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S / PDIF = Sony / Philips数字接口格式(aka SPDIF)

2020-5-11 20:36| 发布者: Purer| 查看: 226| 评论: 0

摘要: 自80年代初以来,通过引入光盘播放器,迈出了迈向数字音频的一步。最初,这些信号留在设备内部,并在离开机柜之前被转换为模拟信号。一种新的趋势是将信号尽可能长时间地保留在数字域中,因为这是保持信号质量的唯一 ...

自80年代初以来,通过引入光盘播放器,迈出了迈向数字音频的一步。最初,这些信号留在设备内部,并在离开机柜之前被转换为模拟信号。一种新的趋势是将信号尽可能长时间地保留在数字域中,因为这是保持信号质量的唯一方法。为了使之成为可能,不同的设备必须能够在数字域内相互通信。

S / PDIF是AES / EBU专业数字音频接口的消费版

S / PDIF在IEC 60958-3:2006中进行了描述。在日本,等效标准是JEITA CPR-1205。

特点

IEC 60958-3指定高达768 kHz的采样频率。

信号比特率:

比特率s用法
2兆赫32 kHz的DSR(数字卫星接收器)
2.8兆赫44.1 kHz的光盘
3.1兆赫48 kHz的DAT

分辨率:最高24位PCM。

可以将音频编码为DTS / AC-3 / ATRAC / AAC / MPEG-2,而不是PCM。

介面

S / PDIF连接有三种不同类型:

  • 声音连接器(电气)
  • TOSLINK连接器(光学)
  • TTL
S / PDIF(IEC 60958-3)
连接器唱机TOSLINK非标
接口不平衡光学的不平衡
布线75Ω同轴1.0毫米塑料光纤 ?
最长长度10米1米 ?
输出水平0.5 V pp ?5 V pp(TTL)
最大输出0.6 V pp ?5 V pp(TTL)
最大电流8毫安 ?X毫安
最小输入pp的 0.2 V ?2 V pp(TTL)
调制双相标记码
子码信息SCMS复制保护信息
最高 解析度20位(24位可选)

唱机

常用的XLR-3麦克风电缆具有各种阻抗等级(典型值为30Ω至90Ω),并且数字传输性能较差。结果是由于AES / EBU 110Ω设备之间的严重阻抗失配(VSWR),导致信号丢失并缩短了电缆长度。一根好的电缆可将AES / EBU信号传输传输数十米。

TOSLINK

TOSLINK =东芝LINK

还有一个S / PDIF接口的光学版本,通常称为TOSLINK,因为它使用TOSLINK光学组件。传输介质为1毫米塑料纤维,信号通过可见光(红色传输LED)传输。光信号的格式与电S / PDIF信号的格式完全相同,只是将它们转换为光信号(光开/关)。由于TOSLINK光纤电缆中的光信号衰减较大,因此使用此技术可以实现的传输距离小于10米(对于某些设备只有几米)。

连接器称为JIS F05(JIS C5974-1993 F05)

TTL电平

CD-ROM单元和声卡(内部)上的2针接头连接器通常是TTL电平。数据格式与其他格式相同。您需要一个适配器将TTL电平信号连接到带唱头或TOSLINK连接器的放大器。

与AES / EBU的比较

两种格式彼此完全兼容,只是子代码信息和连接器不同。专业格式的子代码包含用于源和目标标识的ASCII字符串,而商业格式带有SCMS。

S / PDIF和AES / EBU都可以并且确实传输24位字。在AES / EBU中,后4位具有已定义的用法,因此,如果有人将音频放入其中,则它必须转到不希望标准指定的位置。但是在S / PDIF中,没有什么能说明要使用这些位的内容,因此可以用音频填充它们。典型的S / PDIF设备仅使用16或20位分辨率。尽管许多设备在内部处理中使用的位超过16位,但将输出限制为16位并不罕见。

多声道音频和S / PDIF

IEC 958在1998年被命名为IEC60958。IEC60958(S / PDIF)可以传输常规音频和IEC 61937数据流。IEC 61937数据流可以包含多声道声音,例如MPEG2,AC3或DTS。传输IEC 61937数据流时,通常携带音频样本的位将替换为数据流中的数据位和S / PDIF信号的标头。通道状态信息包含一位(但为1),该位告诉S / PDIF帧中的数据是数字音频还是其他数据(DTS,AC3,MPEG音频等)。该位将告诉普通数字音频设备,因为它们是音频样本,所以它们不尝试播放此数据。(如果由于某种原因发生,听起来真的很可怕)。

既可以处理普通音频又可以处理IEC 61937的设备,只需查看这些标头位即可确定如何处理接收到的数据。

质量

有两点可能会导致数字接口声音之间的差异:

抖动(时钟相位噪声)

这实际上只会影响直接进入DAC的信号声音。如果您正在使用计算机,则计算机实际上将为所有时钟重新计时。同样适用于CD刻录机,DAT磁带座和类似设备。即使是现代DAC,通常也具有较小的缓冲器和时钟恢复电路,因此,抖动已不再是过去的大问题。

失误

这通常会导致声音发生非常显着的变化,通常会发出响亮的爆裂声,但偶尔会产生较小的进攻效果。两者中的任何数据丢失或错误都表明链接非常断开,可能断断续续地丢失了该链接。

比特率

CD播放机的数字输出上的信号看起来几乎是完美的正弦波,振幅为500 mVtt,频率接近3 MHz。

对于每个样本,将传输两个32位字,其比特率为:

2.8224兆位/秒44.1 kHz采样率,CD,DAT
3.0720 Mbit /秒48 kHz采样率,DAT
2.0480 Mbit /秒32 kHz采样率,用于卫星

编码格式

数字信号使用“双相标记代码”(BMC)进行编码,这是一种相位调制。在此系统中,信号的两个零交叉表示逻辑1,一个零交叉表示逻辑0。

BiphaseMarkCode.svg

时钟频率(如果是比特率的两倍)。原始数据的每一位都表示为两个逻辑状态,它们共同构成一个单元。cel的长度(“时隙”)等于数据位的长度。位开始处的逻辑电平始终反转为前一位末尾的电平。位末尾的电平等于(开始发送一个0)或取反(发送一个1)。

32位字的前4位(位0到3)形成一个前同步码,负责同步。该同步模式实际上不携带任何数据,而仅等于四个数据位的长度。它还不使用BMC,因此可能会出现连续包含两个以上0或1的位模式(实际上,它们总是如此)。

共有3种不同的同步模式,但是它们可以以不同的形式出现,具体取决于前一个32位字(奇偶校验)的最后一个单元:

前言细胞顺序细胞顺序
(最后一个单元格“ 0”)(最后一个单元格“ 1”)
“ B”1110100000010111
“ M”1110001000011101
“ W”1110010000011011
前言B在数据块的开头标记一个包含通道A数据的字(左)。
前言M使用不在数据块开头的通道A的数据标记一个单词。
前言W标记一个包含通道B数据的单词。(右,立体声)。
当使用两个以上的通道时,这也可以是任何其他通道(A除外)。

字和块格式

每个样本都以32位字(子帧)的形式发送。这些位的用法如下:

含义
0-3前言(见上文;特殊结构)
4-7辅助音频数据位
8-27样品

(可以使用24位样本(使用4-27位。)
CD播放机仅使用16位,因此仅使用13位(LSB)至27位(MSB)。位4-12设置为0) 。

28有效期

(当该位置1时,接收器不应使用该样本。CD播放机使用“错误标志”来设置该位)。

29子码数据
30频道状态信息
31奇偶校验(不包括位0-3)

所使用的子帧的数量取决于所发送的信道的数量。CD播放器使用通道A和B(左/右),因此每个帧包含两个子帧。一个块包含192帧,并以前同步码“ B”开头:

“ M”通道1“ W”通道2“ B”通道1“ W”通道2“ M”通道1“ W”通道2“ M” ...
框架191框架0框架1
阻止开始

频道状态和子代码信息

在每个块中,传输384位的通道状态和子代码信息。两个子帧的信道状态位相等,因此实际上仅发送了192个有用位:

一点含义
0-1通道状态位:
0位位1
00IEC 60958-3(消费者)
1个0IEC 60958-4(专业)
01个IEC 61397(MPEG / AC-3 / DTS / AAC / ATRAC),IEC 62105等
1个1个SMPTE 337M等
2复制保护。当该位置1时,允许复制。
3使用预加重时设置。
4-70(保留)
9-15类别代码:
  • 0 =通用2通道格式
  • 1 = 2通道CD格式(发送子代码时由CD播放器设置)
  • 2 = 2通道PCM编码器-解码器格式
  • 其他不使用
19-1910(保留)

子代码位可以由制造商随意使用。在1176位的块中使用它们,然后发送16个“ 0”位的同步字

电气接口

S / PDIF信号的电接口可以是75Ω同轴电缆或光纤(通常称为TOSLINK)。通常,消费者模型使用同轴电缆接口,而半专业/专业设备使用光学接口。同轴电缆中的电信号约为500mVtt。

在AES / EBU和S / PDIF接口之间转换

AES / EBU和S / PDIF接口的电气特性有所不同:

  • AES / EBU使用基于XLR连接器的平衡差分线,信号电平为5伏
  • S / PDIF使用带有RCA连接器的同轴不平衡线,信号电平约为0.5伏

您可以使用少量现成的硬件并花费少量时间将一个电接口转换为另一个电接口,如下面的电路所示。

但是AES / EBU和S / PDIF中使用的协议并不完全相同,有时可能会引起问题。AES和S / PDIF的基本数据格式相同。通道状态框中有一个位告诉哪个。根据该位的设置,某些位具有不同的含义。例如,用于描述AES / EBU协议中去加重的位与用于实现S / PDIF域中的SCMS协议的位重叠。

某些设备非常灵活,会拒绝与预期不同的数据。因此,S / PDIF设备可能会拒绝AES / EBU数据。

AES / EBU接口的抖动规格

串行数字音频的AES / EBU标准通常使用163 ns的时钟速率,并允许高达-20 ns的信号抖动。该峰值至40 ns的峰值约为单位间隔的1/4。D / A转换时钟抖动要求非常严格。AES / EBU标准草案规定了D / A转换器时钟的抖动为1 ns。但是,16位音频的理论值可能会低至0.1纳秒。通过使用单独的PLL时钟进行数据恢复和DAC,以及在数据恢复和DAC之间使用缓冲,可以实现小抖动D / A转换。

转换电路

请记住,尽管AES / EBU和S / PDIF接口中的音频数据都相同,但它们的格式实际上是不同的,至少在子代码中是如此。转换为同轴的AES不是S / PDIF,而转换为XLR平衡的S / PDIF不是AES。它们仍然是其原始格式,只是传输介质发生了变化。它们是否将在您的应用程序中起作用取决于所选择的设备。

一些DAT具有一个开关,可以选择一种格式或另一种格式,而与物理接口无关,有些DAT会忽略它们不了解的内容(通常会导致忽略SCMS编码通常会带来积极的好处),而有些确实会干扰“其他”格式格式。但是,简单地修复物理接口的工作往往要比不行。


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