نيكام

طُرحت الفكرة لأول مرة عام 1964. وفيها، كان من المقرر تطبيق "النطاق" على الإشارة التناظرية قبل محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC) وبعد محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية (DAC) . ^{[ 2 ]} أما تطبيق هذه الفكرة على البث الإذاعي، حيث كان من المقرر إجراء عملية الضغط والتمديد رقميًا بالكامل بعد محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية وقبل محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية، فقد وُصف في تقرير بحثي صادر عن هيئة الإذاعة البريطانية (BBC) عام 1972. ^{[ 3 ]}

كان الهدف الأصلي من نظام NICAM هو تزويد محطات البث بست قنوات صوتية عالية الجودة ضمن نطاق ترددي إجمالي يبلغ 2048  كيلوبت/ثانية. وقد تم اختيار هذا الرقم ليتوافق مع معدل الإرسال المتعدد الأساسي لشبكة E1 ، ويمكن للأنظمة التي تستخدم هذا المعدل الاستفادة من شبكات الاتصالات الوطنية والدولية المخطط لها ضمن مشروع PDH .

طُوّرت عدة أنظمة مماثلة في بلدان مختلفة، وفي حوالي عامي 1977/1978، أجرى قسم الأبحاث في هيئة الإذاعة البريطانية (BBC) اختبارات استماع لتقييمها. وكان المرشحون هم:

• نظام RAI الذي استخدم ضغط A-law لضغط عينات PCM الخطية ذات 14 بت إلى 10 بت (14:10) .
• نظام من نوع NICAM مقترح من Télédiffusion de France (14:9)
• NICAM-1 (13:10)
• NICAM-2 (14:11)
• NICAM-3 (14:10)

تبين أن تقنية NICAM-2 توفر أفضل جودة صوت، لكنها تخفض مستوى الضوضاء المُعدَّلة بالبرنامج إلى مستوى منخفض بشكل غير ضروري على حساب معدل البت. وقد تم اختيار تقنية NICAM-3، التي طُرحت خلال الاختبار لمعالجة هذه المشكلة، كأفضل تقنية. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

يتم ترميز الصوت باستخدام تعديل رمز النبض 14 بت بمعدل أخذ عينات يبلغ 32 كيلو هرتز .

تم تطوير الدور الثاني لتقنية NICAM، وهو البث للجمهور، في ثمانينيات القرن الماضي من قبل هيئة الإذاعة البريطانية (BBC) . عُرف هذا الإصدار باسم NICAM-728، نسبةً إلى معدل نقل البيانات  الذي يبلغ 728 كيلوبت/ثانية . ويستخدم نفس معايير ترميز الصوت المستخدمة في NICAM-3.

كان أول برنامج ستيريو رقمي بتقنية NICAM هو الليلة الأولى من الدورة الثانية والتسعين لحفلات البرومز، والذي بُثّ على قناة BBC2 من محطة كريستال بالاس في لندن في 18 يوليو 1986. مع ذلك، لم يُعلن عن بث البرامج بتقنية الستيريو على BBC إلا يوم السبت 31 أغسطس 1991، حين كانت غالبية أجهزة الإرسال في البلاد قد حُدِّثت لبث NICAM، وكان عدد كبير من برامج BBC يُنتَج بتقنية الستيريو. أما قناتا ITV و Channel 4 فلم تبدآ الإعلان عن هذه التقنية إلا بعد 18 شهرًا، بالتزامن مع قيام هيئة البث المستقلة بتطبيق NICAM تدريجيًا على أساس كل جهاز إرسال على حدة، والذي بدأ في عام 1989 مع جهازي إرسال كريستال بالاس وإملي مور . ^{[ 6 ]}

تم توحيدها تحت مسمى ETS EN 300 163. ^{[ 7 ]}

يتم تشفير حزمة NICAM (باستثناء الرأس) باستخدام مولد بتات شبه عشوائي مكون من تسعة بتات قبل الإرسال.

• ينتج عن بنية مولد الأرقام العشوائية الزائفة هذا تدفق بتات بفترة تكرار تبلغ 511 بت.
• متعددة الحدود للمولد شبه العشوائي هي:${\displaystyle x^{9}+x^{4}+1.}$
• يتم تهيئة مولد الأرقام العشوائية الزائفة بما يلي:${\displaystyle 111111111.}$

إن جعل دفق بتات NICAM يبدو أشبه بالضوضاء البيضاء أمر مهم لأن هذا يقلل من نمط الإشارة على قنوات التلفزيون المجاورة.

• لا يخضع رأس NICAM للتشويش. وهذا ضروري للمساعدة في تثبيت تدفق بيانات NICAM وإعادة مزامنة تدفق البيانات عند جهاز الاستقبال.
• في بداية كل حزمة NICAM، تتم إعادة ضبط سجل الإزاحة لمولد البتات العشوائي الزائف إلى جميع القيم 1.

توجد بعض المشكلات الكامنة المتعلقة بمعالجة الصوت في نظام NICAM في سلسلة الإرسال.

• يقوم نظام NICAM (على عكس معيار القرص المضغوط) بأخذ عينات صوتية 14 بت بمعدل 32  كيلو هرتز.
• يبلغ الحد الأعلى لتردد قناة الصوت NICAM 15  كيلو هرتز بسبب مرشحات منع التداخل في جهاز التشفير.
• يتم ضغط عينات الصوت PCM الأصلية ذات 14 بت رقميًا إلى 10 بتات للإرسال.
• يتم تقسيم عينات الصوت NICAM إلى كتل من 32. إذا كانت جميع العينات في كتلة ما صامتة، بحيث تكون البتات الأكثر أهمية كلها أصفار، فيمكن تجاهل هذه البتات دون أي خسارة.
• في العينات الصوتية الأعلى صوتاً، يتم اقتطاع بعض الأجزاء الأقل أهمية ، على أمل أن تكون غير مسموعة.
• تقوم إشارة تحكم مكونة من 3 بتات لكل كتلة بتسجيل البتات التي تم تجاهلها.
• يضمن الضغط الرقمي (باستخدام منحنى التركيز المسبق CCITT J.17 ) أن خوارزميات التشفير وفك التشفير يمكنها التتبع بشكل مثالي.

تحدد معايير الاتحاد الدولي للاتصالات (وCCITT) أن مستوى طاقة إشارة NICAM يجب أن يكون عند -20  ديسيبل بالنسبة لطاقة حامل الرؤية.

• يجب أن يكون مستوى حامل الصوت أحادي التردد FM على الأقل -13  ديسيبل.
• يُعد قياس مستوى تعديل إشارة NICAM أمرًا صعبًا لأن شكل الموجة الحاملة QPSK NICAM (على عكس أشكال الموجات الحاملة المعدلة AM أو FM) لا يتم بثها بتردد منفصل.

عند قياس مستوى الموجة الحاملة (L) باستخدام محلل الطيف، يمكن حساب المستوى الفعلي للموجة باستخدام الصيغة التالية:

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

1. L(NICAM) = المستوى الفعلي لحامل NICAM [dBμV]
2. L(المقاس) = المستوى المقاس لحامل NICAM [dBμV]
3. R = -3  ديسيبل عرض نطاق الإشارة [كيلوهرتز]
4. BWAnalyser = عرض نطاق محلل الطيف [كيلوهرتز]
5. K = عامل الشكل اللوغاريتمي لمحلل الطيف ~2  ديسيبل

ملاحظة: إذا كانت قيمة BWAnalyser أكبر من R، فإن الصيغة تصبح L(NICAM) = L(Measured) + K

يتم استخدام طريقة المتمم الثنائي لتوقيع العينات، ^{[ 20 ]} بحيث:

• يمثل الرقم 01111111111111 النطاق الكامل الإيجابي
• يمثل الرقم 10000000000000 النطاق الكامل السالب

• يمثل الرقم 00000000000001 جهد 0 فولت، دون تمييز بين + و-. وقد يكون هذا قد نشأ كوسيلة للحد من ظهور أنماط التيار المستمر الناتجة عن نقل المواد الصامتة.
• يمثل الرقم 00000000000000 جهد 0 فولت، بدون تمييز بين + و -
• يمثل الرقم 11111111111111 جهد 0 فولت، بدون تمييز بين + و -

لتعزيز حماية التكافؤ لعينات الصوت، تُحسب بتة التكافؤ على البتات الست العليا فقط من كل عينة NICAM. وقد أظهرت أبحاث BBC NICAM المبكرة أن الأخطاء غير المصححة في البتات الأربع الأقل أهمية أفضل من الحماية الإجمالية المنخفضة التي يوفرها حماية التكافؤ لجميع البتات العشر.

في البداية، كانت أجهزة تسجيل الفيديو المنزلية VHS و Betamax تسجل المسارات الصوتية فقط باستخدام رأس تسجيل خطي ثابت، وهو ما لم يكن كافيًا لتسجيل صوت NICAM، مما حدّ بشكل كبير من جودة الصوت. لاحقًا، أُضيفت ميزة تسجيل الصوت الاستريو عالي الجودة إلى العديد من أجهزة VCR، حيث يتم تعديل تردد مصدر الصوت الاستريو عالي الجودة (عادةً راديو FM أو تلفزيون NICAM) ثم تسجيله، بالإضافة إلى مسارات الصوت والفيديو المعتادة، باستخدام تقنية المسح الحلزوني عالية النطاق الترددي نفسها المستخدمة لإشارة الفيديو. كانت أجهزة VCR كاملة الحجم تستغل الشريط بشكل كامل، لذا كان يتم تسجيل إشارة الصوت عالية الجودة بشكل قطري أسفل إشارة الفيديو، باستخدام رؤوس مسح حلزوني إضافية وتقنية تعدد الإرسال العميق . كما تم تسجيل مسار الصوت الأحادي (وفي بعض الأجهزة، مسار ستيريو غير متوافق مع NICAM وغير عالي الدقة) على المسار الخطي، كما كان سابقًا، لضمان التوافق مع التسجيلات التي تم إجراؤها على أجهزة Hi-Fi عند تشغيلها على أجهزة VCR غير Hi-Fi.

كانت هذه الأجهزة تُوصف غالبًا بأنها "صوت عالي الدقة" أو "صوت FM" / "AFM" (حيث يشير FM إلى "تعديل التردد")، وأحيانًا بشكل غير رسمي باسم "أجهزة تسجيل فيديو نيكام" (نظرًا لاستخدامها في تسجيل إشارة الصوت الإذاعية نيكام). وظلت متوافقة مع مشغلات الفيديو غير عالية الدقة نظرًا لتسجيل المسار الصوتي القياسي أيضًا، واستُخدمت أحيانًا كبديل لأشرطة الكاسيت الصوتية نظرًا لنطاق ترددها الأفضل واستجابتها الترددية المسطحة .

أثناء التسجيل في وضع الفيديو (المتوافق مع DVD-Video )، لا تستطيع معظم مسجلات أقراص DVD تسجيل سوى قناة واحدة من القنوات الثلاث المسموح بها في المعيار (الرقمية 1، الرقمية 2، أحادية تناظرية). أما المعايير الأحدث، مثل DVD-VR ، فتتيح تسجيل جميع القنوات الرقمية (في كلٍ من الوضع الاستريو والوضع ثنائي اللغة)، بينما تُفقد القناة الأحادية.

غالباً ما تقوم برامج الترميز الخاصة بالوسائط الرقمية على أجهزة الكمبيوتر بتحويل NICAM إلى تنسيق صوتي رقمي آخر لتوفير مساحة على القرص الصلب.