数字音频设备间的连接

数字音频设备间的连接

在礼堂里，需要连接不同的数字音频设备。这些设备包括数字录音、数字视频录制系统、调音台等。数字音频信号的带宽接近视听音乐的信噪比，因此只能使用简单的连接。否则，接收点的数字波形就会发生变化。在采用电缆连接不同的电视设备传输数字音频信号时,有两种接口类型。第一种双绞线的平衡方式传输信号,电缆连接头是XLR型,由AES/EBU(AudioEngineeringSociety即美国音频工程协会和EuropeanBroadcastUnion即欧洲广播联盟)规定;第二种是使用同轴电缆的非平衡方式传输信号,电缆连接头是BNC型,由SMPTE276M建议规定。我国广电总局行业标准GY/T158-2000《演播室数字音频信号接口》(Digitalaudiosignalinterfaceforbroadcastingstudios)是参照AES/EBU标准制定的。1数字色散1.1u数字设备接口协议如图所示为一个AES/EBU编码器对数据样值进行编码的简单框图(图1）。AES/EBU数字音频接口标准时传输和接收数字音频信号的数字设备接口协议。标准中规定,音频数据必须以2的补码编码,传输介质是电缆,在串行传输16bit-20bit的并行字节时先传输最低有效位,必须加入字节时钟标志以表明每个样值的开始,最后的数据流为双相标志码编码等。1.2数字音频信号强度接口可以对取样频率为48Khz,44Khz和32Khz,量化比特数位24,20,16的数字音频信号进行实时传输,并能提供辅助信息,这些辅助信息可以向接收端提供所传输数据的各种重要参数,如误码检测和同步信息等。2数字音频数据的结构2.1用户比特/通道比特p一个音频帧包括两个32比特的子帧(子帧1和子帧2),一个子帧只包括一个音频声道的一个样值数据:20比特同步数据和4个附加比特。如(图2)所示。4个附加比特:有效比特(V):样值数据是音频且可进行D/A转换,则此比特置0。否则样值有问题,接收设备将输出静音。用户比特(U):送至一个28×8bit的存储器。一个音频块中每个声道有192个子帧,因而该存储器中有192个用户比特。通道比特(C):送到一个28×8bit的通道状态存储器。此比特对于音频数据内容的标识非常重要。通道状态存储器描述了在AES/EBU数据流通道中比特分配及其含义。例如的字节0的比特0表示是家用级还是专业级,如果通道用于消费,字节0中比特0置0;用于专业时置1。奇偶校验比特(P):通常为偶校验。偶校验确保在一个子帧的64个双相标志码元中1的数目是偶数。奇偶校验比特可以检测在传输中发生的奇数个错误。一些设备忽略此比特或者没有正确地处理这种标识。2.2aes/ebu块的同步数据是什么?每192个音频帧构成一个块。在数据流中用标志符Z标识每个块的开始。在一个48kHz抽样的系统中每个音频帧的时间是20.83s。一个AES/EBU块的时间为20.83s×192=4000s。三种4比特的同步数据的意义:Z:表示每个音频块第一帧的开始。X:表示一个块内其余每帧的开始。Y:表示每个帧的子帧2开始。这些同步数据长度均为4比特,与子帧中其它数据结构不同,不用双相标志码编码。3aes/ebps的频域特性抽样频率为48Khz时总数据率为32×2×48000=3.072Mbps。在双相标志码编码后,数据传输率提高到两倍为6.144Mbps。双相标志码的频谱能量在6.144MHz的倍频处为0。同步字包括三个低单元和随之而来的三个连续的高单元。在AES/EBU信号频谱中占据一个低的基频,3.072/3=1.024MHz。每个音频帧包括64bit,每20.83s发出一帧。帧中的一个数据比特持续时间为325.5ns,一个双相标志码比特单元时间为163ns。由一些数据流比特叠加产生的眼图眼宽时间为163ns3.1双标志编码为了减少传输线上的直流分量,利于数据流中恢复时钟,并使接口不易受连接极性的影响,每个子帧32个bit的后28个bit(4～31)采用双标志编码。双标志编码的编码特点是在码元“0”或“1”的边沿都有电平跳变,而对于码元“1”,在每个比特周期的中央又有一次跳变,这种码的数据信号内没有直流分量,因而可用变压器耦合,而且不怕相位反转,有容易从输入数据流中根据跳变提取时钟。3.2前置码与双相位标志码前置码是个特定的格式,用于子帧、帧和块的同步和识别。为了能够在一个取样周期内实现同步,并使这种处理完全可靠,前置码采用与双相位标志码不同的规则,从而避免出现与前置码相似的数据状态。有三种前置码,前置码分配在每个子帧的前4个比特传输,并用8个连续的状态表示。前置码的第一个状态总是不同与前一个比特(奇偶校验比特)的第二个状态。根据这个状态限定方法,前置码如(表1)。4平衡信号的输出连接电缆应采用屏蔽层的平衡电缆,在0.1MHZ～6.0MHZ频率上电缆标称特性阻抗为110欧姆。从结构上看,接插件使用了常见的XLR型接插件。平衡信号由平衡的双绞线和带屏蔽层的传声器型电缆传送。输入和输出都规定为变压器耦合,而且不接地。双绞线特性阻抗为110欧姆,发收两端必须有110欧姆匹配电阻。这种连接的电缆长度可达到100米,不致对信号造成过分的劣化。AES/EBU专业格式接口特性如（表5):5辅助数据的编码数字音频数据可以嵌入数字音频SDI流得每一行的HBI(行逆程)中的辅助数据空间中传送。对于如何将音频和视频在同一条信号中传输,ITU-RBT.1305号建议书对此作出了规定。我国广电总局的行业标准GY/T161—2000《数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范》等效采用了ITU-RBT.1305号建议书。按HBI计算,一行中可容纳的辅助数据为:144-8-6=130B或1040bit(按8bit计算)公式中的8B为EAV和SAV占用,6B为紧随EAV之后固定的定时基准码占用。由此可以计算出数字视频HBI期间可以传送的辅助数据码率为:1040×625×25=16.25Mbit/s由于一路立体声的码率为:48000×20×2=1.92Mbit/s由此可以计算出在数字视频SDI流最多可以嵌入8路无压缩的数字立体声音频信号。标准规定,除了第7,320,5,318行外,音频数据可以出现在大多数行的HBI期间,并应在整个帧内平均分布。当一路48khz取样的音频信号嵌入一帧内时,相当于HBI内传送该路声音的48000/15625=3.072个样值,具体是在多数行内传3个样值,在少数行内传4个样值。6数字接口格式除了占极大优势地位的AES/EBU协议外,其他3种接口格式也被广泛使用,他们是MADI(多通道音频数字互联)、SDIF2(SONY数字接口格式)和SPDIF(SONYPhilips数字接口)。6.1数字视频编码系统MADI格式在标准文件《AES10-1991》中规定。它可以容纳直到56个符合AES3-1992标准的32位信号。最初开发的MADI是作为点对点操作系统,用以将多道录音机到数字音频控制台或处理。其他的应用包括数字路径选择系统和演播室之间的互联。MADI信号可以容易地转换为AES/EBU子帧,因为只有开始的前4位不同。56个子帧被串行化以组成MADI帧,然后4/5方案编码,该方案在串行数据流中采用4位的组并通过检查表将其转换为5位字,这样可以减少编码数据的直流含量。于是每个编码的子帧的长度为32+8=40位。使用±12.5%的可能变化支持32～48KHz的抽样频率,这样可以允许对录音机进行变换操作。数据传输率则被固定为125Mbit/s,用以为编码数据流提供足够的带宽(56通道×40位48KHz×1.125=121Mbit/s)。传输介质可以使宽带宽的同轴电缆(长达50m)或光纤链路(超过50m)。6.2sdif2控制字的创建这种格式是由Sony开发的,用于专业和半专业的原版片制作和记录。它用于互连44.1KHzK和48KHz的单通道链路,并且由32比特长的音频字组成。开始的20bit专留作音频样本值。紧接的9bit用于创建控制字,剩余的3bit将同步信息添加到32bit字。控制字提供有关预加重、正常音频或非音频数据、禁止复制、SDIF音频块同步信息(每256音频字)和用户数据信息的音频通道信息。传输介质为75欧姆同轴电缆,在晶体管-晶体管逻辑(TTL)电平上工