計(jì)算機(jī)與音頻設(shè)備的接口及標(biāo)準(zhǔn)

  目前國內(nèi)常用的數(shù)字音頻工作站，其聲卡一般都設(shè)有模擬音頻信號(hào)輸入/輸出接口，它是由A/D、D/A轉(zhuǎn)換器連接的。由于模擬聲音接口直接決定著數(shù)字音頻工作站的電聲性能，在DAW的許多產(chǎn)品中都采用了指標(biāo)很高的64倍或128倍過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，以及8倍或16倍過采樣18b量化D/A轉(zhuǎn)換器。這樣不僅提高了系統(tǒng)的電聲指標(biāo)，也大大簡化了電路，使得反混疊(aliasing)等模擬技術(shù)大大簡化，而且使得專業(yè)級(jí)的接口電路能夠批量生產(chǎn)。

  此外，音頻工作站最重要的是還設(shè)有AES/EBU以及SPDIF等數(shù)字接口，用來進(jìn)行數(shù)字音頻信號(hào)的輸入和輸出。另外，一些高檔產(chǎn)品還為使用者提供了YAMAHA.PD等其它更多格式的專用接口，這些都是采用ASIC技術(shù)開發(fā)的；更有甚者，有的廠商甚至在一塊芯片上集成了8種協(xié)議格式的接口。另外，數(shù)字音頻工作站通常還設(shè)有MIDI接口、SMPTE時(shí)間碼接口等。在系統(tǒng)同步方面，幾乎所有的產(chǎn)品都有SMPTE時(shí)間碼發(fā)生以及讀出電路。最安全的還有VITC、LTC、YV幀等多種時(shí)碼鏈鎖，這些都是相當(dāng)成熟的技術(shù)。

下面，我們就簡單討論一下這些接口格式。

一 接口分類
計(jì)算機(jī)與音響設(shè)備的接口類型多種多樣，但究根尋源，按照其所傳輸信號(hào)的種類劃分，無外乎兩大類：音頻信號(hào)接口與同步信號(hào)接口。

1.音頻信號(hào)接口
(1)按傳輸信號(hào)的類型可分為模擬接口與數(shù)字接口。
(a)模擬接口
模擬接口在音頻領(lǐng)域中占有很大的比重。常見的模擬輸入、輸出接口如：大/小三芯插頭、RCA唱機(jī)型(蓮花型)插頭、XLR卡儂式插頭等，因?yàn)檫@類接口我們平常用得比較多，也較為熟悉，在此就不再多說。

(b)數(shù)字接口
專業(yè)的數(shù)字音頻系統(tǒng)和某些民用系統(tǒng)均有符合某種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)字接口，利用它可以將多個(gè)通道的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)在兩個(gè)設(shè)備間傳送，而不會(huì)產(chǎn)生音質(zhì)的損失。只要誤碼能夠被完全糾正，那么不論進(jìn)行多少代數(shù)字復(fù)制，都不會(huì)影響最后一代的聲音質(zhì)量，從而就可以進(jìn)行真正的數(shù)字域無損復(fù)制。

(2)按接線方法可分為平衡類接口與不平衡類接口。
(a)平衡類接口
專業(yè)音響和廣播設(shè)備中大部分都具有平衡的輸入/輸出電路接口。輸入和輸出端一般為XLR卡儂式插座，插座上有三個(gè)端子：+、－、地。其+(－)的意義是指輸出信號(hào)與輸入端的+信號(hào)同相(或反相)。平衡式接法的輸入/輸出設(shè)備抗噪聲能力較強(qiáng)，因?yàn)榇�進(jìn)電纜或設(shè)備內(nèi)的噪聲一般同時(shí)出現(xiàn)在正負(fù)輸入端，對(duì)地電壓大小相等而相位相同，也就是我們通常所說的共模噪聲。但是接在后面的平衡輸入電路僅傳輸正負(fù)兩端信號(hào)的差，能夠抑制共模噪聲。

(b)不平衡類接口
該接口常用于民用的音頻設(shè)備，其輸入/輸出端對(duì)機(jī)架為熱端，接頭一般為RCA唱機(jī)型接頭。不平衡接法的抗噪聲能力較弱，此連接方式一般用于1m左右的短線連接且噪聲較小的環(huán)境，或低阻高輸出信號(hào)的連接，如功放與揚(yáng)聲器之間。

2.同步信號(hào)接口

與模擬音頻信號(hào)不同，數(shù)字音頻信號(hào)有嚴(yán)格的時(shí)間結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐粋�(gè)采樣信號(hào)要同其它采樣進(jìn)一步構(gòu)成有一定時(shí)間長度的幀和塊。如果數(shù)字音頻設(shè)備打算彼此間進(jìn)行通信，或者數(shù)字信號(hào)要以某種方式進(jìn)行組合，那么它們就需與共用的參考信號(hào)取得同步，以使設(shè)備的采樣頻率完全一致，并且不會(huì)產(chǎn)生彼此間采樣頻率的漂移。因此，為專業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的數(shù)字音頻工作站常常提供多種同步輸入接口。在同步的起始點(diǎn)，記錄和重放要鎖定到SMPTE/EBU或MIDI時(shí)間碼(MTC)源上，或者鎖定到外部的采樣率時(shí)鐘、視頻同步或數(shù)字音頻同步標(biāo)準(zhǔn)上。在內(nèi)同步方式中，系統(tǒng)鎖定在其自身的晶體振蕩器上，如果它符合AES的應(yīng)用場合(AES-1984)，那么在專業(yè)的設(shè)備中應(yīng)該有±10ppm的精確度(民用設(shè)備的精確度要比此低得多)。在外同步方式中，系統(tǒng)鎖定到它的某一個(gè)同步輸入上。典型的同步輸入是字時(shí)鐘(WCLK)，它通常是采樣的方波TTL的電平信號(hào)(0~5V)，一般采用BNC型接口端子，并且在設(shè)備上普遍使用Sony接口(SDIF)。在所有情況中，某一個(gè)機(jī)器或源必須被確認(rèn)為"主機(jī)"(master)，由它作為整個(gè)系統(tǒng)的同步參考，而其它機(jī)器為"從機(jī)"(slave)。


二 數(shù)字接口類型
在數(shù)字音頻設(shè)備之間傳輸信號(hào)的方法有兩大類。
(1)用電纜傳輸電信號(hào)；
(2)用光纜將"0"、"1"信號(hào)以光的滅、亮形式來傳輸。
現(xiàn)有的電纜傳輸數(shù)字接口的種類很多，詳見表1。這些數(shù)字接口都能傳送至少16b分辨率的數(shù)字信號(hào)，并且能夠工作于44.1kHz和48kHz的標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率之下；如果必要的話，還能工作在32kHz，并帶有一定的容限范圍，以便進(jìn)行變速操作。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)某個(gè)或雙通道的，但其中也有多通道的接口，這就是所謂的多通道數(shù)字接口(MultichannelAudioInterface,MADI)。

1.AES/EBU接口(AES3-1992)
對(duì)于AES/EBU接口，在AES3-1992、IEC958(類型1)、CCIRRec647和EBUTech3250E中所述基本上是一致的，它可以通過一個(gè)平衡接口來串行傳送兩通道的數(shù)字聲頻信號(hào)(A和B)。它采用平衡的驅(qū)動(dòng)器和接收器，與用于RS422數(shù)字傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)類似，其輸出電平為2~7V，如圖2所示。這種接口允許的兩通道聲頻信號(hào)轉(zhuǎn)送的距離可以達(dá)到100m，更長的距離則需要采用相應(yīng)的線纜、均衡和端口。一般使用標(biāo)準(zhǔn)的XLR-3接口，并標(biāo)有DI(數(shù)字輸入)和DO(數(shù)字輸出)。

每個(gè)音頻采樣包含在"子幀"中(如圖3所示)，而每個(gè)子幀以三種同步型中的一種來開始。這樣，便標(biāo)志出采樣是A通道還是B通道的，亦標(biāo)志出新通道狀態(tài)塊的開始(如圖4所示)。另外的附加數(shù)據(jù)也包含在子幀中，它是一個(gè)4b的輔助數(shù)據(jù)，此外在每個(gè)子幀中還有一個(gè)有效比特(V)、一個(gè)用戶比特(U)、一個(gè)通道狀態(tài)比特(C)和一個(gè)奇偶校驗(yàn)比特(P)，它們共同組成了一個(gè)32b的子幀和一個(gè)64b的幀。一幀(包含了兩個(gè)聲音采樣)的數(shù)據(jù)在一個(gè)音頻采樣周期內(nèi)被傳送出去，所以數(shù)據(jù)率是隨采樣率變化的。C在接收器上被組合在一起，每192b構(gòu)成一個(gè)24B字，這個(gè)字中的每個(gè)比特均與接口工作的特定功能相關(guān)聯(lián)。

雙相位標(biāo)志通道編碼與通道編碼相同，用于SMPTE/EBU時(shí)間碼的編碼。這種編碼方式為了保證數(shù)據(jù)能夠自鎖定，帶寬有限、無直流成分和無極性相關(guān)性。如圖5示，接口必須能夠適應(yīng)各種線材和所推薦的標(biāo)稱110W的特性阻抗。最初(AES3-1985)有多達(dá)4臺(tái)具有標(biāo)稱輸入阻抗為250W的接收器，能夠通過一根專業(yè)接口電纜連接起來，但最近對(duì)推薦標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，對(duì)于每個(gè)發(fā)送器只有一個(gè)單獨(dú)接收器的用法，其接收器的標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗為100W。

2.標(biāo)準(zhǔn)型民用接口(IEC958，類型2)

民用型接口(其歷史與SPDIF-Sony/Philips數(shù)字接口有關(guān))與專業(yè)的AES/EBU接口非常相似，它采用特性阻抗為75W的同軸電纜來進(jìn)行不平衡的電氣連接，如圖6所示。這種接口常用于準(zhǔn)專業(yè)級(jí)或民用級(jí)數(shù)字音頻設(shè)備的技術(shù)規(guī)格中，比如CD放音機(jī)和DAT機(jī)。通常其端口采用的是RCA型唱機(jī)接口。實(shí)用中通常使用格式轉(zhuǎn)換器來將民用格式的信號(hào)轉(zhuǎn)換為專業(yè)格式的信號(hào)，或反過來進(jìn)行，并且可以在電氣和光格式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

民用接口的子幀數(shù)據(jù)格式與專業(yè)接口所用的完全一樣，但是通道狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)卻幾乎完全不同。民用接口通道狀態(tài)的第二個(gè)字節(jié)已經(jīng)留給了"種類碼"的指示，它們是被設(shè)定成表示民用應(yīng)用的種類的。目前，所定義的種類碼有：一般種類(00000000)、CD類(10000000)和DAT類(11000000)。一旦種類碼確定下來，接收器便可以根據(jù)種類碼的情況以不同方式對(duì)通道狀態(tài)的某些比特進(jìn)行譯碼處理。例如，在使用CD時(shí)，來自CD的"Q"通道子碼的4個(gè)控制比特被輸入到通道狀態(tài)塊的頭4個(gè)控制比特中。在民用接口設(shè)備中，它按照串行復(fù)制管理系統(tǒng)(SerialCopyManagementSystem,SCMS)的規(guī)定也被用來進(jìn)行復(fù)制保護(hù)。
民用接口的用戶比特常常被用來傳送由記錄的子碼產(chǎn)生的信息，比如軌號(hào)和提示點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3.專用接口
最常見的是Sony和Philips的SPDIF-2，它用每根電纜來傳送最高為20b分辨率的一個(gè)通道的數(shù)字音頻信息(盡管大多數(shù)的設(shè)備僅采用16b)。在大多數(shù)雙通道設(shè)備中，接口是不平衡式的，并采用75W同軸電纜75WBNC型接口端子，每個(gè)通道一個(gè)。電平為TTL兼容電平(0~5V)。與音頻通道接口端子相匹配的還有一個(gè)用來傳送字時(shí)鐘信號(hào)的接口端子--字時(shí)鐘是采樣頻率的方波信號(hào)，它用來同步接收器的采樣時(shí)鐘。也有符合RS422標(biāo)準(zhǔn)的多通道電氣接口，這種接口采用D型多通路端子，仍要單獨(dú)用一個(gè)BNC接口端子來傳送字時(shí)鐘。

SPDIF-2接口主要用于由Sony專業(yè)數(shù)字音頻設(shè)備向外傳送音頻數(shù)據(jù)，尤其是在PCM-1610和1630CD母板PCM轉(zhuǎn)換器上。有時(shí)這種接口也出現(xiàn)在與Sony設(shè)備連接的其它專業(yè)音頻設(shè)備上。

如今，其它廠家的專用接口也已大量出現(xiàn)--尤其是在那些低成本的數(shù)字音頻設(shè)備上，這其中有YAMAHA和TASCAM�，F(xiàn)在可以使用已經(jīng)商業(yè)化的接口轉(zhuǎn)換器將這種設(shè)備與使用標(biāo)準(zhǔn)接口的其它設(shè)備簡單互連起來。

4.標(biāo)準(zhǔn)多通道接口(AES10-1991)
它是以雙通道AES/EBU接口為基礎(chǔ)而制定的。其設(shè)計(jì)對(duì)AES/EBU數(shù)據(jù)是透明的，并且已經(jīng)應(yīng)用到大規(guī)模數(shù)字跳線系統(tǒng)和多通道數(shù)字設(shè)備互連中。MADI采用更高的數(shù)據(jù)率來傳送更大的信息量，它可以通過一條75W的同軸電纜或光纖來串行傳送56個(gè)通道的音頻數(shù)據(jù)，每個(gè)通道的一個(gè)采樣都能夠在一個(gè)音頻采樣周期內(nèi)傳送出去。

不管采樣率或通道數(shù)目如何，MADI傳送數(shù)據(jù)率固定為125Mb/s，但由于采用了4/5b編碼方案，所以實(shí)際的傳送率為100Mb/s。在這種通道編碼方式中，每32b子幀被劃分為4b字，然后按照查對(duì)表來編碼成5b字，這樣做的目的是維持碼字中的低直流成分。同步符號(hào)(1100010001)每幀至少插入一次，假如沒有采用連接的全帶寬，那么多余的同步信號(hào)被插入后便要占去總線的容量。

MADI數(shù)據(jù)通信格式與雙通道不同，由透明異步發(fā)送器/接收器接口(TransparentAsynchronousXmitter/ReceiverInterface，TAXI)芯片來承擔(dān)異步的連接，它可以自動(dòng)識(shí)別插入的同步信號(hào)，并且發(fā)送器和接收器將被鎖定到共同的同步時(shí)鐘上(以AES/EBU參考信號(hào)的形式)。它采用BNC75W接口端子，并且最長的同軸電纜長度不超過50m(用光纜互連，可以傳送更遠(yuǎn)的距離)。調(diào)制方法為NRZI(NRZI用高、低電平的瞬態(tài)變化來代表2進(jìn)制的"1"，而無瞬態(tài)變化則代表"0")。由于接口的異步性，要在連接的兩端使用緩沖器，以便數(shù)據(jù)能夠由時(shí)鐘來重新調(diào)整，并以正確的數(shù)據(jù)率由緩沖器輸出；在接收端，數(shù)據(jù)在同步信號(hào)的控制下鎖定。

以上是對(duì)計(jì)算機(jī)與音響設(shè)備接口的一些簡單論述。當(dāng)然，接口還有很多種類，如光信號(hào)接口等。我們這里只是針對(duì)日常工作中常見的接口形式簡單討論。隨著數(shù)字技術(shù)的日益普及，數(shù)字接口技術(shù)也將更加完善，更加規(guī)范。

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