音频信号的传输与连接

【内容摘要】 本文详细阐述了几种数字接口的发展过程及其各自特性和原理，力求简单通俗的让大家对数字接口有充分的了解和掌握。

作者：蒋明华 张忠辉 上海人民广播电台

【关键词】 数字接口 传输 连接

近年来，随着数字音频技术的发展，数字音频设备的应用越来越广泛，除了早期的CD机外，数字调音台、MD录音机、数字音频工作站等数字音频设备大量涌现。数字音频设备具有的高性能指标自动化多功能的优点，使之应用十分广泛，发展十分迅速。

数字设备在进行信号处理时有不同的方法和格式，其输出的信号格式也不相同，因此存在着不同的数字接口，用户在使用设备时必须搞清楚这些接口，信号才能正确的互相传输。

数字音频信号的优点之一在于其传输过程中可以多次被完整地克隆，并且不会有人耳可以觉察到的音质损失。在模拟领域中，当信号在模拟磁带录音机之间进行传输时，在传输过程中由于种种原因，在每次拷贝之后都会引起信号信噪比的降低（即便在最理想的情况下也会有3dB~4dB的SNR损失）；频响失真的提高以及由于设备传动系统所引起的抖晃率的增加。在实际工作中必须使用标准的数字信号传输接口或电缆，具体阐述如下。

一.SDIF-2接口
SDIF（SonyDigitalInterfaceFormat索尼数字接口格式）是较早开发的一种音频接口格式，系统在早期被称为SDIF，但由于较高格式SDIF-2的开发而被舍弃，目前称之为SDIF-2。由SONY公司开发的SDIF-2主要用于CD母盘处理设备之间（例如SONYPCM-1630，以及它的前身PCM-1600或PCM-1610）数字信号数据的传输。系统采用两个电缆随一个同步信号传输电缆来传输立体声信号，因此在PCM-1630的连接面板上共有6个使用同轴电缆的BNC接口，分别为2个数据输入，2个数据输出，1个时钟信号输入和1个时钟信号输出。另外，目前较新的产品还可以通过一个8针式接口的电缆（通常被称为复合数字接口）来传输所有这些数据。在SDIF格式下，信号以32bit信号包，串行模式进行传输，并且在32bit中，只有29个比特用来传输数据信息，而剩余的3个比特则用来表达同步信息。在29个数据信息比特中，前20个比特均用于传输数字音频信号，但在接口只传输16-bit信号的情况下，剩余的4个比特则表示为0。除了音频数据之外，第26和27比特主要用来通知信号接收设备是否原录音信号带有加重处理（加重处理主要是进一步提升在量化噪声之上的高频信号，以补偿防混叠滤波器对高频信号的衰减），第28比特为拷贝保护比特，第29比特用来标明同步数据块的起始点，从第30到32比特承载同步信息。

二.AESEBU接口
就像很多其他公司建立自己的数字信号接口标准一样，AES也规定了自己的标准传输接口，被称为AES3，同时被欧洲广播联盟（EBU）所接受，所以被统称为AESEBU数字接口。和SDIF-2系统一样，在AESEBU标准中，音频数据和子码数据同时以串行的模式进行传输，但不同的是，AESEBU系统使用一个平衡电缆（XLR三针卡侬接口）来传输两路立体声信号，接口标准接近于IEC-958模式1标准。不同于SDIF-2接口（其使用长度受到很大的限制），AESEBU格式的电缆可以在没有均衡补偿的情况下，其使用长度可以达到106m（350英尺）。由于AESEBU信号使用FM声道编码以及自时钟控制，所以不需要单独的时钟信号连接电缆。在数据传输中，每个属帧包括32bit信息，其中包括24bit量化的音频数据、8比特量化的子码区域、声道定义（左或右）、声道状态、同步信息以及用户数据码。

三.MADI接口
MADI（MultichannelAudioDigitalInterface多声道音频数字接口）又被称为AES10（被称为AES10-1991和ANSIS4.43-1991标准）。和其他两声道数据传输系统不同，MADI格式主要实现了数字多轨录音机和数字多轨调音台，以及和其他多轨数字录音系统之间的多轨形式的连接。MADI格式采用一个使用距离最长可达50m的同轴电缆（BNC连接头）和一个承载时间码数据的同步电缆同时传输56个声道信息数据。相对于AESEBU系统中，采样频率控制传输声道的数率的模式，MADI系统的数率被固定在100MBS，同时56个声道必须使用相同的采样频率。MADI系统从声道0开始到声道55，按串行模式传输56个声道数据。MADI的声道格式是以AES-3格式的属帧格式开发的，但与AES-3不同的是前4个比特的安排，所以在MADI属帧的32bit的排列顺序为4个模式识别比特，20个音频信息比特，然后是V，U，C，P比特。其中头4个比特分别负责提供帧同步信息，识别声道处于开启还是关闭状态，对立体声信号进行左右声道判断以及指明数据块的起点。
四.SPDIF接口：SPDIF(SonyPhilipsDigitalInterfaceFormat索尼菲利浦数字接口格式)
由AESEBU格式发展而来，同时与AESEBU享有很多共同的特性，但主要用于民用设备连接的SPDIF格式中的声道状态数据块的安排和专业AESEBU有很大的不同，其串行比特被安排为24个8bit字节（共192比特），其中只有前4个字节（0~3）被定义，而后面从字节4到字节23共20个字节则处于保留状态。其中在字节0中的比特0被设定为0，代表系统用于民用领域；比特1代表承载数据是否为音频信号（0代表音频信号，1代表非音频信号）；比特2代表拷贝保护状态（0代表拷贝收到保护，1代表拷贝不受保护）；比特3代表前加重的使用情况；同时如果比特1显示为音频数据的话，比特4和5将代表两个声道的音频信号，比特6和7用来设定字节1~3的模式（一般设定为模式00）。在字节1中的0~6比特负责定义索引编码来识别设备所传输的数据的类型，在模式00状态下，这些比特将用来通过定义不同的属帧结构来定义不同的数字设备和不同的信号传输格式，其中包括CD、MD、DAT以及采样转换器等等。而在第一个字节中的第7个比特（数据块中第15个比特）则用来识别所传输的数据是原始数据还是拷贝数据，也就是说用来定义SCMS即串行复制管理系统的状态。当录音机上的SPDIF输入接口接收到专业AES3信号数据中的拷贝保护指令的话，系统将拒绝录入数据流。字节2用来表示音源的代号及声道号码，而字节3则用来表示采样频率和时钟精度。SPDIF格式属于IEC-958模式I标准，并且因为作为民用格式来说并不要求使用低阻抗平衡电缆，所以SPDIF采用绝对值振幅为0.5V、阻抗为75、最大使用长度为10m的同轴电缆（或被称为Cinch接头），一些民用设备在连接距离低于15m的情况下使用Toslink接头，塑料光纤电缆（玻璃光纤可以用于1000m以上的距离）。