数字音频设备之间传输信号的两种方法

2446320 · 发表于 2010-8-2

数字音频设备之间传输信号的两种方法
(1) 用电缆传输电信号；
(2) 用光缆将"0"、"1"信号以光的灭、亮形式来传输。
无论哪种形式的数字传输，其信号格式均如图1所示。现有的电缆传输数字接口的种类很多，详见表1。这些数字接口都能传送至少16b分辨率的数字信号，并且能够工作于44.1kHz和48kHz的标准采样频率之下；如果必要的话，还能工作在32kHz，并带有一定的容限范围，以便进行变速操作。大多数标准只是针对某个或双通道的，但其中也有多通道的接口，这就是所谓的多通道数字接口(Multichannel Audio Interface, MADI)。
1. AES/EBU接口(AES3-1992)-对于AES/EBU接口，在AES3-1992、IEC958(类型1)、CCIR Rec647和EBU Tech3250E中所述基本上是一致的，它可以通过一个平衡接口来串行传送两通道的数字声频信号(A和B)。它采用平衡的驱动器和接收器，与用于RS422数字传输的标准类似，其输出电平为2~7V，如图2所示。这种接口允许的两通道声频信号转送的距离可以达到100m，更长的距离则需要采用相应的线缆、均衡和端口。一般使用标准的XLR-3接口，并标有DI(数字输入)和DO(数字输出)。
每个音频采样包含在"子帧"中(如图3所示)，而每个子帧以三种同步型中的一种来开始。这样，便标志出采样是A通道还是B通道的，亦标志出新通道状态块的开始(如图4所示)。另外的附加数据也包含在子帧中，它是一个4b的辅助数据，此外在每个子帧中还有一个有效比特(V)、一个用户比特(U)、一个通道状态比特(C)和一个奇偶校验比特(P)，它们共同组成了一个32b的子帧和一个64b的帧。一帧(包含了两个声音采样)的数据在一个音频采样周期内被传送出去，所以数据率是随采样率变化的。C在接收器上被组合在一起，每192b构成一个24B字，这个字中的每个比特均与接口工作的特定功能相关联。
双相位标志通道编码与通道编码相同，用于SMPTE/EBU时间码的编码。这种编码方式为了保证数据能够自锁定，带宽有限、无直流成分和无极性相关性。如图5示，接口必须能够适应各种线材和所推荐的标称110W的特性阻抗。最初(AES3-1985)有多达4台具有标称输入阻抗为250W的接收器，能够通过一根专业接口电缆连接起来，但最近对推荐标准进行了修订，对于每个发送器只有一个单独接收器的用法，其接收器的标准输入阻抗为100W。
2. 标准型民用接口(IEC958，类型2):民用型接口(其历史与SPDIF-Sony/Philips数字接口有关)与专业的AES/EBU接口非常相似，它采用特性阻抗为75W的同轴电缆来进行不平衡的电气连接，如图6所示。这种接口常用于准专业级或民用级数字音频设备的技术规格中，比如CD放音机和DAT机。通常其端口采用的是RCA型唱机接口。实用中通常使用格式转换器来将民用格式的信号转换为专业格式的信号，或反过来进行，并且可以在电气和光格式间进行转换。

民用接口的子帧数据格式与专业接口所用的完全一样，但是通道状态的实现却几乎完全不同。民用接口通道状态的第二个字节已经留给了"种类码"的指示，它们是被设定成表示民用应用的种类的。目前，所定义的种类码有：一般种类(00000000)、CD类(10000000)和DAT类(11000000)。一旦种类码确定下来，接收器便可以根据种类码的情况以不同方式对通道状态的某些比特进行译码处理。例如，在使用CD时，来自CD的"Q"通道子码的4个控制比特被输入到通道状态块的头4个控制比特中。在民用接口设备中，它按照串行复制管理系统(Serial Copy Management System, SCMS)的规定也被用来进行复制保护。民用接口的用户比特常常被用来传送由记录的子码产生的信息，比如轨号和提示点数据。

2446320 · 发表于 2010-8-3

3. 专用接口:最常见的是Sony和Philips的SPDIF-2，它用每根电缆来传送最高为20b分辨率的一个通道的数字音频信息(尽管大多数的设备仅采用16b)。在大多数双通道设备中，接口是不平衡式的，并采用75W同轴电缆75W BNC型接口端子，每个通道一个。电平为TTL兼容电平(0~5V)。与音频通道接口端子相匹配的还有一个用来传送字时钟信号的接口端子--字时钟是采样频率的方波信号，它用来同步接收器的采样时钟。也有符合RS422标准的多通道电气接口，这种接口采用D型多通路端子，仍要单独用一个BNC接口端子来传送字时钟。SPDIF-2接口主要用于由Sony专业数字音频设备向外传送音频数据，尤其是在PCM-1610和1630 CD母板PCM转换器上。有时这种接口也出现在与Sony设备连接的其它专业音频设备上。
如今，其它厂家的专用接口也已大量出现--尤其是在那些低成本的数字音频设备上，这其中有YAMAHA和TASCAM。现在可以使用已经商业化的接口转换器将这种设备与使用标准接口的其它设备简单互连起来。
4. 标准多通道接口(AES10-1991):它是以双通道AES/EBU接口为基础而制定的。其设计对AES/EBU数据是透明的，并且已经应用到大规模数字跳线系统和多通道数字设备互连中。MADI采用更高的数据率来传送更大的信息量，它可以通过一条75W的同轴电缆或光纤来串行传送56个通道的音频数据，每个通道的一个采样都能够在一个音频采样周期内传送出去。
不管采样率或通道数目如何，MADI传送数据率固定为125Mb/s，但由于采用了4/5b编码方案，所以实际的传送率为100Mb/s。在这种通道编码方式中，每32b子帧被划分为4b字，然后按照查对表来编码成5b字，这样做的目的是维持码字中的低直流成分。同步符号(1100010001)每帧至少插入一次，假如没有采用连接的全带宽，那么多余的同步信号被插入后便要占去总线的容量，典型的MADI配置如图所示。
MADI数据通信格式与双通道不同，由透明异步发送器/接收器接口(Transparent Asynchronous Xmitter/Receiver Interface，TAXI)芯片来承担异步的连接，它可以自动识别插入的同步信号，并且发送器和接收器将被锁定到共同的同步时钟上(以AES/EBU参考信号的形式)。它采用BNC 75W接口端子，并且最长的同轴电缆长度不超过50m(用光缆互连，可以传送更远的距离)。调制方法为NRZI(NRZI用高、低电平的瞬态变化来代表2进制的"1"，而无瞬态变化则代表"0")。由于接口的异步性，要在连接的两端使用缓冲器，以便数据能够由时钟来重新调整，并以正确的数据率由缓冲器输出；在接收端，数据在同步信号的控制下锁定。
以上是对计算机与音响设备接口的一些简单论述。当然，接口还有很多种类，如光信号接口等。我们这里只是针对日常工作中常见的接口形式简单讨论。随着数字技术的日益普及，数字接口技术也将更加完善，更加规范。

daw572 · 发表于 2010-8-3

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