Adaptateur PCM - PCM adaptor
Un adaptateur PCM est un appareil qui encode l'audio numérique en vidéo pour l'enregistrement sur un magnétoscope . L'adaptateur a également la capacité de décoder un signal vidéo en audio numérique pour la lecture. Ce système audio numérique était utilisé pour le mastering des premiers disques compacts .
Opération
L' audio de modulation par impulsions et codage (PCM) de haute qualité nécessite une bande passante considérablement plus large qu'un signal audio analogique ordinaire. Par exemple, un signal PCM 16 bits nécessite une bande passante analogique d'environ 1-1,5 MHz par rapport à environ 15-20 kHz de bande passante analogique requise pour un signal audio analogique. Un enregistreur audio analogique standard ne peut pas répondre à cette exigence. Une solution trouvée au début des années 1980 consistait à utiliser un magnétoscope, capable d'enregistrer des signaux avec une bande passante plus élevée.
Un moyen de convertir l'audio numérique en format vidéo était nécessaire. Un tel système d'enregistrement audio comprend deux dispositifs : l'adaptateur PCM, qui convertit l'audio en pseudo-vidéo, et le magnétoscope. Un adaptateur PCM effectue une conversion analogique-numérique produisant une série de chiffres binaires, qui, à leur tour, sont codés et modulés en un signal vidéo noir et blanc , apparaissant comme un motif en damier vibrant, qui peut ensuite être enregistré comme un signal vidéo .
La plupart des adaptateurs PCM vidéo enregistrent l'audio à 14 bits par échantillon et à une fréquence d'échantillonnage de 44,056 kHz pour les pays EIAN (ou 44,1 kHz pour les pays CCIR). 16 bits par échantillon également, mais n'utilisait que 14 bits pour l'audio, les 2 bits restants étant utilisés pour la correction d'erreurs en cas d' abandon ou d'autres anomalies présentes sur la bande vidéo.
Fréquence d'échantillonnage
L'utilisation de la vidéo pour l'adaptateur PCM permet d'expliquer le choix de la fréquence d'échantillonnage pour le CD, car le nombre de lignes vidéo, la fréquence d'images et les bits par ligne finissent par dicter la fréquence d'échantillonnage que l'on peut atteindre, cette fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz était ainsi adopté dans le disque compact , car à cette époque, il n'y avait pas d'autre moyen pratique de stocker le son numérique que par une combinaison de convertisseur PCM et de magnétoscope.
Il est plus simple d'utiliser le même nombre de lignes dans chaque champ et, surtout, il a été décidé d'adopter un taux d'échantillonnage pouvant être utilisé à la fois sur les équipements NTSC (monochrome) et PAL. Étant donné que NTSC a une fréquence de trame de 60 Hz et PAL a une fréquence de trame de 50 Hz, leur multiple le moins commun est de 300 Hz, et avec 3 échantillons par ligne, cela donne une fréquence d'échantillonnage qui est un multiple de 900 Hz. Pour NTSC, la fréquence d'échantillonnage est de 5 m × 60 × 3, où 5 m est le nombre de lignes actives par champ, qui doit être un multiple de 5 (le reste utilisé pour la synchronisation), et pour PAL, la fréquence d'échantillonnage est de 6 n × 50 × 3, où 6 n est le nombre de lignes actives par trame, qui doit être un multiple de 6. Les taux d'échantillonnage qui satisfont à ces exigences – au moins 40 kHz (pour coder des sons jusqu'à 20 kHz), pas plus de 46,875 kHz (ne nécessitant pas plus de 3 échantillons par ligne en PAL) et un multiple de 900 Hz (pour permettre l'encodage à la fois en NTSC et en PAL) sont donc 40,5, 41,4, 42,3, 43,2, 44,1, 45, 45,9 et 46,8 kHz. Les plus bas sont éliminés en raison des filtres passe-bas nécessitant une bande de transition, tandis que les plus élevés sont éliminés en raison de la nécessité de certaines lignes pour l'intervalle de suppression verticale ; 44,1 kHz était le taux utilisable le plus élevé, et a finalement été choisi.
Les fréquences d'échantillonnage de 44,1 et 44,056 kHz étaient donc le résultat d'un besoin de compatibilité avec les formats vidéo 25 images ( CCIR 625/50 pays) et 30 images noir et blanc ( EIAN 525/60 pays) utilisés pour le stockage audio à le temps.
Format vidéo
Les échantillons audio sont enregistrés comme s'ils se trouvaient sur les lignes d'un balayage de trame vidéo, comme suit : les normes vidéo analogiques représentent la vidéo à une fréquence de trame de 60 Hz ( NTSC , Amérique du Nord – ou 60/1,001 Hz 59,94 Hz pour NTSC couleur ) ou 50 Hz ( PAL , Europe), ce qui correspond à une fréquence d' images de 30 images par seconde (image/s) ou 25 images/s - chaque champ est la moitié des lignes d'une image entrelacée (en alternant les lignes impaires et les lignes paires lignes). Chacun de ces champs est à son tour composé de lignes - une trame de 625 lignes pour PAL et 525 lignes pour NTSC, bien que certaines des "lignes" servent en fait à synchroniser le signal, et un champ comprend la moitié des lignes visibles dans un balayage vertical . Des échantillons audio numériques sont ensuite codés le long de chaque ligne, permettant ainsi la réutilisation des circuits de synchronisation existants - en tant que vidéo, les images résultantes ressemblent à des lignes de points binaires noirs et blancs (plutôt gris) le long de chaque ligne de balayage. La fréquence de ligne (lignes par seconde) était de 15 625 Hz pour PAL (625 × 50/2), 15 750 Hz pour 60 Hz (monochrome) NTSC (525 × 60/2) et 15 750/1,001 Hz (environ 15 734,26 Hz) pour 59,94 (couleur) NTSC, et donc pour enregistrer l'audio au-delà de 40 kHz requis, encoder plusieurs échantillons par ligne, 3 échantillons par ligne étant suffisants, ce qui donne jusqu'à 15 625 × 3 = 46 875 pour PAL et 15 750 × 3 = 47 250 pour NTSC. Il est souhaitable de minimiser le nombre d'échantillons par ligne, afin que chaque échantillon puisse avoir plus d'espace qui lui soit consacré, ce qui permet d'avoir plus facilement une profondeur de bits plus élevée (16 bits, plutôt que 14 ou 12 bits, disons) et une meilleure erreur tolérance, et en pratique, le signal était stéréo, nécessitant 3 × 2 = 6 échantillons par ligne. Cependant, certaines de ces lignes sont dédiées à la synchronisation (verticale) : en particulier, les lignes pendant l' intervalle de suppression verticale (VBI) n'ont pas pu être utilisées, donc un maximum de 490 lignes par trame (245 lignes par trame) pourrait être utilisé en NTSC , et environ 588 lignes par image (294 lignes par trame) sur PAL (notez qu'en vidéo, PAL a (jusqu'à) 575 lignes visibles alors que NTSC en a jusqu'à 485)
Des modèles
Le Sony PCM-1600 a été le premier enregistreur vidéo 16 bits commercial. Le 1600 (et ses versions ultérieures, les 1610 et 1630) utilisaient des magnétoscopes spéciaux au format U-matic (alias "3/4" ou "trois quarts") également fournis par Sony pour les transports , comme le BVU-200B ( le premier modèle de magnétoscope optimisé pour fonctionner et vendu avec le PCM-1600 en 1979), le BVU-800DA, le VO-5630DA et les derniers DMR-2000 et DMR-4000, qui étaient basés sur le VO-5850 et les machines vidéo de diffusion BVU-800 respectivement. Il s'agissait essentiellement de versions modifiées des enregistreurs vidéo Sony U-Matic existants adaptés pour être utilisés avec les adaptateurs de la série 1600 en désactivant les circuits de compensation de chrominance et de décrochage des magnétoscopes, ce qui gênerait l'enregistrement correct des données audio numériques basées sur la vidéo monochrome des adaptateurs de la série 1600. Le BVU-200B fourni avec le PCM-1600 a également été modifié pour que son point de commutation de la tête vidéo soit déplacé vers l' intervalle de suppression vertical du signal vidéo à support audio numérique enregistré pour éviter des erreurs ou des interférences avec le numérique l données audio. Le montage a été réalisé en utilisant un adaptateur de la série 1600 et au moins 2 de ces magnétoscopes avec un contrôleur de montage DAE-3000. La série 1600 a été le premier système utilisé pour le mastering des disques compacts audio au début des années 1980 par de nombreuses grandes maisons de disques, les bandes audio numériques finales au format U-matic 1600 étant envoyées aux usines de pressage de CD pour être enregistrées sur un disque maître en verre. utilisé pour créer les CD répliqués.
Plusieurs modèles semi-professionnels/grand public d'adaptateur PCM ont également été commercialisés par Sony :
- Sony PCM-1 (le premier modèle commercialisé par les consommateurs, introduit en 1977)
- Sony PCM-F1 (vendu avec un magnétoscope au format Betamax , le Sony SL-2000 ou SL-F1e, pour l'enregistrement et la lecture)
- Sony PCM-100
- Sony PCM-501ES
- Sony PCM-601 (entrée et sortie audio numérique SPDIF incluses)
- Sony PCM-701
Technics a également fabriqué un adaptateur PCM portable alimenté par batterie, le SV-100, un adaptateur composant hi-fi, le SV-110, et une version avec un transport de cassette vidéo VHS intégré , le SV-P100. Tous les adaptateurs PCM Technics (Panasonic) sont limités à une résolution de 14 bits. Les autres marques et modèles d'adaptateurs PCM proposés sur le marché étaient le Nakamichi DMP-100, le Sharp RX-3, le Sansui PC-X1 et le Hitachi PCM-V300.
dbx, Inc. a également fabriqué un pseudo-adaptateur vidéo, le modèle 700 . Il différait des modèles énumérés ci-dessus par le fait qu'il n'utilisait pas de PCM, mais plutôt une modulation delta-sigma . Cela a abouti à un enregistrement numérique de meilleure qualité avec une plage dynamique plus large que ce que la modulation PCM standard pourrait offrir. Comme un adaptateur PCM standard, le modèle 700 utilisait également un magnétoscope pour le transport.
Obsolescence
En 1987, quelques années après l'introduction de l'adaptateur PCM, Sony a introduit un nouveau format à base de cassette pour l'enregistrement audio numérique appelé Digital Audio Tape (DAT). Comme le DAT ne reposait pas sur un magnétoscope séparé, il s'agissait d'un format beaucoup plus portable et moins encombrant à utiliser qu'un système basé sur un adaptateur PCM. Les enregistreurs DAT avaient leur propre transport intégré utilisant une petite cassette unique au format. DAT a utilisé une bande de 4 millimètres (0,16 po) de largeur chargée dans une cassette de 73 mm × 54 mm × 10,5 mm (2,87 po x 2,12 po x 0,41 po). Les données audio ont été enregistrées sur la bande en utilisant un enregistrement à balayage hélicoïdal , de la même manière qu'un magnétoscope connecté à un adaptateur PCM enregistrerait sur une bande vidéo. Essentiellement, DAT était une version modernisée, intégrée et miniaturisée d'un système basé sur un adaptateur PCM.
Comme un adaptateur PCM, le DAT ne pouvait enregistrer que 2 pistes audio à la fois, mais la taille réduite de l'équipement et du support, ainsi que la possibilité d'accepter plusieurs taux d'échantillonnage et d'autres flexibilités, offraient au DAT de nombreux avantages par rapport à l'adaptateur PCM. systèmes.
Des enregistreurs numériques capables d'enregistrer plusieurs pistes, tels que le format ProDigi de Mitsubishi et le format DASH de Sony , sont également devenus disponibles sur le marché de l'audio professionnel à peu près en même temps que l'introduction des adaptateurs PCM. D'autres systèmes d'enregistrement audio numérique sur bande ont surmonté des problèmes qui rendaient les enregistreurs analogiques typiques incapables de répondre aux demandes de bande passante (gamme de fréquences) de l'enregistrement numérique par une combinaison de vitesses de bande plus élevées, d'espaces de tête plus étroits utilisés en combinaison avec des bandes à formulation métallique, et le diffusion des données sur plusieurs pistes parallèles.
Malgré l'obsolescence, les amateurs sont toujours capables d'utiliser des DVD ou des disques Blu-ray modernes comme support de transport pour l'encodage vidéo de flux audio numériques.