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1、搜 尋SPDIF 數位傳輸介面概念解析發表於 2007 年 12 月 29 日 由 JACK W. S/PDIF 簡介 S/PDIF，全名為 Sony/Philips Digital Interconnect Format，是 Sony 和 Philips 這兩大巨頭在80 年代為一般家用器材所定制出來的一種數位訊號傳輸介面，基本上是以 AES/EBU(也稱為 AES3)專業用數位介面為參考然後做了一些小變動而成的家用版本，可以使用成本比較低的硬體來實現數位訊號傳輸。為了定制一個統一的介面規格，在現今以 IEC 60958 標準規範來囊括取代 AES/EBU 與S/PDIF 規範，而 IEC
2、60958 定義了三種主要型態： IEC 60958 TYPE 1 Balanced 三線式傳輸，使用 110 Ohm 阻抗的線材以及 XLR 接頭，使用於專業場合。 IEC 60958 TYPE 2 Unbalanced 使用 75 Ohm 阻抗的銅軸線以及 RCA 接頭，使用於一般家用場合。 IEC 60958 TYPE 2 Optical 使用光纖傳輸以及 F05 光纖接頭，也是使用於一般家用場合 事實上，IEC 60958 有時會簡稱為 IEC958，而 IEC 60958 TYPE 1 即為 AES/EBU(或著稱為AES3)介面，而 IEC 60958 TYPE 2 即為 S/PD
3、IF 介面，而雖然在 IEC 60958 TYPE 2 的接頭規範裡是使用 RCA 或著光纖接頭，不過近年來一些使用 S/PDIF 的專業器材改用 BNC 接頭搭配上 75 Ohm 的同軸線以得到比較好的傳輸品質，下表為 AES/EBU 與 S/PDIF 的比較表。 AES/EBU 與 S/PDIF 比較表 AES/EBU S/PDIF線材 110 Ohm 屏蔽絞線 75 Ohm 同軸線或是光纖線接頭 XLR 3 Pin 接頭 RCA 或 BNC 接頭最大位元數 24 Bits 標準為 20 Bits(可支援到 24 Bits)訊號電平 3 10V 0.5 1V編碼 雙相符號編碼(Biphas
4、e Mark Code) 雙相符號編碼(Biphase Mark Code)IEC958 使用的編碼方法 圖說：雙相符號編碼(Biphase Mark Code)的運作原理示意圖。 IEC958 在傳輸資料時使用雙向雙相符號編碼(Biphase Mark Code)，簡稱 BMC，屬於一種相位調制(phase modulation)的編碼方法，是將時鐘訊號和資料訊號混合在一起傳輸的編碼方法。 其原理是使用一個兩倍於傳輸位元率(Bit Rate)的時鐘頻率做為基準，把原本一個位元資料拆成兩部份，當資料為 1 的時後在其時鐘週期內轉變一次電位(0-1 或 1-0)讓資料變成兩個不同電位的資料，變成
5、 10 或 01，而當資料為 0 時則不轉變電位，變成 11 或 00。同時每一個位元開頭的電平與前一個位元結尾電平要不同，這樣接收端才能判別每一個位元的邊界。 使用 BMC 編碼可以讓傳輸端與接收端只需一條資料線就可以將資料正確的傳送與接收，並且在收送兩端可以保持比較好的同步性，這是由於 BMC 格式的電位極性一定會在兩個位元週期之間變換，這樣接收端可以不用理會實際接收到的電為是 0 或 1，只需判別與上一個電平的極性是相同或相反即可。此外，BMC 編碼可以讓傳輸線保持在接近零的平均直流電位，除了可以降低傳輸需要耗費的功率之外，也可以降低實體電磁干擾，讓資料正確性更高。 IEC958 通訊協
6、定架構 S/PDIF 與 AES/EBU 主要是做為傳遞 PCM 格式訊號之用，例如 48kHz 的 DAT 以及 44.1kHz 的CD，不過現今也有用來傳遞壓縮過的多聲道訊號。標準傳遞兩聲道訊號的架構如上圖所示，最上面為由 192 個框架(Frame)構成的區塊(Block)。而每個 Frame 儲存了兩個聲道的一組取樣訊號(Sample)，分為 Channel A 與 Channel B 兩個聲道。而每組 Sample 由一個子框架(Sub Frame)構成，也就是一個 Frame 裡有兩個 Sub Frame。Sub Frame 的資料長度為 32 Bits，裡頭內含了頭碼(Pream
7、ble)、輔助資料(Aux. Data)、音訊資料(Audio Data)、以及四個位元的資訊與檢查碼。也就是說，一個 Sub Frame 為 32 Bits，也就 4 Bytes，而一個 Frame 為 8 Bytes，而一個 Block為 192 x 8 = 1536 Bytes，而每個 Block 總共可以傳遞 192 個雙聲道 Sample。 子框架(Sub Frame)細部解說 圖說：IEC958 內的基本資料結構 子框架(Sub Frame)結構圖。 要瞭解 IEC958 的資料結構了話，我們有必要要先瞭解子框架(Sub Frame)的詳細結構，一個 Sub Frame 如上圖所示
8、區分成好幾個部份，我們先一一表列如下： 位元位置區塊名稱 功能說明0-3 頭碼(Preamble)用來表示一個 Sub Frame 的開頭，有三種型態，分別表示該Sub Frame 為 Channel A、Channel B 或著是一個 Block 的起始 Sub Frame(為 Channel A)。 4-7 輔助資料(Aux. Data)原始此區塊的設計是用來傳遞一些使用者自行添加的資訊，不過目前比較常見的用途是當音訊資料超過 20Bit 取樣時，這四個 Bit 用來儲存多出的取樣 Bit，比如說當要傳送 24Bit 取樣的資料時，用來存放末四個 Bit 的音訊資料。 8-27 音訊資料(
9、Audio Data)存放實際的取樣資料，長度為 20 Bit，以 LSB 優先的方式傳送，當取樣低於 20 Bit 時，沒有用到的 LSB Bits 要設定為零，舉例來說，當我們要傳送 16 Bit 的資料時，只會用到 12-27 Bit的位置(LSB 在 12 Bit)，而 8-11 Bit 為零。 28 有效位元(Validity Bit)此位元設定了這一個 Sub Frame 內的資料是不是正確，如果設定為 0，代表此 Sub Frame 內的資料是正確可被接收的，反之如果此 Bit 為 1，則代表接收端應該忽略此組 Sub Frame。比如說 CD 轉盤讀取 CD 資料時若是有某一個
10、Sample 讀不到就會將代表該組 Sample 的 Sub Frame 中的有效位元設為 1。 29 使用者位元(User Bit)此位元為使用者自行定義的位元，每組 Sample 傳送一位元，直到 192 組 Sample 傳完後組成成 192 位元的資訊，兩聲道各自有一組 192 位元的使用者資訊。 30通道狀態位元(Channel Status Bit)此位元與使用者位元一樣，每組 Sample 傳送一位元，最後組成兩聲道各自一組 192 位元的通道狀態資訊(Channel Status)。這個 192 位元通道狀態資訊分為專業(Professional)與一般家用(Consumer)
11、兩種不同的結構，以第一個位元決定，設為 1 的時後為 Professional 模式，設為 0的時後為 Consumer 模式。 31同位元檢查位元(Parity Bit)同位元檢查是用來判別是否有奇數個位元是發生錯誤，是一種簡便錯誤檢查方法，這邊是使用偶位同位元檢查(Even Parity Check)。 子框架內的頭碼(Preamble)定義 如前文所述，頭碼(Preamble)是用來表示一個 Sub Frame 的開頭，主要有 X、Y 、Z 三種組態代表不同的意義，X 代表此時是傳送 A 通道的 Sub Frame、Y 代表是傳此時是傳送 B 通道、而 Z 比較特別，是代表此時是傳送 A
12、 通道，並且是一個 Block 的起始 Sub Frame。 而在上頭的表格裡的資料數值是 Sub Frame 中其它的資料經過 BMC 編碼之後再加到整個 Sub Frame 前頭的資料數值，所以總共是八碼，代表四個位元的時序。此外比較特別的是除了有X、 Y、Z 三種組態之外，上面的表格還列出了另外一組與原本資料向位相反的數值，要使用哪一組數值是依照前一組 Sub Frame 中最尾端的電平而定，當前一組 Sub Frame 為最尾端的電平 0 時用左邊那一列數值，為 1 的時後用右邊那一列，這樣一樣接收端才能正確處理。 圖說：兩組 Preamble 組態實際呈現的型態，仔細觀察後可發現是不
13、符合 BMC 編碼定義的。 再來是 Preamble 比較特別的地方，我們若是觀察上圖的波型，可以發現每個 Preamble 組態都有兩處是不符合 BMC 規範中 每一個位元開頭的電平與前一個位元結尾電平要不同的定義，尤其是一開頭的 000 或 111 就不符合 BMC 編碼的定義了。這樣子的設計是用來讓接收端很清楚的得知每個Sub Frame 的起始點，只需簡單的檢查資料中不符合 BMC 編碼定義的位置就可以了。 圖說：在一個區塊(Block)中，Preamble 為 Z 組態的時後代表一個區塊的起始點。 通道狀態(Channel Status)的結構 如前文所述，每組 Sub Frame
14、中有一位元的通道狀態位元，在一個 Block 有 192 組 Frame，可以構成 192 位元的通道狀態結構(Channel Status Structure)，而兩聲道各自有一組 192 位元的使用者資訊。這這個 192 位元的通道狀態結構主要有兩種不同的結構，由第一個位元來決定，當第一個位元為 0 時代表一般家用(Consumer)結構，第一個位元為 1 時代表專業用(Professional) 結構，分別為下面這兩張結構圖表。 圖說：一般家用通道狀態結構圖 (Consumer Channel Status Structure)。 圖說：專業用通道狀態結構圖(Professional C
15、hannel Status Structure)。 而實際使用上，上面這兩個圖表只能當做參考使用，因為通道狀態結構有許多種不同的版本，到目前為止世面上許多不同器材所遵循的版本也不儘相同，甚至有一些器材會忽略不處理通道狀態，舉例來說，有許多器材並不會處理一般家用版本中關於內容保護的資訊或是取樣頻率的資訊.等等。所以本文並不打算一一介紹通道狀態裡的詳細定義，有興趣的朋友可以自行參考 IEC60958、AES3. 等技術文件。 結語 S/PDIF，或著稱為 IEC958、IEC 60958、AES/EBU、AES3 、TC84. 等等名稱，是一個在數位音頻訊號早期就發展出來的一個傳輸介面與協定，從硬
16、體介面規範至通訊協定皆有其規範在，不過由於時代變化迅速，為了因應各種新的需求所以也產生出許許多多不同的標準，甚至在同一個標準裡也有不同的版本。 不過大體上各種不同的標準與版本中都保留了彼此之間的相容性，而對於整個區塊(Block)、框架(Frame)、子框架(Sub Frame)的定義都相同，不同之處在於對於硬體介面上以及額外的通道資訊上的定義不同，並不影響實際音樂數位資料的傳遞。 本文介紹了 S/PDIF 的整體架構、編碼方式以及各個結構的定義，由於 S/PDIF 在現今已經是一個最廣泛使用的數位音樂資料介面，所以值得對數位音響器材有興趣的朋友們去好好瞭解一下，希望本篇文章能讓網友們對於 S/PDIF 有進一步的認識。 - 文末廣告 - SPDIF 數位傳輸介面概念解析 | 登入/產生新的帳號 | 0 評論門檻 0 線 狀 顯 示 舊 的 先 重 新 整 理著作權屬於原作者，本站對內容不負任何責任
