專家詳解音頻協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)
過去幾年里，音頻技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，特別是在家庭影院和汽車音響市場。汽車中的傳統(tǒng)四揚(yáng)聲器立體聲系統(tǒng)正逐漸被多聲道多揚(yáng)聲器音頻系統(tǒng)所取代。在印度，帶雙揚(yáng)聲器立體聲系統(tǒng)的電視機(jī)現(xiàn)已被帶5.1多聲道的家庭影院系統(tǒng)所取代。
當(dāng)今的音頻設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)在于如何模擬實(shí)際的聲音并通過各種音頻設(shè)備進(jìn)行傳送。聲音可以來自任何方向，實(shí)際上，我們的大腦能夠計(jì)算并感知聲音的來源。例如，當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)從一點(diǎn)飛到另一點(diǎn)時(shí)，它所產(chǎn)生的聲音實(shí)際上來自無數(shù)個(gè)位置點(diǎn)。但是，我們不可能用無數(shù)個(gè)揚(yáng)聲器來再現(xiàn)這種音頻體驗(yàn)。
利用多聲道、多揚(yáng)聲器系統(tǒng)和先進(jìn)的音頻算法，音頻系統(tǒng)能夠惟妙惟肖地模擬真實(shí)聲音。這些復(fù)雜的音頻系統(tǒng)使用ASIC或DSP來解碼多聲道編碼音頻，并且運(yùn)行各種后處理算法。聲道數(shù)量越多，意味著存儲(chǔ)器和帶寬要求越高，這就需要使用音頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來編碼并減少所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。這些技術(shù)還能用來保持聲音質(zhì)量。
與數(shù)字音頻一同發(fā)展的還有音頻標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，其目的是簡化不同設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸，例如，音頻播放器與揚(yáng)聲器之間、DVD播放器與AVR之間，而不必將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號。
本文將討論與音頻行業(yè)相關(guān)的各種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，同時(shí)也會(huì)探究不同平臺的音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各種音頻算法和放大器。
標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議
S/PDIF標(biāo)準(zhǔn)——該標(biāo)準(zhǔn)定義了一種串行接口，用于在DVD/HD-DVD播放器、AVR和功率放大器等各種音頻設(shè)備之間傳輸數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。當(dāng)通過模擬鏈路將音頻從DVD播放器傳輸?shù)揭纛l放大器時(shí)，會(huì)引入噪聲，該噪聲很難濾除。不過，如果用數(shù)字鏈路代替模擬鏈路來傳輸音頻數(shù)據(jù)，問題就會(huì)迎刃而解。數(shù)據(jù)不必轉(zhuǎn)換為模擬信號就能在不同設(shè)備之間傳輸，這是S/PDIF的最大優(yōu)勢。
該標(biāo)準(zhǔn)描述了一種串行、單向、自備時(shí)鐘的接口，可互連那些采用線性PCM編碼音頻采樣的消費(fèi)和專業(yè)應(yīng)用數(shù)字音頻設(shè)備。它是一種單線、單信號接口，利用雙相標(biāo)記編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)鐘則嵌入數(shù)據(jù)中，在接收端予以恢復(fù)（見圖1）。此外，數(shù)據(jù)與極性無關(guān)，因此更易于處理。S/PDIF是從專業(yè)音頻所用的AES/EBU標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來。二者在協(xié)議層上一致，但從XLR到電氣RCA插孔或光學(xué)TOSLINK的物理連接器發(fā)生了改變。本質(zhì)上，S/PDIF是AES/EBU格式的消費(fèi)型版本。S/PDIF接口規(guī)范主要由硬件和軟件組成。軟件通常涉及S/PDIF幀格式，硬件則涉及設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸所使用的物理連接媒介。用于物理媒介的各種接口包括：晶體管與晶體管邏輯、同軸電纜（以RCA插頭連接的75Ω電纜）和TOSLINK（一種光纖連接）。
圖1 S/PDIF雙相標(biāo)記編碼流
S/PDIF協(xié)議——如上文所述，它是一種單線串行接口，時(shí)鐘嵌入數(shù)據(jù)之中。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用雙相標(biāo)記編碼。時(shí)鐘和幀同步信號在接收器端與雙相解碼數(shù)據(jù)流一同恢復(fù)。數(shù)據(jù)流中的每個(gè)數(shù)據(jù)位都有一個(gè)時(shí)隙。時(shí)隙以一個(gè)躍遷開始，并以一個(gè)躍遷結(jié)束。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位是“1”，則時(shí)隙中間還會(huì)增加一個(gè)躍遷。數(shù)據(jù)位“0”則不需要額外躍遷，躍遷之間的最短間隔稱為單位間隔(UI)。
