數(shù)字音頻設(shè)備間的連接

數(shù)字音頻設(shè)備間的連接

在禮堂里，需要連接不同的數(shù)字音頻設(shè)備。這些設(shè)備包括數(shù)字錄音、數(shù)字視頻錄制系統(tǒng)、調(diào)音臺(tái)等。數(shù)字音頻信號(hào)的帶寬接近視聽(tīng)音樂(lè)的信噪比，因此只能使用簡(jiǎn)單的連接。否則，接收點(diǎn)的數(shù)字波形就會(huì)發(fā)生變化。在采用電纜連接不同的電視設(shè)備傳輸數(shù)字音頻信號(hào)時(shí),有兩種接口類型。第一種雙絞線的平衡方式傳輸信號(hào),電纜連接頭是XLR型,由AES/EBU(AudioEngineeringSociety即美國(guó)音頻工程協(xié)會(huì)和EuropeanBroadcastUnion即歐洲廣播聯(lián)盟)規(guī)定;第二種是使用同軸電纜的非平衡方式傳輸信號(hào),電纜連接頭是BNC型,由SMPTE276M建議規(guī)定。我國(guó)廣電總局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T158-2000《演播室數(shù)字音頻信號(hào)接口》(Digitalaudiosignalinterfaceforbroadcastingstudios)是參照AES/EBU標(biāo)準(zhǔn)制定的。1數(shù)字色散1.1u數(shù)字設(shè)備接口協(xié)議如圖所示為一個(gè)AES/EBU編碼器對(duì)數(shù)據(jù)樣值進(jìn)行編碼的簡(jiǎn)單框圖(圖1）。AES/EBU數(shù)字音頻接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)傳輸和接收數(shù)字音頻信號(hào)的數(shù)字設(shè)備接口協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,音頻數(shù)據(jù)必須以2的補(bǔ)碼編碼,傳輸介質(zhì)是電纜,在串行傳輸16bit-20bit的并行字節(jié)時(shí)先傳輸最低有效位,必須加入字節(jié)時(shí)鐘標(biāo)志以表明每個(gè)樣值的開始,最后的數(shù)據(jù)流為雙相標(biāo)志碼編碼等。1.2數(shù)字音頻信號(hào)強(qiáng)度接口可以對(duì)取樣頻率為48Khz,44Khz和32Khz,量化比特?cái)?shù)位24,20,16的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸,并能提供輔助信息,這些輔助信息可以向接收端提供所傳輸數(shù)據(jù)的各種重要參數(shù),如誤碼檢測(cè)和同步信息等。2數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)2.1用戶比特/通道比特p一個(gè)音頻幀包括兩個(gè)32比特的子幀(子幀1和子幀2),一個(gè)子幀只包括一個(gè)音頻聲道的一個(gè)樣值數(shù)據(jù):20比特同步數(shù)據(jù)和4個(gè)附加比特。如(圖2)所示。4個(gè)附加比特:有效比特(V):樣值數(shù)據(jù)是音頻且可進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,則此比特置0。否則樣值有問(wèn)題,接收設(shè)備將輸出靜音。用戶比特(U):送至一個(gè)28×8bit的存儲(chǔ)器。一個(gè)音頻塊中每個(gè)聲道有192個(gè)子幀,因而該存儲(chǔ)器中有192個(gè)用戶比特。通道比特(C):送到一個(gè)28×8bit的通道狀態(tài)存儲(chǔ)器。此比特對(duì)于音頻數(shù)據(jù)內(nèi)容的標(biāo)識(shí)非常重要。通道狀態(tài)存儲(chǔ)器描述了在AES/EBU數(shù)據(jù)流通道中比特分配及其含義。例如的字節(jié)0的比特0表示是家用級(jí)還是專業(yè)級(jí),如果通道用于消費(fèi),字節(jié)0中比特0置0;用于專業(yè)時(shí)置1。奇偶校驗(yàn)比特(P):通常為偶校驗(yàn)。偶校驗(yàn)確保在一個(gè)子幀的64個(gè)雙相標(biāo)志碼元中1的數(shù)目是偶數(shù)。奇偶校驗(yàn)比特可以檢測(cè)在傳輸中發(fā)生的奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。一些設(shè)備忽略此比特或者沒(méi)有正確地處理這種標(biāo)識(shí)。2.2aes/ebu塊的同步數(shù)據(jù)是什么?每192個(gè)音頻幀構(gòu)成一個(gè)塊。在數(shù)據(jù)流中用標(biāo)志符Z標(biāo)識(shí)每個(gè)塊的開始。在一個(gè)48kHz抽樣的系統(tǒng)中每個(gè)音頻幀的時(shí)間是20.83s。一個(gè)AES/EBU塊的時(shí)間為20.83s×192=4000s。三種4比特的同步數(shù)據(jù)的意義:Z:表示每個(gè)音頻塊第一幀的開始。X:表示一個(gè)塊內(nèi)其余每幀的開始。Y:表示每個(gè)幀的子幀2開始。這些同步數(shù)據(jù)長(zhǎng)度均為4比特,與子幀中其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同,不用雙相標(biāo)志碼編碼。3aes/ebps的頻域特性抽樣頻率為48Khz時(shí)總數(shù)據(jù)率為32×2×48000=3.072Mbps。在雙相標(biāo)志碼編碼后,數(shù)據(jù)傳輸率提高到兩倍為6.144Mbps。雙相標(biāo)志碼的頻譜能量在6.144MHz的倍頻處為0。同步字包括三個(gè)低單元和隨之而來(lái)的三個(gè)連續(xù)的高單元。在AES/EBU信號(hào)頻譜中占據(jù)一個(gè)低的基頻,3.072/3=1.024MHz。每個(gè)音頻幀包括64bit,每20.83s發(fā)出一幀。幀中的一個(gè)數(shù)據(jù)比特持續(xù)時(shí)間為325.5ns,一個(gè)雙相標(biāo)志碼比特單元時(shí)間為163ns。由一些數(shù)據(jù)流比特疊加產(chǎn)生的眼圖眼寬時(shí)間為163ns3.1雙標(biāo)志編碼為了減少傳輸線上的直流分量,利于數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時(shí)鐘,并使接口不易受連接極性的影響,每個(gè)子幀32個(gè)bit的后28個(gè)bit(4～31)采用雙標(biāo)志編碼。雙標(biāo)志編碼的編碼特點(diǎn)是在碼元“0”或“1”的邊沿都有電平跳變,而對(duì)于碼元“1”,在每個(gè)比特周期的中央又有一次跳變,這種碼的數(shù)據(jù)信號(hào)內(nèi)沒(méi)有直流分量,因而可用變壓器耦合,而且不怕相位反轉(zhuǎn),有容易從輸入數(shù)據(jù)流中根據(jù)跳變提取時(shí)鐘。3.2前置碼與雙相位標(biāo)志碼前置碼是個(gè)特定的格式,用于子幀、幀和塊的同步和識(shí)別。為了能夠在一個(gè)取樣周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步,并使這種處理完全可靠,前置碼采用與雙相位標(biāo)志碼不同的規(guī)則,從而避免出現(xiàn)與前置碼相似的數(shù)據(jù)狀態(tài)。有三種前置碼,前置碼分配在每個(gè)子幀的前4個(gè)比特傳輸,并用8個(gè)連續(xù)的狀態(tài)表示。前置碼的第一個(gè)狀態(tài)總是不同與前一個(gè)比特(奇偶校驗(yàn)比特)的第二個(gè)狀態(tài)。根據(jù)這個(gè)狀態(tài)限定方法,前置碼如(表1)。4平衡信號(hào)的輸出連接電纜應(yīng)采用屏蔽層的平衡電纜,在0.1MHZ～6.0MHZ頻率上電纜標(biāo)稱特性阻抗為110歐姆。從結(jié)構(gòu)上看,接插件使用了常見(jiàn)的XLR型接插件。平衡信號(hào)由平衡的雙絞線和帶屏蔽層的傳聲器型電纜傳送。輸入和輸出都規(guī)定為變壓器耦合,而且不接地。雙絞線特性阻抗為110歐姆,發(fā)收兩端必須有110歐姆匹配電阻。這種連接的電纜長(zhǎng)度可達(dá)到100米,不致對(duì)信號(hào)造成過(guò)分的劣化。AES/EBU專業(yè)格式接口特性如（表5):5輔助數(shù)據(jù)的編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)可以嵌入數(shù)字音頻SDI流得每一行的HBI(行逆程)中的輔助數(shù)據(jù)空間中傳送。對(duì)于如何將音頻和視頻在同一條信號(hào)中傳輸,ITU-RBT.1305號(hào)建議書對(duì)此作出了規(guī)定。我國(guó)廣電總局的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T161—2000《數(shù)字電視附屬數(shù)據(jù)空間內(nèi)數(shù)字音頻和輔助數(shù)據(jù)的傳輸規(guī)范》等效采用了ITU-RBT.1305號(hào)建議書。按HBI計(jì)算,一行中可容納的輔助數(shù)據(jù)為:144-8-6=130B或1040bit(按8bit計(jì)算)公式中的8B為EAV和SAV占用,6B為緊隨EAV之后固定的定時(shí)基準(zhǔn)碼占用。由此可以計(jì)算出數(shù)字視頻HBI期間可以傳送的輔助數(shù)據(jù)碼率為:1040×625×25=16.25Mbit/s由于一路立體聲的碼率為:48000×20×2=1.92Mbit/s由此可以計(jì)算出在數(shù)字視頻SDI流最多可以嵌入8路無(wú)壓縮的數(shù)字立體聲音頻信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,除了第7,320,5,318行外,音頻數(shù)據(jù)可以出現(xiàn)在大多數(shù)行的HBI期間,并應(yīng)在整個(gè)幀內(nèi)平均分布。當(dāng)一路48khz取樣的音頻信號(hào)嵌入一幀內(nèi)時(shí),相當(dāng)于HBI內(nèi)傳送該路聲音的48000/15625=3.072個(gè)樣值,具體是在多數(shù)行內(nèi)傳3個(gè)樣值,在少數(shù)行內(nèi)傳4個(gè)樣值。6數(shù)字接口格式除了占極大優(yōu)勢(shì)地位的AES/EBU協(xié)議外,其他3種接口格式也被廣泛使用,他們是MADI(多通道音頻數(shù)字互聯(lián))、SDIF2(SONY數(shù)字接口格式)和SPDIF(SONYPhilips數(shù)字接口)。6.1數(shù)字視頻編碼系統(tǒng)MADI格式在標(biāo)準(zhǔn)文件《AES10-1991》中規(guī)定。它可以容納直到56個(gè)符合AES3-1992標(biāo)準(zhǔn)的32位信號(hào)。最初開發(fā)的MADI是作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作系統(tǒng),用以將多道錄音機(jī)到數(shù)字音頻控制臺(tái)或處理。其他的應(yīng)用包括數(shù)字路徑選擇系統(tǒng)和演播室之間的互聯(lián)。MADI信號(hào)可以容易地轉(zhuǎn)換為AES/EBU子幀,因?yàn)橹挥虚_始的前4位不同。56個(gè)子幀被串行化以組成MADI幀,然后4/5方案編碼,該方案在串行數(shù)據(jù)流中采用4位的組并通過(guò)檢查表將其轉(zhuǎn)換為5位字,這樣可以減少編碼數(shù)據(jù)的直流含量。于是每個(gè)編碼的子幀的長(zhǎng)度為32+8=40位。使用±12.5%的可能變化支持32～48KHz的抽樣頻率,這樣可以允許對(duì)錄音機(jī)進(jìn)行變換操作。數(shù)據(jù)傳輸率則被固定為125Mbit/s,用以為編碼數(shù)據(jù)流提供足夠的帶寬(56通道×40位48KHz×1.125=121Mbit/s)。傳輸介質(zhì)可以使寬帶寬的同軸電纜(長(zhǎng)達(dá)50m)或光纖鏈路(超過(guò)50m)。6.2sdif2控制字的創(chuàng)建這種格式是由Sony開發(fā)的,用于專業(yè)和半專業(yè)的原版片制作和記錄。它用于互連44.1KHzK和48KHz的單通道鏈路,并且由32比特長(zhǎng)的音頻字組成。開始的20bit專留作音頻樣本值。緊接的9bit用于創(chuàng)建控制字,剩余的3bit將同步信息添加到32bit字?？刂谱痔峁┯嘘P(guān)預(yù)加重、正常音頻或非音頻數(shù)據(jù)、禁止復(fù)制、SDIF音頻塊同步信息(每256音頻字)和用戶數(shù)據(jù)信息的音頻通道信息。傳輸介質(zhì)為75歐姆同軸電纜,在晶體管-晶體管邏輯(TTL)電平上工