數字音頻接口和數字音頻格式(硬件)

1、數字音頻接口和數字音頻格式目前在數字音頻應用領域中，數字音頻接口數據格式標準有很多，以下是一些主要標準的簡單介紹。AES/EBU是美國和歐洲錄音師協(xié)會制定的一種高級的專業(yè)數字音頻數據格式，插口硬件主要為卡儂口，目前用于一些高級專業(yè)器材，如專業(yè)DAT、頂級采樣器、大型數字調音臺、專業(yè)音頻工作站等。S/PDIF是Sony和飛利浦公司制定的一種音頻數據格式，主要用于民用和普通專業(yè)領域，插口硬件使用的是光纜口或同軸口，現在的DAT、CD機和MD機和計算機聲卡音頻數字輸入輸出口都普遍使用S/PDIF格式。ADAT（又稱Alesis多信道光學數字接口）是美國Alesis公司開發(fā)的一種數字音頻信號格式，因為

2、最早用于該公司的ADAT八軌機，所以就稱為ADAT格式，該格式使用一條光纜傳送八個聲道的數字音頻信號，由于連接方便、穩(wěn)定可靠，現在已經成為了一種事實上的多聲道數字音頻信號格式，越來越廣泛地使用在各種數字音頻設備上，目前許多公司的多聲道數字音頻接口，像Frontier公司的一系列產品，使用的都是ADAT口。TDIF是*Tascam公司開發(fā)的一種多聲道數字音頻格式，使用25針類似于計算機串行線的線纜來傳送八個聲道的數字信號。TDIF的命運與ADAT正好相反，在推出以后TDIF沒有獲得其它廠家的支持，目前已經越來越少地被各種數字設備所采用。R-BUS是Roland公司新推出的一種八聲道數字音頻格式，

3、也被稱為RMDB II。它的插口和線纜都與TASCAM公司的TDIF相同，傳送的也是八聲道的數字音頻信號，但它有兩個新增的功能。第一，R-BUS端口也可供電，這樣當你將一些小型器材連接在其上使用時，這些器材可以不用插電。第二，除數字音頻信號外，R-BUS還可以同時傳送運行控制和同步信號。這樣，當兩件設備以R-BUS口連接時，在一臺設備上就可以控制另一臺設備。比如你將Roland公司最新的VSR-880多軌機通過R-BUS連在Roland的VM系列調音臺上時，你就可以在VM調音臺上直接控制多軌機的運行。AES/EBU標準AES/EBU的全稱是Audio Engineering Society/E

4、uropean Broadcast Union（音頻工程師協(xié)會/歐洲廣播聯盟），現已成為專業(yè)數字音頻較為流行的標準。大量民用產品和專業(yè)音頻數字設備如CD機、DAT、MD機、數字調音臺、數字音頻工作站等都支持AES/EBU。AES/EBU是一種通過基于單根絞合線對來傳輸數字音頻數據的串行位傳輸協(xié)議。它無須均衡即可在長達100m的距離上傳輸數據，如果均衡，可以傳輸更遠距離。它提供兩個信道的音頻數據（最高24比特量化），信道是自動計時和自同步的。它也提供了傳輸控制的方法和狀態(tài)信息的表示(channel status bit)和一些誤碼的檢測能力。它的時鐘信息是由傳輸端控制，來自AES/EBU的位流。

5、它的三個標準采樣率是32kHz、44.1kHz、48kHz，當然許多接口能夠工作在其它不同的采樣率上。AES/EBU提供“專業(yè)”和“消費”兩種模式。它們兩者最大的不同在于信道狀態(tài)位格式的提供上。專業(yè)模式的狀態(tài)位格式里包括數字信道的源和目的地址、日期時間碼、采樣點數、字節(jié)長度和其它信息。消費模式包括的東西就比較少，但包含了拷貝保護信息。另外，AES/EBU標準提供“用戶數據”，在它的位流里包含用戶說明（例如廠商說明等）。圖1是AES/EBU專業(yè)格式24字節(jié)信道狀態(tài)數據塊的一部分。字節(jié) 比特0 1 2 3 4 5 6 7 0 PRO=1 音頻？ 加重 鎖定 取樣頻率 1 聲道模式 用戶比特管理 2

6、 輔助比特的使用 音頻取樣長度 保留 3 專供說明多聲道錄音之用 4 音頻基準 保留 5 保留AES/EBU的普通物理連接媒質有：（1）平衡或差分連接，使用XLR（卡儂）連接器的三芯話筒屏蔽電纜，參數為阻抗110，電平范圍0.2V5Vpp，抖動為20ns。（2）單端非平衡連接，使用RCA插頭的音頻同軸電纜。（3）光學連接，使用光纖連接器。S/PDIF標準S/PDIF的全稱是Sony/Philips Digital Interface Format，由于被廣泛采用，它成為事實上的民用數字音頻格式標準，大量的消費類音頻數字產品如民用CD機、DAT、MD機、計算機聲卡數字口等都支持S/PDIF，在不

7、少專業(yè)設備上也有該標準的接口。S/PDIF格式和AES/EBU有略微不同的結構。音頻信息在數據流中占有相同位置，使得兩種格式在原理上是兼容的。在某些情況下AES/EBU的專業(yè)設備和S/PDIF的用戶設備可以直接連接，但是并不推薦這種做法，因為在電氣技術規(guī)范和信道狀態(tài)位中存在非常重要的差別，當混用協(xié)議時可能產生無法預知的后果。圖3是S/PDIF的24字節(jié)信道狀態(tài)數據塊的一部分。字節(jié) 比特 0 1 2 3 4 5 6 7 0 PRO=0 音頻？ 拷貝 加重 模式 1 類別代號 一般標準 2 信號源數 聲道數 3 取樣頻率 鐘頻精度 保留S/PDIF的普通物理連接媒質主要是采用捆緊式/光學波導連接設

8、備，如采用BNC連接器的75同軸電纜，電平范圍0.2V5Vpp，距離在10m內；還可選用光學Toslink接頭和塑料光纜，距離小于1.5m；如果大于1km的距離，可使用玻璃光纜和使用編解碼器。隨著計算機多媒體和網絡技術的發(fā)展，數字音頻設備逐漸進入千家萬戶。在聽MP3、欣賞Flash動畫，在享用著CD、MD、手機或者錄音筆等數字音頻設備的時候，我們一定會很奇怪：這些聲音到底是以什么形式存在著？ 首先，我們來明確一下數字音頻的概念，它是指一個用來表示聲音強弱的數據序列，由模擬聲音經抽樣、量化和編碼后得到的。簡單地說，數字音頻的編碼方式就是數字音頻格式，我們所使用的不同的數字音頻設備一般都對應著不同

9、的音頻文件格式。常見的數字音頻格式有：1. WAV格式是微軟公司開發(fā)的一種聲音文件格式，也叫波形聲音文件，是最早的數字音頻格式，被Windows平臺及其應用程序廣泛支持。WAV格式支持許多壓縮算法，支持多種音頻位數、采樣頻率和聲道，采用44.1kHz的采樣頻率，16位量化位數，因此WAV的音質與CD相差無幾，但WAV格式對存儲空間需求太大不便于交流和傳播。2. MIDI是Musical Instrument Digital Interface的縮寫，又稱作樂器數字接口，是數字音樂/電子合成樂器的統(tǒng)一國際標準。它定義了計算機音樂程序、數字合成器及其它電子設備交換音樂信號的方式，規(guī)定了不同廠家的電

10、子樂器與計算機連接的電纜和硬件及設備間數據傳輸的協(xié)議，可以模擬多種樂器的聲音。MIDI文件就是MIDI格式的文件，在MIDI文件中存儲的是一些指令。把這些指令發(fā)送給聲卡，由聲卡按照指令將聲音合成出來。3. 大家都很熟悉CD這種音樂格式了，擴展名CDA，其取樣頻率為44.1kHz，16位量化位數。CD存儲采用了音軌的形式，又叫“紅皮書”格式，記錄的是波形流，是一種近似無損的格式。4. MP3全稱是MPEG-1 Audio Layer 3，它在1992年合并至MPEG規(guī)范中。MP3能夠以高音質、低采樣率對數字音頻文件進行壓縮。換句話說，音頻文件(主要是大型文件，比如WAV文件）能夠在音質丟失很小的

11、情況下(人耳根本無法察覺這種音質損失)把文件壓縮到更小的程度。5. MP3Pro是由瑞典Coding科技公司開發(fā)的，其中包含了兩大技術：一是來自于Coding科技公司所特有的解碼技術，二是由MP3的專利持有者法國湯姆森多媒體公司和德國Fraunhofer集成電路協(xié)會共同研究的一項譯碼技術。MP3Pro可以在基本不改變文件大小的情況下改善原先的MP3音樂音質。它能夠在用較低的比特率壓縮音頻文件的情況下，最大程度地保持壓縮前的音質。6. WMA (Windows Media Audio)是微軟在互聯網音頻、視頻領域的力作。WMA格式是以減少數據流量但保持音質的方法來達到更高的壓縮率目的，其壓縮率一

12、般可以達到1:18。此外，WMA還可以通過DRM（Digital Rights Management）方案加入防止拷貝，或者加入限制播放時間和播放次數，甚至是播放機器的限制，可有力地防止盜版。7. MP4采用的是美國電話電報公司（AT&T）所研發(fā)的以“知覺編碼”為關鍵技術的a2b音樂壓縮技術，由美國網絡技術公司(GMO)及RIAA聯合公布的一種新的音樂格式。MP4在文件中采用了保護版權的編碼技術，只有特定的用戶才可以播放，有效地保證了音樂版權的合法性。另外MP4的壓縮比達到了1:15，體積較MP3更小，但音質卻沒有下降。不過因為只有特定的用戶才能播放這種文件，因此其流傳與MP3相比差距甚遠。8

13、. SACD（SASuperAudio）是由Sony公司正式發(fā)布的。它的采樣率為CD格式的64倍，即2.8224MHz。SACD重放頻率帶寬達100kHz，為CD格式的5倍，24位量化位數，遠遠超過CD，聲音的細節(jié)表現更為豐富、清晰。9. QuickTime是蘋果公司于1991年推出的一種數字流媒體，它面向視頻編輯、Web網站創(chuàng)建和媒體技術平臺，QuickTime支持幾乎所有主流的個人計算平臺，可以通過互聯網提供實時的數字化信息流、工作流與文件回放功能?，F有版本為QuickTime 1.0、2.0、3.0、4.0和5.0，在5.0版本中還融合了支持最高A/V播放質量的播放器等多項新技術。10.

14、 VQF格式是由YAMAHA和NTT共同開發(fā)的一種音頻壓縮技術，它的壓縮率能夠達到1:18，因此相同情況下壓縮后VQF的文件體積比MP3小30%50%，更便利于網上傳播，同時音質極佳，接近CD音質(16位44.1kHz立體聲)。但VQF未公開技術標準，至今未能流行開來。11. DVD Audio 是新一代的數字音頻格式，與DVD Video尺寸以及容量相同，為音樂格式的DVD光碟，取樣頻率為“48kHz/96kHz/192kHz”和“44.1kHz/88.2kHz/176.4kHz”可選擇，量化位數可以為16、20或24比特，它們之間可自由地進行組合。低采樣率的192kHz、176.4kHz雖

15、然是2聲道重播專用，但它最多可收錄到6聲道。而以2聲道192kHz/24b或6聲道96kHz/24b收錄聲音，可容納74分鐘以上的錄音，動態(tài)范圍達144dB，整體效果出類拔萃。12. Sony公司的MD（MiniDisc）大家都很熟悉了。MD之所以能在一張小小的盤中存儲6080分鐘采用44.1khz采樣的立體聲音樂，就是因為使用了ATRAC算法（自適應聲學轉換編碼）壓縮音源。這是一套基于心理聲學原理的音響譯碼系統(tǒng)，它可以把CD唱片的音頻壓縮到原來數據量的大約1/5而聲音質量沒有明顯的損失。ATRAC利用人耳聽覺的心理聲學特性（頻譜掩蔽特性和時間掩蔽特性）以及人耳對信號幅度、頻率、時間的有限分辨

16、能力，編碼時將人耳感覺不到的成分不編碼，不傳送，這樣就可以相應減少某些數據量的存儲，從而既保證音質又達到縮小體積的目的。13. RealAudio是由Real Networks公司推出的一種文件格式，最大的特點就是可以實時傳輸音頻信息，尤其是在網速較慢的情況下，仍然可以較為流暢地傳送數據，因此RealAudio主要適用于網絡上的在線播放?，F在的RealAudio文件格式主要有RA(RealAudio)、RM（RealMedia，RealAudio G2）、RMX(RealAudio Secured)等三種，這些文件的共同性在于隨著網絡帶寬的不同而改變聲音的質量，在保證大多數人聽到流暢聲音的前提

17、下，令帶寬較寬敞的聽眾獲得較好的音質。14. Liquid Audio是一家提供付費音樂下載的網站。它通過在音樂中采用自己獨有的音頻編碼格式來提供對音樂的版權保護。Liquid Audio的音頻格式就是所謂的LQT。如果想在PC中播放這種格式的音樂，你就必須使用Liquid Player和Real Jukebox其中的一種播放器。這些文件也不能夠轉換成MP3和WAV格式，因此這使得采用這種格式的音頻文件無法被共享和刻錄到CD中。如果非要把Liquid Audio文件刻錄到CD中的話，就必須使用支持這種格式的刻錄軟件和CD刻錄機。15. Audible擁有四種不同的格式：Audible1、2、3

18、、4。A網站主要是在互聯網上販賣有聲書籍，并對它們所銷售商品、文件通過四種A 專用音頻格式中的一種提供保護。每一種格式主要考慮音頻源以及所使用的收聽的設備。格式1、2和 3采用不同級別的語音壓縮，而格式4采用更低的采樣率和MP3相同的解碼方式，所得到語音吐辭更清楚，而且可以更有效地從網上進行下載。Audible 所采用的是他們自己的桌面播放工具，這就是Audible Manager，使用這種播放器就可以播放存放在PC或者是傳輸到便攜式播放器上的Audible格式文件。16VOC文件，在DOS程序和游戲中常會遇到這種文件，它是隨聲霸卡一起產生的數字聲音文件，與WAV文件的結構相似，可以通過一些工具軟件方便地互相轉換。17AU文件，在Internet上的多媒體聲音主要使用該種文件。AU文件是UNIX操作系統(tǒng)下的數字聲音文件，由于早期Internet上的Web服務器主要是基于UNIX的，所以這種文件成為WWW上唯一使用的標準聲音文件。18AIFF(.AIF) 是蘋果公司開發(fā)的聲音文件格式，被Macintosh平臺和應用程序所支持。19 Am