SPDIF接口规范详解.doc

S/PDIF接口规范详解，S/PDIF SpecificationS/PDIF（Sony/Philips Digital Interface Format）是一种数字音频传输接口，普遍使用光纤和同轴线输出，将音频信号输出值解码器上，能保持高保真度的输出结果，广泛应用在DTS（Digital Theatre System，数字化影院系统）和杜比数字中。S/PDIF基本上是以AES/EBU(也称为AES3)专业用数字接口为参考然后做了一些小变动而成的家用版本，可以使用成本比较低的硬件来实现数字讯号传输。为了定制一个统一的接口规格，在现今以IEC 60958标准规范来囊括取代AES/EBU与S/PDIF规范，而IEC 60958定义了三种主要型态： IEC 60958 TYPE 1 Balanced 三线式传输，使用110 Ohm阻抗的线材以及XLR接头，使用于专业场合 IEC 60958 TYPE 2 Unbalanced 使用75 Ohm阻抗的铜轴线以及RCA接头，使用于一般家用场合 IEC 60958 TYPE 2 Optical 使用光纤传输以及F05光纤接头，也是使用于一般家用场合 事实上，IEC 60958有时会简称为IEC958，而IEC 60958 TYPE 1即为AES/EBU(或着称为AES3)接口，而IEC 60958 TYPE 2即为S/PDIF接口，而虽然在IEC 60958 TYPE 2的接头规范里是使用RCA或着光纤接头，不过近年来一些使用S/PDIF的专业器材改用BNC接头搭配上75 Ohm的同轴线以得到比较好的传输质量，下表为AES/EBU与S/PDIF的比较表。IEC958使用的编码方法IEC958在传输数据时使用双相符号编码(Biphase Mark Code)，简称BMC，属于一种相位调制(phase modulation)的编码方法，是将时钟讯号和数据讯号混合在一起传输的编码方法。其原理是使用一个两倍于传输位率(Bit Rate)的时钟频率做为基准，把原本一位数据拆成两部份，当数据为1的时后在其时钟周期内转变一次电位(0-1或1-0)让数据变成两个不同电位的资料，变成10或01，而当数据为0时则不转变电位，变成11或00。同时每一个位开头的电平与前一个位结尾电平要不同，这样接收端才能判别每一个位的边界，如下图所示。IEC958通信协议架构S/PDIF与AES/EBU主要是做为传递PCM格式的信号，例如48kHz的DAT以及44.1kHz的CD，不过现在也有用来传递压缩过的多声道讯号。标准传递两声道讯号的架构如下图所示，最上面为由192个框架(Frame)构成的区块(Block)。而每个Frame储存了两个声道的一组采样信号(Sample)，分为Channel A与Channel B两个声道。而每组Sample由一个子框架(Sub Frame)构成，也就是一个Frame里有两个Sub Frame。Sub Frame的数据长度为32 Bits，里头内含了头码(Preamble)、辅助数据(Aux. Data)、音频数据(Audio Data)、以及四个位的信息与检查码。也就是说，一个Sub Frame为32 Bits，也就4 Bytes，而一个Frame为8 Bytes，而一个Block为192 x 8 = 1536 Bytes，而每个Block总共可以传递192个双声道Sample。子框架(Sub Frame)详细解说要了解IEC958的数据结构的话，我们有必要要先了解子框架(Sub Frame)的详细结构，一个Sub Frame如下图所示区分成几个部份，我们先一一表列如下：0-3 头码(Preamble) 用来表示一个Sub Frame的开头，有三种型态，分别表示该Sub Frame为Channel A、Channel B或着是一个Block的起始Sub Frame(为Channel A)。4-7 辅助数据(Aux. Data) 原始此区块的设计是用来传递一些使用者自行添加的信息，不过目前比较常见的用途是当音讯数据超过20Bit取样时，这四个Bit用来储存多出的取样Bit，比如说当要传送24Bit取样的数据时，用来存放末四个Bit的音讯数据。8-27 音频数据(Audio Data) 存放实际的取样数据，长度为20 Bit，以LSB优先的方式传送，当取样低于20 Bit时，没有用到的LSB Bits要设定为零，举例来说，当我们要传送16 Bit的数据时，只会用到12-27 Bit的位置(LSB在12 Bit)，而8-11 Bit为零。28 有效位(Validity Bit) 此位设定了这一个Sub Frame内的数据是不是正确，如果设定为0，代表此Sub Frame内的数据是正确可被接收的，反之如果此Bit为1，则代表接收端应该忽略此组Sub Frame。比如说CD转盘读取CD数据时若是有某一个Sample读不到就会将代表该组Sample的Sub Frame中的有效位设为1。29 使用者位(User Bit) 此位为使用者自行定义的位，每组Sample传送一位，直到192组Sample传完后组成成192位的信息，两声道各自有一组192位的使用者信息。30 信道状态位(Channel Status Bit) 此位与使用者位一样，每组Sample传送一位，最后组成两声道各自一组192位的信道状态信息(Channel Status)。这个192位信道状态信息分为专业(Professional)与一般家用(Consumer)两种不同的结构，以第一个位决定，设为1的时后为Professional模式，设为0的时后为Consumer模式。31 同位检查位(Parity Bit) 同位检查是用来判别是否有奇数个位是发生错误，是一种简便错误检查方法，这边是使用偶位同位检查(Even Parity Check)。子框架内的头码(Preamble)定义如前文所述，头码(Preamble)是用来表示一个Sub Frame的开头，主要有X、Y、Z三种组态代表不同的意义，X代表此时是传送A通道的Sub Frame、Y代表是传此时是传送B通道、而Z比较特别，是代表此时是传送A通道，并且是一个Block的起始Sub Frame，如下图所示。而在上头的表格里的数据数值是Sub Frame中其它的数据经过BMC编码之后再加到整个Sub Frame前头的数据数值，所以总共是八码，代表四个位的时序。此外比较特别的是除了有X、Y、Z三种组态之外，上面的表格还列出了另外一组与原本数据向位相反的数值，要使用哪一组数值是依照前一组Sub Frame中最尾端的电平而定，当前一组Sub Frame为最尾端的电平0时用左边那一列数值，为1的时后用右边那一列，这样一样接收端才能正确处理。在一个区块(Block)中，Preamble为Z组态的时后代表一个区块的起始点，如下图所示。信道状态(Channel Status)的结构如前文所述，每组Sub Frame中有一位的信道状态位，在一个Block有192组Frame，可以构成192位的信道状态结构(Channel Status Structure)，而两声道各自有一组192位的使用者信息。这这个192位的信道状态结构主要有两种不同的结构，由第一个位来决定，当第一个位为0时代表一般家用(Consumer)结构，第一个位为1时代表专业用(Professional)结构，分别为下面这两张结构图表。 一般家用信道状态结构图(Consumer Channel Status Structure) 专业用信道状态结构图(Professional Channel Status Structure) 而实际使用上，上面这两个图表只能当做参考使用，因为信道状态结构有许多种不同的版本，到目前为止世面上许多不同器材所遵循的版本也不尽相同，甚至有一些器材会忽略不处理信道状态，举例