились только в последнее время. До этого мультисистемные ТВ и видеомагнитофоны поставлялись из Европы, где от них требовалась совместимость с германской аналоговой системой стереосопровождения, разработанной еще в 1975 году и известной под названием А2 или двухтональной (по-немецки — Zweiton). На таких аппаратах присутствует обозначение А2/NICAM, где А2 указывает именно на эту аналоговую систему. В системе А2 для передачи звука используются две поднесущие — 5,5 МГц (монозвук для стандарта B/G) и дополнительная 5,74 МГц. На частоте 5,5 МГц передается суммарный сигнал стереоканалов (это обеспечивает совместимость с существующим парком монотелевизоров), а на дополнительной — только правый канал.
История создания
Система NICAM — не первая разработка исследовательского центра BBC в области цифровой передачи звука. Первой была разработана в 1970 году система Sound in Syncs (SiS), которая использовалась для передачи цифрового звука из студии к ТВ-передатчику. Для того времени это был прорыв новых технологий, и в 1974 году SiS была удостоена национальной королевской премии за технологическое достижение. Позднее система была отмечена престижной в телевизионном мире премией «Эмми». Именно на основе SiS и была разработана система NICAM, предназначенная уже для передачи цифрового звука непосредственно телезрителям.